ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| BIOLOGIA APPLICATA | BIO/13 | LEZIONI | 70 |
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Il corso ha lo scopo di guidare lo studente all'acquisizione di conoscenze approfondite sulla struttura e sulla organizzazione della cellula e degli organismi viventi con particolare riguardo ai Procarioti e agli Eucarioti, sui meccanismi del differenziamento e della proliferazione cellulare, sulla biogenesi struttura e funzione di organuli e strutture della cellula, sulle interazioni tra cellule, sulla riproduzione e sulle basi biologiche e molecolari dell'evoluzione. Inoltre lo studente deve anche aver acquisito le conoscenze di base sui meccanismi della duplicazione del DNA, del flusso, della espressione e della regolazione dell'informazione genetica e sui meccanismi cellulari e molecolari alla base della realizzazione e trasmissione dei caratteri e dell'insorgenza di mutazioni. Inoltre il corso ha lo scopo di presentare allo studente una panoramica delle principali e moderne tecnologie applicabili allo studio di problemi di biologia cellulare e molecolare
The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of structure, organization and function of cell and living organisms with particular regards to prokariotes and eukariotes. The student will acquire knowledge of the mechanisms of cell proliferation and differentiation as well as biogenesis, structure and function of cell organelles. He or she will be able to demonstrate knowledge of the basic mechanisms of DNA replication and flow and regulation of gene expression. Lastly , the student will be aware of the possibility of application of the basic and modern technologies for the study of problems of cell and molecular biology.
Le conoscenze dello studente saranno verificate attraverso prove in itinere o attraverso un esame finale. Inoltre il docente testerà gli obiettivi di apprendimento intermedi attraverso un dialogo diretto con gli studenti sugli argomenti trattati a lezione durante il corso
The student's knowledge will be verified through in itinere tests or through a final exam. Moreover, the teacher will test the intermediate learning objectives through a direct dialogue with the students on the topics covered during the course
Lo studente che completerà il corso acquisirà le conoscenze di base sulla organizzazione cellulare, sulla struttura, composizione e funzione degli organuli nonchè conoscenze sul flusso dell'informazione genetica, della trasmissione dei caratteri e sulla insorgenza di mutazioni
The student who completes the course successfully will acquire the basic knowledge on the cellular organization, on the structure, composition and function of the organelles as well as knowledge on the flow of genetic information, of the transmission of the characters, and on the onset of mutations
La capacità degli studenti di acquisire criticamente le nozioni presentate dal docente durante le lezioni sarà valutata invitando gli studenti a rispondere a domande sugli argomenti trattati nel corso
The ability of the students to critically acquire the notions presented by the teacher during the lessons will be evaluated inviting students to respond to questions on the topics discussed in the course
Lo studente dovrà partecipare alle lezioni frontali in modo attivo con osservazioni e domande.
The student will have to attend actively in frontal lessons with observations and questions.
Durante le lezioni sarà valutata la capacita' degli studenti di acquisire criticamente le nozioni esposte dal docente mediante brevi domande. Durante gli esami saranno valutate le capacita' dello studente di rispondere in maniera sintetica e mirata alle domande proposte articolate come domande aperte.
During the lessons the ability of the students to critically acquire the notions presented by the teacher will be evaluated by means of short questions. During the examinations, the students' ability to respond in a synthetic way to the proposed questions will be evaluated by means of open questions.
Conoscenze di base di Biologia e Chimica
Basic knowledge of Biology and Chemistry
La teoria cellulare. Lo sviluppo della moderna biologia cellulare e molecolare. Le macromolecole della cellula. Organizzazione strutturale della cellula procariotica ed eucariotica. Virus, viroidi, prioni.
Le membrane: struttura, composizione e funzione. Modelli strutturali di membrana. Il trasporto attraverso le membrane: la diffusione semplice, la diffusione facilitata, il trasporto attivo.
I meccanismi di segnalazione cellulare. Recettori associati a proteine G. Recettori associati a proteine chinasi. I sistemi ormonali endocrino e paracrino.
