Scheda programma d'esame
MOLECULAR BIOLOGY
CHIARA GABELLINI
Academic year2023/24
CourseBIOLOGICAL SCIENCES
Code069EE
Credits9
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOLOGIA MOLECOLAREBIO/11LEZIONI84
SARA DE VINCENTIIS unimap
CHIARA GABELLINI unimap
SOULTANA KONSTANTINIDOU unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

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.

Knowledge

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.

Modalità di verifica delle conoscenze

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.

Assessment criteria of knowledge

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.

Capacità

Al termine del corso:

  • lo studente avrà acquisito le nozioni di base sulla struttura e il funzionamento dei geni, sulla regolazione dell'espressione in cellule e tessuti diversi.  
  • lo studente sarà in grado di effettuare un esperimento di trasformazione in batteri e successiva analisi dei cloni ricombinanti. 
  • lo studente sarà in grado di effettuare un'analisi elettroforetica di DNA plasmidico, utilizzando gel di agarosio. 
Skills

At the end of the course:

  • the student will have acquired the basic notions on the structure and functioning of genes, on the regulation of expression in different cells and tissues.
  • the student will be able to carry out a transformation experiment in bacteria and subsequent analysis of recombinant clones.
  • the student will be able to perform an electrophoretic analysis of plasmid DNA using agarose gel.
Modalità di verifica delle capacità

Durante le sessioni di laboratorio lo studente dovrà essere capace di effettuare gli esperimenti previsti.  

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.  

Assessment criteria of skills

During the laboratory sessions the student must be able to carry out the foreseen experiments.

During the oral exam the level of learning of the techniques shown during the laboratory will be verified. Specific questions will be asked on the basic knowledge of Molecular Biology and on practical laboratory activities.

 

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire la capacità di lavorare in coppia o in piccoli gruppi per eseguire gli esperimenti durante il laboratorio.

Behaviors

The student will be able to acquire the ability to work in pairs or in small groups to carry out the experiments during the laboratory.

 

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante le sessioni di laboratorio saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte

Assessment criteria of behaviors

During the laboratory sessions the level of accuracy and precision of the activities carried out will be evaluated

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Prerequisito cruciale è che lo studente abbia acquisito le conoscenze di base di Chimica Inorganica-Organica e di Citologia/Istologia.

Lo studente è invitato a verificare l'esistenza di eventuali propedeuticità consultando il Regolamento del Corso di studi relativo al proprio anno di immatricolazione. Un esame sostenuto in violazione delle regole di propedeuticità è nullo (Regolamento didattico d’Ateneo, art. 24, comma 3).

Prerequisites

Crucial prerequisite is that the student has acquired the basic knowledge of Inorganic-Organic Chemistry and Cytology/Histology

Indicazioni metodologiche

Si svolgono le lezioni frontali, con ausilio di slide e filmati.

Si svolgono esercitazioni in aula e laboratorio (si formano gruppi per effettuare direttamente esperimenti di Biologia Molecolare.

Vengono date indicazioni di utilizzo delle apparecchiature di base dei laboratori di Biologia Molecolare.

Personale di supporto e codocenti supporteranno la titolare del corso, specialmente per quanto riguarda le attività di laboratorio sperimentale e le esercitazioni, ovvero lezioni con connotazione pratica.

Il sito Moodle (https://polo3.elearning.unipi.it) e-learning del corso viene utililzzato per: scaricamento materiali didattici, comunicazioni docente-studenti, pubblicazione dei risultati di compiti scritti, formazione di gruppi di lavoro per i turni di laboratorio.

Per l' interazione tra studente e docente viene utilizzata la posta elettronica per organizzare sessioni di ricevimento, sia in presenza sia utilizzando la piattaforma Teams.

Teaching methods

Lessons in presence are held, with the aid of slides and videos.

Classroom and laboratory exercises are held (groups are formed to directly carry out Molecular Biology experiments).

Basic competence on basic equipment from Molecular Biology laboratories will be transmitted.

Support staff or co-teachers will support the main professor, expecially during experimental laboratory activity and practical lessons.

The Moodle site (https://polo3.elearning.unipi.it) e-learning of the course is used for: downloading teaching materials, teacher-student communications, publication of the results of written assignments, formation of working groups for laboratory.

For the interaction between student and teacher, e-mail is used to organize reception sessions, both in presence and using the Teams platform.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

                  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

Cenni all'editing genico: tecnica CRISPR/Cas9

Syllabus

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, as well as the fundamental features of CRISPR/Cas9 gene editing technique.

Bibliografia e materiale didattico

Libri di testo:

  • 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)

Altro materiale didattico:

articoli scientifici originali e pdf delle lezioni sul sito https://polo3.elearning.unipi.it

Bibliography

Recommended books:

  • Amaldi F. et al.: Biologia Molecolare (ed. Ambrosiana)
  • Watson J D: MOLECULAR BIOLOGY OF THE GENE
  • Lewin B. Krebs -Goldstein -Kilpatrick: GENES X
  • Dale - Von Schantz –Plant : “FROM GENES TO GENOMES: Concepts and Applications of DNA Technology”

Other learning support:

scientific articles and PDF files including lesson slides at web site: https://polo3.elearning.unipi.it

Indicazioni per non frequentanti

I testi consigliati includono i vari argomenti trattati a lezione, da integrarsi con le diapositive mostrate dal docente, caricate in formato PDF su piattaforma Moodle.

Le lezioni sono facoltative, ma permettono di focalizzare la preparazione su aspetti specifici dei vari argomenti.

Il laboratorio ha frequenza obbligatoria. Contattando la docente verrà fatto il possibile per venire incontro agli studenti, in particolare per conciliare gli orari di laboratorio con gli impegni lavorativi.

Esame orale.

 

Non-attending students info

The recommended books include the various topics covered in class, to be integrated with the slides shown, uploaded in PDF format to the Moodle platform.

The lessons are optional, but allow you to focus your preparation on specific aspects of the various topics.

The laboratory has compulsory attendance. By contacting the professor, everything possible will be done to accommodate the students, in particular to reconcile laboratory hours with work commitments.

Oral examination.

 

Modalità d'esame

 

Esame orale con domande su tutto il programma e sui laboratori 

Assessment methods

 

Oral examination, including questions about the examprogram and the practical laboratory activity

Note

Commissione di esame

Presidente: Chiara Gabellini
Due membri: Sara De Vincentiis, Soultana Konstantinidou


Presidente supplente: Vittoria Raffa
Due membri supplenti: Alice Usai, Erica Lucia Crapanzano

Notes

Examination committee

President: Chiara Gabellini
Members: Sara De Vincentiis, Soultana Konstantinidou


Vice-President: Vittoria Raffa
Vice-members: Alice Usai, Erica Lucia Crapanzano

Updated: 01/09/2023 12:29