Obiettivi Formativi

L’insegnamento si pone come obiettivo il raggiungimento di una conoscenza approfondita dei meccanismi biomolecolari che sono alla base della vita, mediante l’utilizzo di testi di recente pubblicazione integrati con bibliografia necessaria per approfondire alcuni aspetti in maniera dettagliata e supporti video che permettono di comprendere meglio gli argomenti trattati. Le conoscenze raggiunte vanno ad integrarsi e a completare le conoscenze che lo studente ha già acquisito nel suo percorso di studi. Un altro obiettivo è fornire loro gli strumenti che gli consentano di comprendere ed applicare, in maniera professionale, le conoscenze acquisite nell’ambito delle biotecnologie, settore in rapido e continuo sviluppo; inoltre, il metodo utilizzato durante il corso di insegnamento, ha lo scopo di incentivare la loro capacità di affrontare argomenti che riguardano le conoscenze acquisite in maniera autonoma, sia da un punto di vista teorico che pratico.

Learning Goals

The course has the aim to achieve a deep knowledge of the molecular mechanisms that are the basis of life, through the use of recently published texts, integrated with bibliography and video media that allow to understand better subject matter. The level of knowledge achieved will integrate and complete knowledge that the student has acquired in his studies. Another objective is to provide them with tools that enable them to understand and apply in a professional manner, the knowledge gained in the field of biotechnology, a sector in rapid and continuous development; in addition, the method used during the course of teaching, aims to foster their ability to deal with issues concerning the knowledge acquired in an independently way, both from a theoretical and practical point of view.

Metodi didattici

Le lezioni vengono svolte in aula con il supporto di proiettore e computer. Durante le lezioni, vengono anche utilizzati dei video che hanno la funzione di chiarire ulteriormente i meccanismi molecolari. Le esercitazioni vengono svolte in aula con l'ausilio di computer personali e si basano sull'analisi di sequenze nucleotidiche, oligonucleotidiche e amminoacidiche mediante l'utilizzo di software gratuiti. Durante il corso vengono svolte esercitazioni in laboratorio.

Teaching Methods

Lessons are carried out in classroom with projector and computer support . During the lessons, videos are also used with the aim to better clarify the basis of molecular mechanisms. The exercises are carried out in the classroom with the help of personal computers and are based on nucleotide, oligonucleotide and amino acidic sequences analysis by the use of free software. The course include also laboratory attendance.

Prerequisiti

La frequenza al corso richiede delle buone conoscenze di tutte le discipline incontrate dallo studente durante il suo percorso di studi.

Prerequisites

Attendance to the course requires a good knowledge of all the disciplines encountered by students during their course of study.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale. La prima domanda serve a vagliare le conoscenze di base e qualora lo studente dovesse rispondere in maniera insufficiente, allo stesso viene consigliato di ritirarsi. Il resto dell'esame viene condotto formulando, in linea generale, altre quattro domande basate sui quattro argomenti principali del programma in modo da verificare la conoscenza di tutti gli argomenti trattati. Il superamento dell'esame e la votazione vengono stabiliti in funzione del livello di conoscenza di ciascun argomento.

Assessment

The exam consists of an oral examination. The first question has the aim to explore the basic knowledge and if the answer is considered insufficient, the same is advised to withdraw. The remaining part of the examination is carried out, principally, formulating other four questions based on the four main topics of the program in order to verify the knowledge of all topics covered. Passing the examination and the related vote are determined according to the knowledge level of the student.

