ECTS - University of Pisa
Al termine del Corso lo studente avrà acquisito conoscenze di base sulla biologia a livello molecolare e in particolare sulla struttura e metabolismo delle macromolecole informazionali, sulla struttura del genoma, nonchè sui processi di regolazione della trascrizione genica e sulle modifiche posttrascrizionali. Inoltre lo studente acquisirà competenze su tecniche di biologia molecolare tra cui metodiche di estrazione, purificazione e analisi degli acidi nucleici, tecniche per lo studio di espressione di geni e polimorfismi nonchè tecniche per lo studio a livello molecolare del metabolismo cellulare.
At the end of the course the student will have acquired basic knowledge on biology at the molecular level and in particular on the structure and metabolism of informational macromolecules, on the structure of the genome, as well as on the regulation processes of gene transcription and post-transcriptional modifications. In addition, the student will acquire skills on molecular biology techniques including methods of extraction, purification and analysis of nucleic acids, techniques for the study of gene expression and polymorphisms as well as techniques for the study at the molecular level of cell metabolism.
Il docente verificherà l'apprendimento degli obiettivi intermedi durante lo svolgimento del Corso attraverso un dialogo diretto con gli studenti sugli argomenti trattati a lezione ed eventualmente con prove in itinere in cui il docente valuterà l'acquisizione delle terminologie di base idonee e la capacità di elaborare una risposta tecnicamente chiara ed adeguata.
The teacher, during the course, will verify the learning of intermediate objectives through a direct dialogue with the students on the lesson topics and eventually with ongoing tests by evaluating the acquisition of the appropriate basic terminologies and student skill to organize technically clear and adequate answer.
Capacità di utilizzare la conoscenze di base di biologia molecolare acquisite durante il Corso per affrontare criticamente situazioni sperimentali proposte durante le esercitazioni.
The student will acquire the ability to critically understand the basic principle of molecular biology in order to solve experimentalt criticisms suggested during laboratory experience.
Durante le lezioni sarà valutata la capacita' degli studenti di acquisire criticamente le nozioni esposte dal docente. Durante gli esami saranno valutate le capacita' dello studente di rispondere in maniera sintetica e mirata alle domande proposte che potranno essere articolate sia come domande a risposta multipla che come domande aperte.
During the lessons, the ability of the students to critically acquire the notions presented by the teacher will be evaluated. During the exams the students' abilities will be assessed in a concise and targeted way to the proposed questions that can be articulated both as multiple choice questions and as open questions.
Lo studente dovrà partecipare alle lezioni frontali in modo attivo con osservazioni e domande.
The student must actively participate in frontal lessons with observations and questions.
La partecipazione dello studente alla lezione verrà valutata stimolando il dialogo diretto docente-studente e stimolando lo studente a ragionare criticamente sulle problematiche affrontare durante la lezione.
The student's participation in the lesson will be evaluated by stimulating the direct teacher-student dialogue and stimulating the student to critically discuss lesson issues.
Conoscenze di Biologia animale e conoscenze di base di Chimica organica.
Knowledge of animal biology and notions of organic chemistry.
Si consiglia allo studente di elaborare e apprendere gradualmente i concetti esposti a lezione durante l'arco temporale del semestre facendo riferimento ai libri di testo consigliati.
The student is advised to study and learn the concepts during the course of the lessons, referring to the recommended textbooks.
Principi Biologia Molecolare
-Principi di base di biologia molecolare: cenni su esperimenti chiave che portarono alla scoperta del DNA come molecola dell'informazione. Il dogma centrale della biologia molecolare.
-Chimica degli acidi nucleici: Struttura chimica, topologia del DNA e sua organizzazione strutturale. Proprietà del DNA in soluzione: denaturazione/rinaturazione, effetto ipercromico. RNA e le sue strutture, differenze strutturali e funzionali tra DNA e RNA.
