mail unicampaniaunicampania webcerca

    Aniello RUSSO

    Insegnamento di BIOLOGIA MOLECOLARE

    Corso di laurea in SCIENZE BIOLOGICHE

    SSD: BIO/11

    CFU: 8,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 64,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Genomi, trascrittomi e proteomi. Struttura degli acidi nucleici. Replicazione del DNA. Trascrizione e sintesi proteica. Regolazione dell’espressione genica. Metodiche del DNA ricombinante.

    Testi di riferimento

    T. A. Brown – Genomi - EdiSES.
    G. Capranico – Biologia Molecolare – EdiSES.
    J. D. Watson - DNA Ricombinante – Zanichelli.
    R. J. Reece – Analisi dei geni e genomi – EdiSES.
    E’ inoltre disponibile una dispensa sulle metodiche del DNA ricombinante.

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento si prefigge di fornire le conoscenze e le competenze teoriche ed operative relative alle basi molecolari dei processi biologici, in particolare quelli che coinvolgono gli acidi nucleici. Al termine del corso lo studente sarà in grado di programmare analisi biomolecolari per lo studio degli organismi viventi e sarà capace di affrontare criticamente le tematiche sugli aspetti biomolecolari delle funzioni biologiche.

    Prerequisiti

    Conoscenze e abilità fornite dal corso di Citologia ed Istologia (esame propedeutico). In particolare, è richiesta la conoscenza degli organuli cellulari e delle loro funzioni.

    Metodologie didattiche

    Il corso è articolato in 64 ore di lezioni frontali in aula. Le esercitazioni in laboratorio non sono previste perché si terranno nell’ambito del corso di Laboratorio di Metodologie Genetiche, Biomolecolari e Microbiologiche del terzo anno di corso. Le lezioni si avvarranno di programmi bioinformatici per l’analisi delle biomolecole oggetto di studio. La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma fortemente consigliata.

    Metodi di valutazione

    L’esame prevede una prova orale. Le domande riguardano la struttura degli acidi nucleici ed i principali processi biologici in cui sono coinvolti. La valutazione finale sarà espressa in trentesimi.

    Altre informazioni

    Le diapositive mostrate a lezione e la dispensa sulle metodiche del DNA ricombinante possono essere scaricate dal sito Web del DISTABIF.

    Programma del corso

    CONCETTI DI BASE. Campo di studio della biologia molecolare. Dogma centrale della biologia. Genomi, trascrittomi e proteomi.

    CRISTALLOGRAFIA AI RAGGI X E MODELLISTICA MOLECOLARE. Cristallizzazione di una biomolecola. Diffrazione dei raggi X. Mappe di densità elettronica. Modelli molecolari a nastro. Modelli basati sui raggi di van der Waals. Superfici accessibili al solvente e potenziali elettrostatici superficiali.

    STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Legame fosfodiestereo e struttura primaria. Struttura secondaria del DNA. Parametri strutturali del DNA B e DNA A. Struttura secondaria e terziaria degli RNA.

    REPLICAZIONE DEI GENOMI A DNA. Esperimento di Meselson e Stahl. Caratteristiche delle DNA polimerasi. Frammenti di Okazaki. Replicazione in E. coli: primasi, DNA polimerasi III, DNA polimerasi I, DNA ligasi. La replicazione del DNA cromosomale eucariotico: DNA polimerasi alfa, DNA polimerasi delta, ribonucleasi H, endonucleasi FEN1. Replicazione del DNA mitocondriale umano. Meccanismo di azione e ruolo biologico della telomerasi.

    SINTESI E MATURAZIONE DEGLI RNA CELLULARI. Caratteristiche delle RNA polimerasi DNA-dipendenti. Fasi di inizio, allungamento e terminazione della trascrizione in E. coli. Gli operoni. Struttura degli mRNA procariotici. RNA polimerasi eucariotiche e relativi promotori. Fasi di inizio e allungamento della trascrizione operata dalla RNA polimerasi II. Formazione del cappuccio. Terminazione della trascrizione e poliadenilazione. Introni e splicing. Splicing alternativo. RNA editing. Struttura degli mRNA eucariotici maturi. Il codice genetico.