I compartimenti intracellulari e lo smistamento delle proteine. Il reticolo endoplasmatico. Struttura e funzioni del reticolo endoplasmatico ruvido e del reticolo endoplasmatico liscio. Il complesso di Golgi: struttura e funzioni. Ruolo del RE e del complesso di Golgi nella glicosilazione delle proteine. Il ruolo dei peptidi segnale nello smistamento delle proteine. Indirizzamento delle proteine solubili lisosomali verso gli endosomi ed i lisosomi. Le vie di secrezione. La esocitosi. I lisosomi e la digestione cellulare. L’autofagia. La endocitosi: la pinocitosi e la fagocitosi. I perossisomi: funzioni e biogenesi.
Il metabolismo energetico chemiotrofo. Ruolo dell’ATP negli scambi energetici che avvengono nella cellula. I coenzimi accettori di elettroni. Glicolisi e fermetazione.
La respirazione aerobia. Il mitocondrio struttura ed origine evolutiva. L’ossidazione del piruvato. Il ciclo degli acidi tricarbossilici. Il trasporto degli elettroni dai coenzimi ridotti all’ossigeno. I complessi respiratori. Il gradiente elettrochimico protonico e il suo ruolo nell’accopiamento energetico (il modello chemiosmotico). Il complesso proteico F0F1 e la sintesi di ATP. Il bilancio energetico globale delle fasi anaerobica e aerobica.
Il citoscheletro e la motilità cellulare.
Il ciclo cellulare (fasi G1, S, G2). La regolazione del ciclo cellulare. Il complesso CdK-ciclina mitotico; il complesso che promuove l’anafase; il complesso Cdk-ciclina G1. I meccanismi di checkpoint.
I processi di divisione cellulare: la mitosi e la meiosi, meccanismi, significato biologico e genetico. Formazione e funzionamento del fuso mitotico.
La morte cellulare. La necrosi e l’apoptosi. L’autofagia nella morte cellulare.
La riproduzione sessuata e asessuata. La gametogenesi. La fecondazione.
Il nucleo e i suoi componenti. La natura chimica del materiale genetico. Principali prove sperimentali (Esperimenti di Griffith; Avery, MacLeod e MacCarty; Harshey e Chase). Composizione e struttura del DNA. Organizzazione del DNA nei genomi. Struttura della cromatina, i nucleosomi; il genoma mitocondriale. Il nucleo, organizzazione della cromatina, struttura e ruolo degli istoni, i nucleosomi e i diversi livelli di organizzazione della fibra cromatinica. Eucromatina ed eterocromatina. I cromosomi, morfologia e caratteristiche. L’involucro nucleare, il nucleolo.
La replicazione del DNA; dimostrazione sperimentale della modalità di replicazione (Esperimento di Meselson e Stahl): origine e progressione della replicazione nei procarioti e negli eucarioti; dettagli del meccanismo replicativo; la replicazione dei telomeri.
Danni al DNA e meccanismi di riparazione.
Il codice genetico: meccanismo di lettura e decifrazione delle triplette (esperimenti di Nireberg e Matthaei, Khorana, Nirenberg e Leder).
Struttura dell’RNA e sua trascrizione su stampi di DNA. Tipi di RNA. Organizzazione del gene nei procarioti e negli eucarioti. La maturazione dei vari tipi di RNA.
I ribosomi e la sintesi delle proteine; ruolo dei tRNA e dell’amminoacil-tRNA sintetasi; fasi di inizio, allungamento e terminazione della sintesi proteica.
La regolazione dell’espressione genica nei procarioti: vie cataboliche e anaboliche; aspetti generali della regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Ruolo dei fattori di trascrizione e degli istoni nella condensazione e decondensazione della cromatina, metilazione del DNA. Controlli post-trascrizionali.
Variabilità fenotipica, genetica e ambientale: i caratteri ereditari, pseudoereditari congeniti e acquisiti. I meccanismi di base dell’ereditarietà. Modalità di trasmissione dei caratteri.
Le mutazioni: definizioni e tipi. Le mutazioni geniche puntiformi, le mutazioni cromosomiche di forma, le mutazioni di numero, meccanismi di insorgenza ed effetti.