Programma del Corso

Struttura degli acidi nucleici e descrizione delle caratteristiche strutturali delle diverse conformazioni (A, B e Z). Caratteristiche chimico-fisiche del DNA. Topologia del DNA. Supereliche. Topoisomerasi. Denaturazione e rinaturazione. Organizzazione del genoma e parodosso del valore C. Interazione proteine e DNA. Istoni. Organizzazione primaria, secondaria e di ordine superiore della cromatina. Struttura e caratteristiche chimico-fisiche degli RNA. I ribozimi. Modelli molecolari di replicazione. Prospettiva storica. Replicazione semiconservativa. Origine di replicazione e suo controllo. Repliconi. Forca replicativa. Enzimi coinvolti nella replicazione del DNA. Meccanismo di replicazione in procarioti ed eucarioti. Meccanismi di riparazione del DNA in procarioti ed eucarioti. Riparazione diretta. Riparazione indiretta mediante il sistema Mut, NER, BER, ricombinazione non omologa. DNA polimerasi traslesione. Modelli molecolari della trascrizione Reazioni e meccanismi generali della trascrizione. Struttura e proprietà della RNA polimerasi dei procarioti. Identificazione ed analisi dei promotori in procarioti. Reazioni topologiche della bolla di trascrizione. Struttura dei terminatori. Farmaci inibenti la trascrizione. RNA polimerasi eucariotiche (I, II, III). Promotori eucariotici. Fattori di trascrizione per i geni di classe I, II, III. Enhancer. Regolazione della trascrizione negli eucarioti. Maturazione dell’RNA. Trascritti primari dei geni per il tRNA. Ribonucleasi P. Estremità 5’ e 3’ dei precursori dei tRNA. Introni. Esoni. Reazione di rimozione degli introni. Modificazioni covalenti dei nucleotidi. Geni codificanti per l’rRNA e loro spaziatori. Reazioni autocatalitiche di rimozione degli introni di classe I e II. Struttura dei geni trascritti in mRNA. Processi di maturazione degli RNA messaggeri negli eucarioti: Capping. Coda di poliA. Complesso di montaggio. Splicing alternativo. Editing dell’RNA. Rimescolamento degli esoni. Pseudogeni. Trasporto dell’ mRNA. Controllo post-trascrizionale; sistemi ARE, IRE e mediati da microRNA e Long Non Coding RNA. Interazione dell’mRNA, degli rRNA e dei tRNA nella sintesi proteica. Organizzazione strutturale e funzionale delle proteine e degli rRNA nel ribosoma. Codice genetico. Struttura secondaria e terziaria dei tRNA. Struttura e funzione della Aminoacil tRNA Sintetasi. Ruolo dei fattori di inizio, di allungamento e di rilascio nel processo. Modelli e meccanismi molecolari durante il processo di traduzione. Meccanismi di regolazione del processo della traduzione. Proteine. Modificazioni post-traduzionali. Interazione proteine e DNA. Enzimi di restrizione. Vettori plasmidici e fagici. PCR. elettroforesi in gel di agarosio. Clonaggio e metodi di screening. Sequenziamento nucleotidico, Next Generation Sequencing, Ibridazione degli acidi nucleici. Editing del DNA tramite sistema CRISPR/CAS.

Course Syllabus

Nucleic acids and structural analysis of DNA A, B, Z conformation. Physical and chemical characteristics of DNA. DNA topology. Superhelix. Topoisomerase. DNA denaturation and renaturation. Proteins-DNA interactions. Histones. Primary, secondary and higher-order organization of chromatin. Structure, and chemical and physical properties of RNA. The ribozyme. Molecular models of replication. Historical perspective. Semiconservative replication. Origin of replication. Replicons. Replication fork. Enzymes involved in DNA replication. Mechanisms of replication in prokaryotes and eukaryotes. Molecular mechanisms Of DNA repair in procaryotic and eukaryotic cells. Direct and indirect repair mechanism by Mut system, NER, BER and non-homologous recombination. Translesion DNA polymerases. Molecular models of transcription reactions. General mechanisms of transcription. Structure and properties of prokaryotic RNA polymerase.Prokaryotic promoters identification and analysis. Transcription terminators. Drugs that inhibit transcription. Eukaryotic RNA polymerases (I, II, III). Eukaryotic promoters. Transcription factors of class I, II, III genes. Enhancer. Eukaryotic Transcription regulation. RNA maturation. Primary transcripts of genes for tRNA. Ribonuclease P. 5 'end and 3' end tRNA precursors. Introns. Exons. Reaction of introns removal. Nucleotides covalent modification. Genes coding for rRNA and their spacers. Autocatalytic reactions, removal of introns of class I and II. Structure of genes transcribed into mRNA. Messenger RNA maturation in eukaryotes: Capped. Poly A. Complex assembly. Alternative splicing. RNA editing. Exons shuffling. Pseudogenes. Transport of mRNA. Post-transcriptional Regulation: ARE and IRE elements, micro RNA and Long Non Coding RNA. Interaction of mRNA, rRNA and tRNA in the translation process. Structural and functional organization of proteins and rRNA in the ribosome. Genetic code. Secondary and tertiary structure of tRNA. Structure and Function of Aminoacyl tRNA synthetase. Implication of initiation, elongation and release factors. Models and molecular mechanisms during the translation process. Translation-dependent mRNA regulation and stability of proteins. DNA-protein interactions. Restriction enzymes. Plasmid and phagic vectors. PCR. Agarose gel electrophoresis. Cloning and screening methods. Nucleotide sequencing. Next generation sequencing, Nucleic acid hybridization. DNA Editing by CRISPR/CAS system.