Il corso è organizzato in due moduli.
Il Modulo di Biologia Molecolare fornisce agli studenti metodi di studio e basi operative per comprendere il funzionamento degli organismi a livello molecolare, con particolare riguardo ai meccanismi di replicazione, trascrizione e traduzione dei genomi.
Il Modulo di Microbiologia generale ed analitica fornisce conoscenze sulle proprietà morfo-funzionali, strutturali e genetiche di Eubatteri, Archea e funghi per un loro possibile utilizzo in campo biotecnologico.
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.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to Molecular Biology and Microbiology. In particular: structure and properties of nucleic acids and proteins and their functions during replication, transcription and translation mechanisms. The student will have the ability to apply several DNA manipulation techniques for biotechnological exploitation of microbial cells, virus, and eukaryotic cells; will be able to demonstrate a solid knowledge of physiology of microbial cells, of their metabolic flexibility, and growth kinetis: will be able to demonstrate advanced knowledge of recombination mechanisms occurring in microbial cells, yeast included, to delineate the use of viruses,plasmids,and trasposons as genetic vectors for DNA manipulation studies; will be aware of producing molecular protocols for identify bacterial species and to generate recombinant cells for biotechnological purposes.
Durante l'esame verrà verificato il livello di conoscenza degli argomenti elencati nel programma dettagliato. Particolare importanza verrà data alle conoscenze dei meccanismi che regolano il funzionamento degli organismi e delle cellule a livello molecolare e ai meccanismi legati alla struttura della cellula batterica, al suo metabolismo e alla sua crescita.
During the oral and written exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression. - The student must demonstrate the ability to put into practice, with critical awareness, the laboratory activities carried out during the course.
Al termine del corso:
At the end of the course:
Tramite il compito scritto verrà verificato il livello di apprendimento delle tecniche mostrate durante il laboratorio. Verranno inoltre poste specifiche domande sulle conoscenze di base di Microbiologia.
Prerequisito cruciale è che lo studente abbia acquisito le conoscenza di base di Chimica Inorganica-Organica e di Citologia/Istologia
It is crucial that the student has acquired basic knowledge of Inorganic-Organic Chemistry and of Citology/Histology.
Delivery: face to face
Learning activities:
Teaching methods:
_Modulo di Biologia Molecolare_
Caratteristiche generali delle macromolecole biologiche:
- proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici.
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.
- 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 (e Northern) transfer
Tecnologia del DNA Ricombinante
- Vettori di clonaggio: Fagici- plasmidici- misti
- Metodi per creare molecole ricombinanti.
- Tecnica della PCR
- DNA ligasi
- Trasformazione e infezione fagica
- Metodi per identificare molecole ricombinanti
- Progettazione di sonde
- Genoteche di DNA genomico
- Genoteche di cDNA
- Metodi di Sequenziamento: chimico ed enzimatico
RNA
- Principali tipi di RNA
- RNA ribosomiali e ribosomi. Differenze tra procarioti ed eucarioti.
- Decodificazione dell’informazione genetica: da DNA a RNA a proteine.
- Codice genetico: regole. Tabella e triplette.
- Caratteristiche degli mRNA eucariotici (Capping e poliadenilazione)
- Concetto di gene. Esoni e introni.
- Caratteristiche strutturali dei tRNA.
- Amminoacil tRNA sintetasi.
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.
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 dei fattori 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, etc... )
- 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. Modificazioni degli istoni ed effetti del rimodellamento
della cromatina sulla trascrizione.
- Metilazione del DNA
Regolazione post-trascrizionale.
- Splicing nucleare, “spliceosomi”
- Splicing di tipo I e II.
- Splicing dei tRNA
- Piccoli RNA regolatori: differenze tra miRNA e siRNA
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
_Modulo di Microbiologia generale ed analitica_
The course include two modules: Molecular Biology and Microbiology.
The Molecular Biology module covers the basic properties of DNA, RNA and proteins involved in regulatory mechanisms of replication, repair, transcription of genomes; describes critically the basic principles of the DNA manipulation techniques, their biotechnological exploitation and application to fundamental research.
The Microbiology course is focused on the knowledge of morphological–functional and structural-molecular properties of Eubacteria, Archea and Yeast, in view of their potential biotechnological use. Describes the physiology of microbial cells, their metabolic flexibility, growth kinetics and basic recombination mechanisms enabling the correct use of viruses, plasmids, and trasposons as genetic vectors.
Testi di riferimento:
- Amaldi: “Biologia Molecolare” (ed. Ambrosiana)
- Watson J : “Biologia Molecolare del Gene” (ed. Zanichelli) - Lewin B.: “Il Gene X o VIII” (ed. Zanichelli)
- Dale - von Schantz: “Dai geni ai genomi” (ed. Edises)
-Gianni Dehò e Enrica Galli “Biologia dei microrganismi”- Casa Editrice Ambrosiana
Materiale didattico:
articoli scientifici originali e pdf delle lezioni sul sito https://polo3.elearning.unipi.it
- Watson J : Molecular Biology
- Lewin B.: “Gene X o VIII”
- Amaldi: “Biologia Molecolare” (ed. Ambrosiana)
- Dale - von Schantz: “Dai geni ai genomi” (ed. Edises)
- G. Dehò E.Galli. Il mondo dei microrganismi, Casa Editrice Ambrosiana. 2011
Recomended reading includes the followings: slides (power point presentations) prepared by the teacher, which include all issues oh the course.
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.
Bibliography includes all the subjects described in the syllabus.
Lessons are facultative, but they help in focusing student's study on specific topics. Laboratory is mandatory.
Compito scritto e orale
Oral and written exam