    REPLICAZIONE DEI GENOMI A RNA. Meccanismo di replicazione dei virus a RNA a polarità positiva (flavivirus, picornavirus, retrovirus), virus a RNA a polarità negativa, virus a RNA a doppio filamento. Peculiarità degli hepadnavirus.

    SINTESI PROTEICA. Struttura e funzioni degli RNA di trasporto. Amminoacilazione del tRNA. L’inizio della traduzione in procarioti ed eucarioti. La fase di allungamento della traduzione. La terminazione della traduzione. Il vacillamento. Scivolamento della fase di lettura. Eccezioni all’universalità del codice genetico.

    INTERPRETAZIONE DI UNA SEQUENZA GENOMICA. Struttura tipica dei geni codificanti procariotici ed eucariotici. Schemi di lettura aperti (ORF).

    REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA. Regolazione dell’inizio della trascrizione nei procarioti: controllo costitutivo e controllo regolativo. Il controllo dell’inizio della trascrizione negli eucarioti. Fattori trascrizionali generali, attivatori, repressori e mediatori. Geni housekeeping e geni tessuto-specifici. Motivi strutturali delle proteine che legano il DNA: elica-giro-elica, dito di zinco, cerniera di leucina. Effetti della struttura cromatinica sull’espressione genica: acetilazione e deacetilazione degli istoni; metilazione del DNA. Silenziamento genico mediato dai microRNA.

    METODI DI BASE PER L’ANALISI DEGLI ACIDI NUCLEICI. Spettri UV e quantizzazione spettrofotometrica degli acidi nucleici. Denaturazione termica del DNA e determinazione della temperatura di fusione. Predizione della Tm: effetto del contenuto in GC e della forza ionica. Rinaturazione del DNA. Precipitazione degli acidi nucleici con sali ed etanolo. Elettroforesi su gel di agarosio. Sequenziamento del DNA.

    METODICHE DEL DNA RICOMBINANTE. Isolamento dell’RNA. Selezione del poli(A)+ RNA. Northern blot. Nick translation. Random priming. Clonaggio del DNA. Enzimi di restrizione. DNA ligasi. Vettori di clonaggio plasmidici. Vettori di espressione. Clonaggio del DNA nel fago lambda. Isolamento del DNA genomico. Southern blot. Marcatura di sonde oligonucleotidiche. Costruzione di una genoteca. Screening di una genoteca. Costruzione e screening di un archivio di cDNA. Reazione a catena della DNA polimerasi. Pregi e limiti della PCR. Clonaggio di un gene mediante PCR. RT-PCR. Applicazioni della PCR in campo diagnostico. DNA fingerprinting. Assemblaggio di geni sintetici. Mutagenesi sito-diretta. Mutagenesi a cassetta. Mutagenesi per estensione del primer. Mutagenesi mediante PCR.

    ESERCITAZIONI IN AULA. Consultazione delle banche dati del National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) per la ricerca di sequenze nucleotidiche, sia per parola chiave (Entrez) che mediante criteri di omologia (Blast); consultazione della Protein Data Bank (http://www.rcsb.org/pdb/) per la ricerca delle coordinate atomiche di biomolecole; uso del programma PDBViewer (http://us.expasy.org/spdbv/) per l’analisi della struttura tridimensionale di macromolecole biologiche; analisi di una sequenza nucleotidica per l'identificazione degli elementi tipici di un gene codificante eucariotico.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Genomes, transcriptomes, and proteomes. Structure of nucleic acids. DNA replication. Transcription and protein synthesis. Regulation of gene expression. Recombinant DNA technologies.

