Biologia Molecolare 3

1. Conoscenza e capacità di comprensione

Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze approfondite sulla struttura e sull’organizzazione degli acidi nucleici, sul flusso dell’informazione genetica e sui principali meccanismi di regolazione dell’espressione genica. In particolare, conoscerà la struttura e l’organizzazione del DNA genomico e delle diverse tipologie di RNA cellulari e comprenderà i meccanismi molecolari alla base della replicazione, della trascrizione e della traduzione nei sistemi procariotici ed eucariotici. Lo studente comprenderà inoltre i principali meccanismi di regolazione della trascrizione, le modificazioni della cromatina e il loro impatto sull’espressione genica, i processi di riparazione e ricombinazione del DNA e la biologia degli elementi genetici mobili. Avrà infine acquisito conoscenze sui principi teorici e sperimentali delle principali metodologie impiegate per l’analisi degli acidi nucleici, delle proteine e dell’espressione genica.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite all’interpretazione di dati derivanti da esperimenti classici e moderni di biologia molecolare e di comprendere i principi, le potenzialità e le principali applicazioni delle tecniche fondamentali di analisi molecolare, quali PCR, elettroforesi, clonaggio molecolare e sequenziamento del DNA. Sarà inoltre in grado di mettere in relazione alterazioni a carico di geni, RNA o proteine con le relative conseguenze molecolari, cellulari e fenotipiche.

3. Autonomia di giudizio

Lo studente sarà in grado di valutare criticamente dati e risultati sperimentali di biologia molecolare, formulando interpretazioni coerenti sulla base delle conoscenze acquisite. Sarà inoltre capace di analizzare semplici articoli scientifici di settore e di trarre conclusioni autonome a partire da risultati sperimentali e da informazioni ottenute mediante la consultazione di banche dati biologiche.

4. Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di esporre con chiarezza e rigore scientifico, sia oralmente sia per iscritto, i concetti e i meccanismi molecolari trattati nel corso, utilizzando una terminologia scientifica appropriata e precisa. Sarà inoltre in grado di descrivere e discutere fenomeni biologici complessi, adattando il livello della comunicazione al contesto e agli interlocutori, specialisti e non specialisti.

5. Capacità di apprendimento

Lo studente avrà sviluppato le competenze necessarie per aggiornare e approfondire autonomamente le proprie conoscenze nel campo della biologia molecolare attraverso la consultazione della letteratura scientifica e l’utilizzo delle principali banche dati biologiche. Avrà inoltre acquisito gli strumenti concettuali e metodologici necessari per affrontare insegnamenti avanzati nell’ambito della biologia molecolare, della genetica e delle biotecnologie e per proseguire il proprio percorso in corsi di laurea magistrale o in altri percorsi di formazione superiore.

È requisito indispensabile aver superato l’esame di Biochimica previsto dal Corso di Studi. È inoltre consigliato aver superato l’esame di Genetica.

La frequenza del corso è obbligatoria nella misura prevista dal Regolamento del Corso di Studi, fatte salve le eccezioni previste dal medesimo Regolamento. Ai fini della partecipazione alle prove in itinere è richiesta una frequenza pari ad almeno l’80% delle attività didattiche previste.