The cell theory. The development of modern cellular and molecular biology. The macromolecules of the cell. Structural organization of the prokaryotic and eukaryotic cell. Viruses, viroids, prions. Membranes: structure, composition and function. Structural membrane models. Transport across membranes: simple diffusion, facilitated diffusion, active transport. The cellular signaling mechanisms. G protein associated receptors. Protein kinase associated receptors. The endocrine and paracrine hormone systems. The intracellular compartments and the sorting of proteins. The endoplasmic reticulum. Structure and functions of the rough endoplasmic reticulum and the smooth endoplasmic reticulum. The Golgi complex: structure and functions. Role of ER and Golgi complex in protein glycosylation. The role of signal peptides in the sorting of proteins. Addressing of lysosomal soluble proteins to endosomes and lysosomes. The ways of secretion. The exocytosis. Lysosomes and cellular digestion. Autophagy. Endocytosis: pinocytosis and phagocytosis. The peroxisomes: functions and biogenesis. The chemotrophic energy metabolism. Role of ATP in the energy exchanges that take place in the cell. The electron accepting coenzymes. Glycolysis and fermetation. Aerobic respiration. The mitochondrion structure and evolutionary origin. The oxidation of pyruvate. The cycle of tricarboxylic acids. The transport of electrons from the reduced coenzymes to oxygen. The respiratory complexes. The proton electrochemical gradient and its role in energy coupling (the chemosmotic model). The F0F1 protein complex and the synthesis of ATP. The global energy balance of the anaerobic and aerobic phases. The cytoskeleton and cell motility. The cell cycle (phases G1, S, G2). The regulation of the cell cycle. The mitotic CdK-cyclin complex; the complex that promotes anaphase; the Cdk-cyclin G1 complex. The checkpoint mechanisms. The processes of cell division: mitosis and meiosis, mechanisms, biological and genetic significance. Formation and functioning of the mitotic spindle. Cell death. Necrosis and apoptosis. Autophagy in cell death. Sexual and asexual reproduction. Gametogenesis. Fertilization. The core and its components. The chemical nature of the genetic material. Main experimental tests (Griffith's experiments; Avery, MacLeod and MacCarty; Harshey and Chase). Composition and structure of DNA. Organization of DNA in genomes. Structure of chromatin, nucleosomes; the mitochondrial genome. The nucleus, organization of chromatin, structure and role of histones, nucleosomes and the different levels of organization of the chromatin fiber. Echromatin and heterochromatin. Chromosomes, morphology and characteristics. The nuclear envelope, the nucleolus. DNA replication; experimental demonstration of the replication mode (Meselson and Stahl experiment): origin and progression of replication in prokaryotes and eukaryotes; details of the replication mechanism; telomere replication. DNA damage and repair mechanisms. The genetic code: mechanism for reading and deciphering triplets (Nireberg and Matthaei, Khorana, Nirenberg and Leder experiments). Structure of RNA and its transcription on DNA templates. Types of RNA. Gene organization in prokaryotes and eukaryotes. The maturation of the various types of RNA. Ribosomes and protein synthesis; role of tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase; phases of initiation, elongation and termination of protein synthesis. The regulation of gene expression in prokaryotes: catabolic and anabolic pathways; general aspects of the regulation of gene expression in eukaryotes. Role of transcription factors and histones in chromatin condensation and decondensation, DNA methylation. Post-transcriptional checks. Phenotypic, genetic and environmental variability: hereditary, congenital and acquired pseudo-hereditary characters. The basic mechanisms of inheritance. Character transmission mode. Mutations: definitions and types. Point gene mutations, chromosomal shape mutations, number mutations, mechanisms of onset and effects.
Hardin e Bertoni. BECKER Il mondo della cellula. Pearson
Karp et al. Biologia cellulare e molecolare. EdiSes
Alberts et al. L'essenziale di Biologia molecolare della cellula . Zanichelli
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Hardin and Bertoni. al. BECKER Il mondo della cellula. Pearson
Karp et al. Biologia cellulare e molecolare. EdiSes
Alberts et al. L'essenziale di Biologia molecolare della cellula . Zanichelli
Prove scritte in itinere o esame finale
Written tests in itinere or final exam