-La complessità dei genomi: grandezza e densità genica. I geni codificanti proteine. Differenze tra geni procariotici ed eucariotici. Caratteristiche delle sequenze genomiche (sequenze uniche, ripetute e polimorfiche).
-Replicazione del DNA: chimica della sintesi del DNA, meccanismo molecolare di azione della DNA polimerasi. Enzimologia della replicazione: le DNA elicasi, le SSB, le topoisomerasi e le DNA sliding clamp. Le DNA polimerasi nei batteri e negli eucarioti. La regolazione dell'inizio della replicazione in procarioti e eucarioti. Il problema della terminazione dei cromosomi lineari: telomerasi e telomeri.
- Mutabilità e riparazione del DNA: danno spontaneo e danno indotto da agenti chimici e radiazioni. Sistemi di riparazione.
-Ricombinazione omologa in procarioti ed eucarioti: meccanismo molecolare.
-Trasposizione: struttura di trasposoni a DNA e retrotrasposoni e meccanismi molecolari di traspozizione.
- Espressione del genoma: RNA polimerasi e ciclo della trascrizione. Cenni alla trascrizione nei procarioti e eucarioti. Meccanismo molecolare di azione della RNA polimerasi I e III.
-Modificazioni post-trascrizionali: la chimica dello splicing dell'RNA, vie di splicing, varianti di splicing, splicing alternativo e rimescolamento degli esoni, capping e poliadenilazione del mRNA.
-La regolazione dell’espressione genica in procarioti e eucarioti: principi di regolazione trascrizionale in procarioti ed eucarioti, integrazione del segnale e controllo combinatorio. Repressori trascrizionali. RNA regolatori. Malattie associate ad alterazioni dei processi di regolazione post-trascrizionale. Operone Lac e batteriofago lambda. Azione di attivatori e repressori nel controllo della trascrizione in cellule eucariotiche.
Tecniche di biologia molecolare
-Metodi di estrazione e purificazione degli acidi nucleici e tecniche spettrofotomeriche per l’analisi del DNA in soluzione
-Analisi degli acidi nucleici mediante elettroforesi su gel di agarosio
-Reazione a catena della polimerasi (RT-PCR e real-time PCR).
-Analisi dei polimorfismi mediante PCR e Southern Blott.
-Tecniche di sequenziamento del DNA: metodo di terminazione della catena (Sanger), pirosequenziamento e piattaforma 454.
-Analisi dell'espressione genica mediante microarray.
Esercitazioni pratiche di laboratorio:
1) Colture cellulari: conta cellulare; estrazione dell’mRNA da cellule; quantificazione di RNA e misura della purezza.
2) Analisi elettroforetica di RNA mediante gel di agarosio. Principi generali della PCR, RT-PCR e Real time PCR. Allestimento delle mix di retrotrascrizione e di Real time PCR. Analisi delle curve di melting e dei ct. Quantificazione assoluta e relativa in RT-PCR.
3) Creazione di un costrutto di DNA ricombinante. 1) Preparazione di un costrutto di una proteina di interesse, clonaggio in un plasmide di clonaggio o di espressione e sua restrizione enzimatica di controllo. 2) Trasformazione del plasmide in E. coli.
Basic principles of molecular biology: overview of key experiments that led to the discovery of DNA as molecular information molecule. The central dogma of molecular biology.
-Chemistry of nucleic acid: chemical strucutre of DNA e its structural organization. Properties of DNA in solution: denaturation / renaturation, hyperchromic effect. RNA and its structures, structural and functional differences between DNA and RNA.
- Genome structure: gene size and density. Genes coding proteins. Differences between prokaryotic and eukaryotic genes. Characteristics of genomic sequences (unique, repeated and polymorphic sequences).
- DNA Replication: chemistry of DNA synthesis, molecular mechanism of action of DNA polymerase. Enzymology of replication: DNA helicases, SSBs, topoisomerases and DNA sliding clamps. DNA polymerases in bacteria and eukaryotes. Regulation of the initiation of replication in prokaryotes and eukaryotes. The problem of the termination of linear chromosomes: telomerase and telomeres.