    Textbook and course materials

    T. A. Brown – Genomi - EdiSES.
    G. Capranico – Biologia Molecolare – EdiSES.
    J. D. Watson - DNA Ricombinante – Zanichelli.
    R. J. Reece – Analisi dei geni e genomi - EdiSES

    Course objectives

    Comprehension of the molecular basis of main biological functions, especially those involving nucleic acids. At the end of the course, the student will be able to conceive biomolecular analyses to study living organisms.

    Prerequisites

    Knowledges and skills furnished by the course of Cytology and Histology (propaedeutic exam). It is required the knowledge of cell organelles and their function.

    Teaching methods

    64 hours of lessons will be held in a classroom. Laboratory practice is not required because it will be part of the third-year course of Laboratorio di Metodologie Genetiche, Biomolecolari, Microbiologiche. Bioinformatics software will be used to analyze the structure of nucleic acids. Attendance is not compulsory but is strongly suggested.

    Evaluation methods

    Oral exam on the structure of nucleic acids and related biological processes. The final evaluation will be expressed in thirtieths.

    Other information

    The slides shown during the lessons can be downloaded from the Web site of DISTABIF.

    Course Syllabus

    BASIC CONCEPTS. Field of study of Molecular Biology. Central dogma of biology. Genomes, transcriptomes, and proteomes.

    X-RAY CRYSTALLOGRAPHY AND MOLECULAR MODELING. X-ray crystallography. Ribbon models. Van der Waals models. Water-accessible surface.

    STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDS. Purines and pyrimidines. Nucleosides and nucleotides. Phosphodiester bond. Secondary structure of DNA. Type A and B DNA. Secondary structure of RNA.

    DNA GENOME REPLICATION. Experiment of Meselson e Stahl. DNA Polymerases. Okazaki fragments. DNA replication in E. coli: primase, DNA polymerase III, DNA polymerase I, DNA ligase. Eukaryotic DNA replication. Mitochondrial DNA replication. Telomerase.

    TRANSCRIPTION AND RNA MATURATION. DNA-dependent RNA Polymerase. Transcription in E. coli. Structure of prokaryotic mRNA. Eukaryotic RNA polymerases and their promoters. Capping. Polyadenylation. Splicing. RNA editing. Structure of eukaryotic mRNA. Genetic code.

    REPLICATION OF RNA VIRUSES. Replication of flavivirus, picornavirus, and retrovirus.

    PROTEIN SYNTHESIS. Structure of tRNA. Ribosomes. Protein synthesis in prokaryotes. Protein synthesis in eukaryotes.

    INTERPRETATION OF A GENOMIC DNA SEQUENCE. Typical structure of prokaryotic and eukaryotic coding genes. Open reading frames (ORF).

    REGULATION OF GENE EXPRESSION. Regulation in prokaryotes. Operons. Housekeeping genes. Eukaryotic Polymerase II promoters. Structural motifs of DNA-binding proteins. Acetylation of histones. DNA metylation. RNA interference and microRNA.

    BASIC MOLECULAR BIOLOGY PROCEDURES. UV spectra and DNA quantitation. Thermal DNA denaturation and Tm. Nucleic acids precipitation. Agarose gel electrophoresis. DNA sequencing.

    RECOMBINANT DNA TECHNIQUES. Northern blotting. DNA labeling by nick translation and random priming. DNA cloning: restriction enzymes, DNA ligase, and cloning vectors. pUC vectors. Expression vectors. Cloning in lambda phage. Southern blotting. Oligonucleotide probes. Genomic DNA library screening. cDNA library. Polymerase chain reaction. Synthetic genes. Site-directed mutagenesis.

    BIOINFORMATIC TOOLS. DNA sequence retrieval by Entrez and BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Protein Data Bank (http://www.rcsb.org/pdb/). Molecular modeling program PDBViewer (http://us.expasy.org/spdbv/).

    facebook logoinstagram buttonyoutube logotype