ECTS - University of Pisa
Vengono fornite nozioni di base sulla struttura e le funzioni delle macromolecole biologiche, in particolare: proteine, ed acidi nucleici. Vengono analizzati i meccanismi molecolari che permettono la decodificazione dell’informazione genetica da DNA a RNA a proteine e la regolazione dell’espressione genica, sia in procarioti che in eucarioti. Particolare attenzione è volta alla descrizione dei metodi di studio di base delle macromolecole biologiche informazionali e delle principali tecniche del DNA ricombinante. Scopo del "Laboratorio" e' far acquisire la conoscenza pratica e teorica delle principali operazioni di manipolazione del DNA, tramite l’apprendimento diretto di specifiche metodologie.
The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to Molecular Biology. In particular: - Structure and properties of nucleic acids and proteins. -Mechanisms of protein synthesis and interpretation of genetic code -Transcription in prokaryotes and eukaryotes and associated factors -Regulation of gene expression. -Mechanisms of DNA replication, replicons, enzymes and associated factors. He or she will be aware of modern approaches of recombinant DNA technology and will acquire the ability to perform basic experiments of DNA transformation in bacteria and purification of plasmid DNA.
Durante l'esame verrà verificato il livello di conoscenza teorica degli argomenti elencati nel programma dettagliato. Particolare importanza verrà data alle conoscenze dei meccanismi che regolano il funzionamento degli organismi a livello molecolare, con particolare riguardo ai processi di replicazione, trascrizione, traduzione e regolazione dei genomi.
- The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. - In the written exam (1 hour, multichoice and open answers related to the laboratory experiences), the student must demonstrate his/her knowledge of -the structural/chemical properties of nucleic acid and proteins and of the technologies used during the laboratory course. - In the oral exam, the student must demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression.
Methods:
Further information:
Final oral exam 100%
Al termine del corso:
Durante l'esame orale verrà verificato il livello di apprendimento delle tecniche mostrate durante il laboratorio. Verranno poste specifiche domande sulle conoscenze di base di Biologia Molecolare e sulle attività pratiche di laboratorio.
Prerequisito cruciale è che lo studente abbia acquisito le conoscenza di base di Chimica Inorganica-Organica e di Citologia/Istologia
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
PRIMA PARTE
Caratteristiche generali delle macromolecole biologiche:
DNA
- Costituenti, struttura e proprietà chimico-fisiche del DNA
- Esperimento di Griffith. Scoperta del DNA
- Modello di Watson e Crick. Strutture a doppia elica alternative.
- Concetti di base sulla sintesi e la degradazione del DNA
- Complementarietà delle basi
- Denaturazione e rinaturazione del DNA.
- Concetto di identità tra due sequenze
- Enzimi di restrizione e modificazione.
- Digestione del DNA con enzimi di restrizione. Palindromi e tipi di taglio
- Esempi di mappe di restrizione .
- Tecniche di elettroforesi su gel. Southern transfer
RNA
- Decodificazione dell’informazione genetica: da DNA a RNA a proteine.
- Codice genetico: regole. Tabella e triplette.
- Concetto di gene. Esoni e introni.
- Caratteristiche degli mRNA (Capping e poliadenilazione)
- Caratteristiche strutturali dei tRNA.
- Amminoacil tRNA sintetasi.
- RNA ribosomiali e ribosomi. Differenze tra procarioti ed eucarioti.
PROTEINE
- Caratteristiche principali degli amminoacidi
- Legami presenti nelle proteine
- Livelli di organizzazione strutturale. Domini proteici.
Tecnologie del DNA Ricombinante
- Metodi di Sequenziamento: chimico ed enzimatico
- Tecnica della PCR
- Vettori di clonaggio: Fagici- plasmidici- misti (fagemidi, cosmidi, Yac, BAC.)
- Metodi per creare molecole ricombinanti.
- DNA ligasi
- Trasformazione e infezione.
