Biologia molecolare e bioinformatica

A.A. 2021/2022
12
Crediti massimi
96
Ore totali
SSD
BIO/11
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti solide conoscenze di base di Biologia molecolare e Bioinformatica, con particolare riferimento ai processi di replicazione del DNA, trascrizione e traduzione sia in procarioti che eucarioti, e ad esempi di regolazione della trascrizione, traduzione e della funzione delle proteine, esecutrici finali del programma genetico di una cellula. Inoltre, obiettivo dell'insegnamento è fornire i principi delle metodologie di base di Biologia Molecolare e dell'uso di software bioinformatici di analisi di sequenze e di interrogazione di banche dati di sequenze, strumenti di fondamentale importanza nell'era del sequenziamento dei genomi e delle analisi post-genomiche.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso, lo studente acquisirà:
- solide conoscenze di base di biologia molecolare;
- competenze nelle principali metodologie biomolecolari
Inoltre, lo studente acquisirà le conoscenze bioinformatiche di base necessarie per:
- interpretare i dati biologici associati alla notevole mole di biosequenze immagazzinate nelle banche dati biologiche;
- consultare banche dati di acidi nucleici e interi genomi con strumenti bioinformatici costantemente aggiornati;
adoperare ed interpretare correttamente i risultati di programmi di ricerca di similarità locale e globale.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Programma
Programma
Introduzione alla Biologia Molecolare
Struttura e proprietà delle molecole biologiche
DNA
RNA
Proteine
Carboidrati
Lipidi
Metodologie di Biologia molecolare Parte 1
Enzimi di restrizione.
Ibridazione di Southern.
Principi di clonaggio.
Vettori di clonaggio.
Costruzione di una molecola di DNA ricombinante.
Costruzione di librerie genomiche.
Evoluzione dei Genomi
Confronto per dimensioni, organizzazione e densità genica fra i principali genomi sequenziati di procarioti e eucarioti.
Organizzazione primaria, secondaria e di ordine superiore della cromatina. Il nucleosoma: composizione e struttura. Il rimodellamento dei nucleosomi e le modificazioni degli istoni.
Concetti base del ciclo cellulare
La replicazione del DNA
Origini di replicazione
Proteine coinvolte nella replicazione
Regolazione della replicazione
Espressione genica
Meccanismi della trascrizione in procarioti: inizio, allungamento e termine.
l'RNA polimerasi batterica. I promotori e la loro struttura. I fattori sigma. La regolazione a livello trascrizionale in procarioti (l'operone Lac). La terminazione della trascrizione rho-dipendente e indipendente.
I meccanismi della trascrizione in eucarioti: RNA polimerasi I, II e III. Il meccanismo trascrizionale operato dalla RNA polimerasi II. La struttura di un promotore eucariotico. L'apparato trascrizionale basale e gli elementi del "core" promoter. Gli attivatori trascrizionali eucariotici: struttura modulare e funzione. Tecniche di studio degli attivatori trascrizionali.
Maturazione dei pre-mRNA: capping, splicing e poliadenilazione. Meccanismo dello splicing dei pre-mRNA nucleari.
Metodologie di Biologia molecolare parte 2
isolamento mRNA poliadenilati e preparazione di cDNA.
Costruzione di librerie a cDNA.
Northern Blot.
Reverse Transcritase PCR.
La sintesi proteica
caratteristiche dei ribosomi. Caratteristiche dei tRNA: struttura secondaria e terziaria dei tRNA. Attivazione degli amminoacidi. Le aminoacil tRNA sintetasi. Il fenomeno del vacillamento.
Modalità d'inizio della sintesi proteica in procarioti ed eucarioti.
Le tappe della sintesi proteica in procarioti ed eucarioti.
Livelli di regolazione dell'espressione genica.
Cenni alle modificazioni post-traduzionali delle proteine.
Meccanismi di riparazione del DNA.
Elementi mobili nel genoma
Sistemi modello in Biologia Molecolare

Bioinformatica:
Introduzione alla bioinformatica.
Sequenziamento genomico, e "Next Generation Sequencing" (NGS).
Annotazione di geni e genomi.
La struttura genica e l'annotazione di geni e trascritti: introni, esoni, promotori, splicing alternativi.
Browser genomici
Database biologici primari e specializzati.
Similarità di sequenza e allineamenti locali e globali.
Matrici di sostituzione per allineamenti di sequenze proteiche (PAM, BLOSUM).
Ricerca per similarità in banche dati di sequenze (BLAST).
Cenni di genomica comparata: omologia, ortologia e paralogia.
Cenni di applicazione delle tecniche NGS allo studio della cromatina.
Prerequisiti
I prerequisiti consigliati sono: Genetica e Chimica Biologica
Metodi didattici
Modalità di erogazione del corso basata su lezioni frontali interattive supportate da materiale proiettato.
Lo studente sarà coinvolto a partecipare attivamente alla discussione per migliorare le proprie capacità critiche, rielaborando i concetti acquisiti e comunicando i concetti in maniera appropriata.
Materiale di riferimento
Craig N.L., Cohen-Fix O., Green R., Greider C.W., Storz G., Wolberger C.
Biologia Molecolare-Principi di funzionamento del genoma. Pearson
Citterich M., Ferrè F., Pavesi G., Romualdi C., Pesole G. Fondamenti di bioinformatica. Zanichelli
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica della preparazione degli studenti consiste in due prove scritte strutturate in una parte con domande a risposta multipla e domande a risposta aperta. Gli studenti che frequentano regolarmente le lezioni potranno sostenere due prove in itinere (a metà e a fine corso) a scelta multipla.
BIO/11 - BIOLOGIA MOLECOLARE - CFU: 12
Lezioni: 96 ore
Docente/i
Ricevimento:
Mercoledì 14:30-15:30
Studio IV piano torre A