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La biologia molecolare è uno strumento essenziale per comprendere le basi molecolari della vita e per approfondire la conoscenza dei meccanismi biologici che regolano la crescita, lo sviluppo, la riproduzione e l'adattamento degli organismi viventi.
Questo campo di ricerca si occupa principalmente dello studio della struttura, della funzione e della regolazione dei componenti molecolari delle cellule, come i nucleotidi, gli acidi nucleici (DNA e RNA), le proteine e le membrane cellulari.

G.Capranico et al.
Biologia Molecolare
Edises

J. D. Watson et al
Biologia Molecolare del Gene
Zanichelli

Il corso si propone di fornire agli studenti una comprensione approfondita della struttura, della funzione e della regolazione delle macromolecole biologiche, come il DNA, l'RNA e le proteine, concentrandosi sulle vie biochimiche coinvolte. Saranno esaminati i meccanismi fondamentali della replicazione e della riparazione del DNA, nonché quelli responsabili del flusso dell'informazione genetica dal DNA alle proteine, ovvero la trascrizione e la traduzione, inclusi i meccanismi di regolazione cellulare correlati. In questo modo, gli studenti acquisiranno la capacità di comprendere e conoscere la struttura, la funzione e l'attività delle macromolecole biologiche, nonché le vie coinvolte nella regolazione e nel controllo del flusso dell'informazione biologica.

Il corso è organizzato in lezioni frontali con supporto informatico (Power Point).

La valutazione dell'apprendimento avverrà attraverso un colloquio orale durante il quale verranno poste domande riguardanti gli aspetti fondamentali della biologia molecolare. Le domande saranno specifiche e mirate a valutare le conoscenze di base sull'argomento. Lo studente dovrà dimostrare di comprendere gli aspetti chiave della struttura, della funzione e della regolazione delle macromolecole biologiche, come il DNA, l'RNA e le proteine. Saranno valutate anche le capacità dello studente di discutere tali argomenti e di stabilire connessioni significative. La valutazione sarà espressa in trentesimi, con un punteggio minimo di 18 e un punteggio massimo di 30/30 con possibilità di lode.

STRUTTURA DEL DNA
Evidenze sperimentali che hanno portato alla scoperta del DNA. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Legame fosfodiestereo e struttura primaria. Struttura secondaria del DNA. Parametri strutturali del DNA B e DNA A.
Proprietà chimico fisiche.

DUPLICAZIONE DEL DNA. Esperimento di Meselson e Stahl. Caratteristiche e funzioni delle DNA polimerasi. Replicazione batterica: Inizio, allungamento e terminazione. Caratteristiche e funzione dei diversi enzimi coinvolti: DNA polimerasi, DNA Girasi, DNA ligase. Replicazione negli eucarioti: Inizio, allungamento e terminazione. Struttura e ruolo delle differenti DNA polimerasi. Meccanismo di azione e ruolo biologico della telomerasi

L’RNA
Differenze tra DNA e RNA. Struttura primaria e secondaria dell’RNA. Tipi di RNA. Caratteristiche generali del processo di trascrizione: Inizio Allungamento e terminazione nei procarioti. Struttura e funzione del promotore procariotico. Caratteristiche delle RNA polimerasi DNA-dipendenti. RNA polimerasi eucariotiche e relativi promotori. Fasi di inizio e allungamento della trascrizione operata dalle RNA polimerasi.

MATURAZIONE DEGLI RNA
Processi di Maturazione del mRNA. Formazione del cappuccio. Poliadenilazione, Splicing e Splicing alternativo. RNA editing. Struttura degli mRNA eucariotici maturi. Il codice genetico. Modifiche post-trascrizionali degli rRNA e tRNA. La degradazione dell’RNA.

PROCESSO DI TRADUZIONE
Il codice genetico e le sue caratteristiche. Struttura e funzioni degli RNA di trasporto. Amminoacilazione del tRNA. I fattori di inizio, elongazione in procarioti ed eucarioti. L’inizio, allungamento e terminazione della traduzione in procarioti ed eucarioti Modifiche post-traduzionali, smistamento e degradazione delle proteine.

MUTAZIONI, DANNO E RIPARO DEL DNA
Mutazioni spontanee e indotte del DNA: cause e conseguenze. Tipi di mutazioni. Mutazioni spontanee: errori della duplicazione, tautomeria delle basi, espansioni di triplette. Mutazioni indotte: agenti chimici, agenti fisici. Agenti chimici: Analoghi di basi, agenti deaminanti, agenti alchilanti e agenti intercalanti. Agenti fisici: radiazioni UV, radiazioni ionizzanti, il calore. Sistemi di Riparo: riparazione diretta, riparazione per escissione di basi e di nucleotidi, riparazione dei mismatch, riparazione per ricombinazione.

REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE GENICA
Caratteristiche generali del processo di Regolazione. Regolazione dell’espressione genica in procarioti: l’esempio degli operoni lattosio dell’operone del triptofano e del switch ciclo litico e lisogeno del batteriofago lambda. Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Stato della cromatina e sua dinamicità. Controllo delle modificazioni dell’mRNA. Antisenso e regolazione ad opera dei piccoli RNA

Tecnologie biomolecolari avanzate:
Sequenziamento genico. Elettroforesi su gel di Agarosio. PCR Principi generali e applicazioni. RT-PCR, real-time-PCR, Enzimi di restrizione. Tipi di sistemi di restrizione e modificazione. Le basi del clonaggio: Principali tipi di plasmidi. Marcatori selettivi. Vettori virali. Trasformazione chimica e elettroporazione.

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