- Metodi di purificazione del DNA plasmidico
- Metodi per identificare molecole ricombinanti
- Progettazione di sonde
- Genoteche di DNA genomico
- Genoteche di cDNA
SECONDA PARTE
Sintesi proteica:
- Fase inizio: tRNA iniziatore e fattori accessori
- Fase di allungamento e fattori coinvolti.
- Antibiotici capaci di intervenire nelle diverse tappe della sintesi.
- Fase di terminazione della traduzione e fattori coinvolti.
- Interpretazione del codice genetico. Concetto di ORF (open reading frame)
- tRNA soppressori. Fenomeno dell’oscillazione (wobble)
- Differenze nel codice genetico nei mitocondri.
Replicazione .
- Repliconi e origini di replicazione (batteri, lievito, eucarioti)
- Mutanti ad arresto lento e ad arresto veloce
- Tipi e caratteristiche delle DNA polimerasi
- Meccanismi di replicazione nei batteri, nei fagi filamentosi e litici, negli eucarioti.
- Terminazione della replicazione. Proteine terminali.
- Telomeri e telomerasi
Trascrizione e sua regolazione nei procarioti:
- RNA polimerasi e fattori associati.
- Tappe del meccanismo di trascrizione
- Concetto di promotore e sequenze consenso.
- Struttura e funzione del fattore sigma.
- Terminatori intrinseci e rho dipendenti.
- Operoni batterici. Esempi di regolazione (operoni lac e trp;)
- Strategie fagiche: ciclo litico e lisogenico.
- Metodi di analisi della trascrizione (gel shift, footprinting )
- Topoisomerasi e superavvolgimenti
Trascrizione e sua regolazione negli eucarioti.
- RNA polimerasi I, II, III e fattori associati
- Promotori ed enhancers
- Struttura e funzione dei fattori trascrizionali
- “Motivi” strutturali conservati
- Metodi di analisi della trascrizione. (mutanti di delezione, geni reporter, etc…)
- Meccanismi epigenetici: effetti del rimodellamento della cromatina sulla trascrizione.
- Metilazione del DNA
Regolazione post-trascrizionale.
- Metodi di studio dello splicing
- Splicing nucleare, “spliceosomi”
- Splicing di tipo I e II.
- Splicing dei tRNA
- RNA regolatori: differenze tra miRNA e siRNA
- Cenni sui vari tipi di ncRNA
The course provides notions on the main topics of Modern Molecular Biology and Recombinant DNA technologies. The course approaches the main issues related to the replication of DNA and to mechanisms of gene expression, such as DNA transcription and protein synthesis with a particular enphasis on factors and elements determining its regulation. The second part of the course focuses on the most common biotechnologies used for cloning, amplifying and expressing recombinant DNA. Lastly, issues related to recently discovered epigenetics factors and RNA non coding elements are presented and discussed.
- Amaldi et al. Biologia Molecolare (ed. Ambrosiana)
- Watson J et al.: “Biologia Molecolare del Gene” (ed. Zanichelli)
- Lewin B et al. : “Il Gene VIII o X” (ed. Zanichelli)
- Dale - von Schantz: “Dai geni ai genomi” (ed. Edises)
Materiale didattico:
articoli scientifici originali e pdf delle lezioni sul sito https://polo3.elearning.unipi.it
Recommended books:
-Amaldi F. et al. : Biologia Molecolare
- Lewin B. Krebs -Goldstein -Kilpatrick: GENES X
- Watson J D : MOLECULAR BIOLOGY OF THE GENE-
- Dale - Von Schantz –Plant : “FROM GENES TO GENOMES: Concepts and Applications of DNA Technology”
I testi consigliati includono i vari argomenti trattati a lezione.
Le lezioni sono facoltative, ma permettono di focalizzare la preparazione su aspetti specifici dei vari argomenti.
Il laboratorio è obbligatorio. Esame orale.
Esame orale con domande su tutto il programma e sui laboratori