- Mutability and DNA repair: spontaneous damage and damage induced by chemical agents and radiation. DNA repair systems
- Homologous recombination in prokaryotes and eukaryotes: molecular mechanism.
-Transposition: DNA and retrotrasposone structure and transposition mechanisms.
- Genome expression: RNA polymerase and transcription cycle. Molecular mechanism of action of RNA polymerase I and III. Transcriprion in prokaiotic and eukariotic cells.
- Post-transcriptional modifications: the chemistry of RNA splicing, splicing variants, alternative splicing and exon scrambling, capping and mRNA polyadenylation.
-The regulation of gene expression in prokaryotes and eukaryotes: principles of transcriptional regulation in prokaryotes and eukaryotes, signal integration and combinatorial control. Transcriptional repressors. RNA regulators. Diseases associated with alterations of post-transcriptional regulation processes. Lac Operon. Activators and repressors in the control of transcription in eukaryotic cells.
Molecular biology techniques:
-Nucleic acid extraction and purification methods and spectrophotomeric techniques for DNA analysis in solution
-Analysis of nucleic acids by agarose gel electrophoresis
- Polymerase chain reaction (RT-PCR and real-time PCR).
- Analysis of polymorphisms by PCR and Southern Blott.
- DNA sequencing techniques: chain termination method (Sanger), pyrosequencing and platform 454.
- Analysis of gene expression by microarray
Laboratory (practices exercises):
1) Cell colture: cellular count; RNA extraction; RNA quantification and determination of purity level.
2) RNA agarose gel electrophoresis. PCR, RT-PCR and Real time PCR. Preparation of retro-transcription mix di retrotrascrizione and Real time PCR. Analysis of melting curves and ct.
3) Fluorescence techniques in molecular biology. 1) Preparation of fluorescent protein construct, cloning in an expression plasmid, enzymatic restriction, transfection in eucariotic cells. 2) Quantitative analysis of apoptotic process by the means of flow cytometry.
Libri di testo consigliati:
-Biologia Molecolare. Amaldi, Benedetti, Pesole e Plevani. Casa editrice Ambrosiano. Ed. 2014.
-Biologia Molecolare del gene. Watson, Baker. Casa Editrice Zanichelli. Ed. 2014
-Fondamenti di Biologia Molecolare L.A. Allison ZANICHELLI
-L’essenziale di Biologia Molecolare della Cellula B. Alberts et al ZANICHELLI
Suggested textbooks
-Biologia Molecolare. Amaldi, Benedetti, Pesole e Plevani. Casa editrice Ambrosiano. Ed. 2014.
-Biologia Molecolare del gene. Watson, Baker. Casa Editrice Zanichelli. Ed. 2014
-Fondamenti di Biologia Molecolare L.A. Allison ZANICHELLI
-L’essenziale di Biologia Molecolare della Cellula B. Alberts et al ZANICHELLI
Per i non frequentanti si consiglia di consultare durante lo svolgimento del corso il registro delle lezioni disponibile sul sito https://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=453 (pagina del docente). La consultazione del registro è fondamentale al fine di poter selezionare gli argomenti affrontati a lezione che saranno oggetto della prova di esame.
For non-attending students, it is advisable to consult the lesson program on the website https://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=453 (teacher personal page). The consulting of the lesson diary is crucial to selectively identify the issues argument of final exam.
L’esame finale è costituito da una prova “in itinere” svolta alla fine del corso. Per gli studenti che abbiano sostenuto positivamente tale prova, l’esame di profitto sarà costituito da uno scrutinio condotto dalla commissione sulla base dei risultati ottenuti. Altrimenti l’esame sarà svolto come prova scritta nelle date di esame prestabilite.
The final exam will be diluted by periodic written text during the course. For students who have positively supported these text, the profit exam will be a scrutiny by the committee based on the results obtained. Otherwise, the exam will be completed as a written test on the pre-defined exam dates.