• Struttura del DNA: esperimenti storici; struttura e conformazione della doppia elica; struttura chimica delle basi azotate e dei nucleotidi; conformazioni tautomeriche delle basi; concetti di denaturazione e ibridazione; conformazioni della doppia elica; strutture insolite.
• Topologia del DNA: superavvolgimenti; parametri topologici; topoisomerasi e relativi meccanismi molecolari.
• Struttura dell’RNA: caratteristiche chimiche e strutturali; formazione di strutture secondarie; classi di RNA e relativo ruolo biologico; ribozimi.
• Organizzazione del DNA nella cellula: genomi procariotici ed eucariotici: organizzazione generale e caratteristiche fisiche; contenuto genetico e DNA ripetitivo; cinetica di riassociazione; istoni e nucleosomi; assemblaggio dei nucleosomi; elementi strutturali dei cromosomi e della cromatina; aspetti molecolari della duplicazione e della segregazione cromosomale.
• Replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti: struttura e funzione delle DNA polimerasi batteriche ed eucariotiche e relativo meccanismo catalitico; struttura e funzione dei diversi enzimi coinvolti nella replicazione; fase di inizio della replicazione; struttura e organizzazione delle origini di replicazione e dei replicatori; terminazione della replicazione; regolazione della replicazione.
• Mutabilità del DNA: principali tipi di mutazione del DNA; sistemi di riparazione del DNA.
• Ricombinazione: principi generali della ricombinazione omologa e relativo macchinario molecolare; adattamenti della ricombinazione omologa nei procarioti e negli eucarioti e loro significato biologico; utilizzo della ricombinazione in contesti specializzati: ricombinazione sito-specifica; principali enzimi coinvolti nella ricombinazione genetica.
• Trasposizione e retrotrasposizione: trasposoni a DNA e meccanismi molecolari di trasposizione; retrotrasposoni e retrovirus e relativi meccanismi molecolari di mobilità; regolazione della trasposizione.
• Trascrizione nei procarioti e negli eucarioti: principi generali e meccanismi molecolari; struttura e funzione delle RNA polimerasi; organizzazione generale dei promotori batterici ed eucariotici; fasi di inizio e di terminazione della trascrizione; fattori di trascrizione eucariotici.
• Maturazione dell’RNA: modificazioni delle estremità degli mRNA eucariotici; modificazioni di tRNA e rRNA; splicing e relativo macchinario molecolare, principi generali e meccanismo; splicing alternativo; editing dell’RNA; principali meccanismi molecolari di regolazione della maturazione dell’RNA.
• Sintesi proteica nei procarioti e negli eucarioti: codice genetico e mutazioni soppressore; classi di RNA coinvolte nella traduzione; struttura e funzione del ribosoma; caricamento dei tRNA; fasi della traduzione; regolazione dell’espressione genica a livello della traduzione; regolazione della stabilità degli mRNA e delle proteine.
• Regolazione dell’espressione genica nei batteriofagi e nei procarioti: regolazione dell’inizio della trascrizione nei procarioti; attivatori e repressori; modello dell’operone e attenuazione; regolazione dell’espressione genica nel fago lambda.
• Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti: meccanismi di regolazione trascrizionale negli eucarioti; fattori di trascrizione e domini di legame al DNA; trasduzione del segnale; regolazione della struttura della cromatina; silenziamento genico; RNA regolatori.
• Tecniche di biologia molecolare: elettroforesi di macromolecole biologiche; ibridazione; principi del clonaggio genico e della tecnologia del DNA ricombinante; PCR e sequenziamento.

Watson et al., Biologia molecolare del gene, 7 ed, Zanichelli.

Zlataanova & van Holde, Biologia molecolare, ed. Zanichelli.

Sono previste due modalità di superamento dell’esame:

• Prova scritta preselettiva e prova orale. Per accedere alla prova orale è necessario superare una prova scritta preselettiva costituita da 15 domande: 6 a risposta multipla, 8 a risposta aperta e 1 quesito consistente in una formula di struttura o in un esercizio. Ciascun quesito è valutato con un punteggio compreso tra 0 (zero) e +2 punti. Il punteggio complessivo della prova è determinato dalla somma dei punteggi ottenuti nei singoli quesiti. L’accesso alla prova orale è consentito con un punteggio minimo di 13,5 punti. In caso di conseguimento di un punteggio pari o superiore a 18 punti, lo studente può scegliere di accettare il voto ottenuto nella prova scritta, senza sostenere la prova orale, oppure di proseguire l’esame sostenendo la prova orale.

• Prove in itinere. Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove in itinere, ciascuna costituita da 60 domande a risposta multipla con una sola risposta corretta. A ogni risposta corretta sono attribuiti +2 punti, mentre alle risposte errate o non date sono attribuiti 0 (zero) punti. Ciascuna prova è superata con un punteggio minimo di 72 punti. Con un punteggio compreso tra 60 e 70 punti, la prova è considerata “superata con riserva” e l’insufficienza dovrà essere recuperata nell’ambito della prova successiva. Il percorso delle prove in itinere prevede inoltre una prova finale e la possibilità di sostenere una prova orale facoltativa. Il superamento dell’esame attraverso questa modalità è subordinato al superamento di tutte e tre le prove previste e al conseguimento di un punteggio finale complessivo pari ad almeno 72 punti.

• Quali sono le principali caratteristiche strutturali del DNA-A, DNA-B e DNA-Z?
• Descrivi i principali meccanismi molecolari della replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti.
• Descrivi i siti di inizio della replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti e la loro regolazione.
• Descrivi le principali caratteristiche delle DNA polimerasi nei procarioti e negli eucarioti.
• Descrivi la struttura e la funzione della telomerasi.
• Descrivi le principali classi di RNA cellulari, le loro caratteristiche e la loro abbondanza relativa.
• Descrivi i processi di maturazione dei diversi tipi di trascritti nei procarioti e negli eucarioti.