Biologia Molecolare

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Il corso ha come obiettivo principale la comprensione degli aspetti biochimici fondamentali degli acidi nucleici. Particolare attenzione verrà rivolta alla comprensione degli elementi di struttura del DNA sulla base dei quali verranno spiegate le peculiari caratteristiche di stabilità, contenuto informazionale e leggibilità del materiale genetico. Verranno quindi analizzati in modo approfondito i meccanismi molecolari alla base dei processi di replicazione, riparazione, trascrizione e traduzione del DNA. Buona parte del corso sarà dedicata alla comprensione delle strategie regolative fondamentali operanti nei batteri e nei fagi e le loro possibili implicazioni per il controllo dell’espressione genica in organismi più complessi.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L'obiettivo didattico consiste nel conseguimento delle competenze necessarie per un'analisi critica dei meccanismi molecolari e biochimici della vita, nonché per la comprensione degli elementi basilari dei principali processi cellulari.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Il corso è finalizzato ad accrescere la capacità di analizzare in chiave critica i meccanismi molecolari alla base della vita.

ABILITA' COMUNICATIVE
L'articolazione del corso prevede una notevole attività di discussione in aula tesa a sviluppare l'attitudine degli studenti a trasmettere le competenze scientifiche acquisite a supporto delle proprie argomentazioni.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
Le continue evoluzioni della ricerca scientifica ed in particolare della biologia molecolare richiedono un aggiornamento continuo delle competenze. Per tale motivo, il corso si prefigge di fornire l'autonomia necessaria per il conseguimento di una più ampia conoscenza e per l'allineamento delle competenze agli avanzamenti della ricerca biologica.

La valutazione dei risultati di apprendimento attesi si basa su una prova scritta ed una prova orale. La prova orale potrà essere sostenuta solo dopo il superamento della prova scritta. La prova scritta, da svolgersi in un tempo massimo di due ore, si compone di dieci domande atte a valutare il grado di apprendimento e di analisi critica degli argomenti trattati. Al fine di valutare il grado di avanzamento dell'apprendimento, durante lo svolgimento delle lezioni vengono sottoposti agli studenti alcuni test online con domande a risposta multipla sugli argomenti trattati nelle lezioni antecedenti al test.

Il corso è composto da lezioni frontali in cui verrenno descritti i principali argomenti previsti dal programma e da esercitazioni in aula reletive alla risoluzione di semplici problemi di Biologia Molecolare. Oltre ai libri di testo, gli studenti hanno a disposizione sul sito web del corso materiale didattico in formato elettronico tra cui le slide utilizzate a lezione, articoli scientifici in lingua inglese e test a risposta multipla.

Per una migliore comprensione del corso è indispensabile che lo studente conosca i principi di base della chimica e della biochimica e della genetica.

STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI

Proprietà del materiale genetico: il principio trasformante, la scoperta di Avery, la regola di Chargaff; proprietà chimico-fisiche dei nucleotidi; modificazioni chimiche, protonazione e tautomeria cheto-enolica delle basi azotate; la struttura primaria del DNA; la termodinamica del legame fosfodiesterico; legami deboli e legami forti; la doppia elica e l’appaiamento delle basi secondo il modello di Watson e Crick; la replicazione semi-conservativa del DNA; strutture secondarie alternative del DNA (DNA A, DNA Z, DNA H); sequenze ripetute dirette, invertite e speculari;  e curvatura intrinseca del DNA; elementi strutturali di riconoscimento del DNA (read-out); interazioni specifiche DNA-proteina; stabilità della doppia elica: fusione e rinaturazione del DNA; struttura primaria, secondaria e caratteristiche distintive dell’RNA; idrolisi alcalina dell'RNA e meccanismo d'azione della RNasi A; elementi di topologia: superavvolgimento, numero di legame e variazioni conformazionali del DNA; topoisomerasi I e II; compattamento degli acidi nucleici: gli istoni, il nucleosoma, le fibre e le strutture di ordine superiore della cromatina.

 

REPLICAZIONE DEL DNA

Schema generale della replicazione: termodinamica e meccanismo di sintesi del DNA; struttura del sito attivo della DNA polimerasi; processività e sliding clamp; attività di proof-reading della DNA polimerasi; sintesi semidiscontinua del DNA: filamento continuo, filamento ritardato, frammenti di Okazaki e rimozione degli inneschi; meccanismo d'azione della DNA ligasi; origini di replicazione; DNA polimerasi III, struttura e assemblaggio del replisoma; DNA primasi, DNA elicasi, DNA topoisomerasi e altre proteine coinvolte nella replicazione; replicazione bidirezionale del genoma di E. coli; replicazione dei genomi eucariotici; il problema delle estremità del DNA.

 

RIPARAZIONE DEL DNA

Mutazioni puntiformi; danno idrolitico e modificazioni chimiche delle basi azotate; il test di Ames; riparazione dei mismatch; riparazione per fotoriattivazione; riparazione per escissione di basi; riparazione per escissione nucleotidica; riparazione per ricombinazione omologa; sintesi del DNA per translesione; induzione della risposta SOS.

 

TRASCRIZIONE

Struttura generale di geni e operoni procariotici; promotori batterici: le regioni -10 e -35, gli elementi UP, l’elemento -10 esteso; struttura della RNA polimerasi batterica; il fattore sigma; schema generale del processo trascrizionale: inizio, allungamento, terminazione. La trascrizione negli eucarioti: promotori, il complesso di pre-inizio, il mediatore, la RNA polimerasi II; capping e poliadenilazione dell'RNA; le RNA polimerasi I e III.

 

LO SPLICING DELL’RNA

Introni, esoni e processamento post-trascrizionale dei trascritti primari; la chimica dello splicing; lo spliceosoma; splicing degli introni di gruppo I e II; lo splicing alternativo; editing dell’RNA; trasporto dell’mRNA fuori dal nucleo.

 

LA TRADUZIONE

Il codice genetico; struttura dell’RNA messaggero (mRNA); struttura dell’RNA transfer (tRNA); legame degli amminoacidi al tRNA; le amminoacil-tRNA sintetasi; il ribosoma; formazione del legame peptidico; meccanismo molecolare e fasi funzionali della traduzione: inizio, allungamento, terminazione; fedeltà ed energetica della traduzione; il problema degli RNA spezzati.

 

REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

Principi generali della regolazione trascrizionale; regolazione positiva e negativa della trascrizione; azione a distanza; operone lattosio: LacI, Cap; fattori sigma alternativi; NtrC, operone triptofano (TrpR) e attenuazione; regolazione trascrizionale e la scelta lisi-lisogenia nel fago lambda; struttura e funzione dei repressori cI e cro; cooperatività nel legame del repressore; controllo trascrizionale positivo e negativo, antiterminazione, regolazione mediata da RNA nei batteri, riboswitch. Integrazione e escissione del fago lambda mediante ricombinazione sito-specifica.

TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE
La reazione a catena della polimerasi (PCR); il sequenziamento del DNA secondo il metodo di Sanger.