Obiettivi Formativi

Il corso di Biologia Applicata si propone di consentire allo studente l'acquisizione delle basilari nozioni di biologia nell’ottica dellaloro applicazione in campo professionale. Al termine del percorso formativo lo studente dovrà essere in grado di comprendere i fenomeni biologici a livello cellulare ed i processi biologico-molecolari. In particolare l’attenzione sarà diretta verso: •l'organizzazione degli organismiviventi a livello delle macromolecole biologiche e cellulare •la struttura, l’organizzazione e la funzione della cellula procariota ed eucariota e degli organelli •il flusso dell'informazione genetica dal DNA all'RNA e dalle proteine •i meccanismi alla base della riproduzione e del differenziamento cellulare•i meccanismi fondamentali che governano la trasmissione dei caratteri ereditari(genetica mendeliana e post-mendeliana) •le mutazioni e le loro implicazioni sulla patogenesi di una malattia •le principali metodiche ed applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante

Learning Goals

The Applied Biology course proposes to allow the student to acquire the basic notions of biology with a view to their application in the professional field. At the end of the training path, the student must be able to understand biological phenomena at a cellular level and biological-molecular processes. In particular, attention will be directed towards: • organization ofliving organisms at the level of biological and cellular macromolecules • structure, organization and function of the prokaryotic and eukaryotic cell and organelles • genetic information flow from DNA to RNA and proteins • mechanisms underlying cellular reproduction and differentiation • fundamental mechanisms that govern the transmission of hereditary traits (Mendelian and post-Mendelian genetics) • mutations and their implications on the pathogenesis of a disease • the main methods and applications of recombinant DNA technology

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula con l'ausilio di diapositive.Nel corso delle lezioni sono previsti dei momenti dedicati all'approfondimento dell'argomento trattato ed eventualmente a domande rivolte agli studenti

Teaching Methods

Frontal lectures in the classroom with the help of slides. During the lessons there will be moments dedicated to the deepening of the topic and possibly to questions addressed to students

Prerequisiti

Conoscenze basilari di chimica, fisica e biologia

Prerequisites

Basic knowledge of chemistry, physics and biology

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento sarà effettuata in almenotre sessioni annue, con esame finale orale che accerti la preparazione del candidato. La valutazione della preparazione finale terrà conto dell’impegno dimostrato durante il corso delle lezioni, del grado di preparazione raggiunto, della proprietà di linguaggio in relazione agli argomenti trattati e delle capacità espositive. Verrà valutata insufficiente una preparazione con lacune grossolane in uno o più argomenti trattati; la sufficienza prevede la conoscenza non frammentaria degli argomenti

Assessment

Verification of learning will be carried out in at least three annual sessions, with a final oral exam to ascertain the candidate's preparation. The evaluation of the final preparation will take into account the commitment shown during the course of the lessons, the degree of preparation achieved, the ownership of language in relation to the topics covered and the exhibition skills. A preparation with coarse gaps in one or more of the topics will be considered insufficient; sufficiency requires non-fragmentary knowledge of the topics

Programma del Corso

Caratteristiche della materia vivente: la cellula come base dell’organizzazione elementare della vita. Struttura molecolare e caratteristiche delle macromolecole biologiche informazionali e non : Carboidrati, Lipidi, Acidi nucleici e ProteineLivelli di organizzazione biologica □ Principi di classificazione degli organismi viventi □ Virus (classificazione, modalità di infezione, ciclo litico e ciclo lisogenico) □ Cellula procariotica. Classificazione dei procarioti □ Cellula eucarioticaMembrana plasmatica (proprietà e funzioni) □ Composizione chimica ed organizzazione molecolare □ Caratteristiche di permeabilità del doppio strato lipidico □ Trasporto passivo e trasporto attivoRapporti fra cellule e fra cellule ed ambiente□ Endocitosi□ Esocitosi □ Matrice extracellulare□ Giunzioni cellulari □ Recettori e trasduzione del segnale Citoscheletro □ Microfilamenti contrattili di actina e miosina □ Filamenti intermedi □ Microtubuli e trasporto degli organelli intracellulari □ Ciglia e flagelliApparati membranosi □ Mitocondri e respirazione cellulare □ Cloroplasto e fotosintesi□ Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso □ Apparato di Golgi e smistamento delle proteine □ Lisosomi e perossisomi □ Compartimento nucleare ( carioteca, nucleolo )Acidi nucleici: struttura e funzione □ Organizzazione del genoma virale, procariotico ed eucariotico□ Cromosoma virale □ Cromosoma procariotico □ Cromatina e struttura del cromosoma eucariotico □ Genoma mitocondrialeInformazione genica e sua espressione □ Replicazione del DNA □ RNA, funzione □ I geni :struttura, operoni batterici ed unità di trascrizione eucariotiche □ Trascrizione e maturazione degli RNA □ Codice genetico e sue proprietà □ Apparato di traduzione : Ribosomi e meccanismi di traduzione del messaggio genetico □ Regolazione dell'espressione genica Riproduzione cellulare □ Ciclo cellulare e suo controllo genico □ Mitosi e Meiosi: meccanismi cellulari □ Apoptosi □ Riproduzione degli organismi viventi (asessuata,sessuata).Ereditarietà negli eucarioti □ Genotipo e fenotipo □ Diploidia e sessualità. Cromosomi omologhi, alleli e loci, omozigosi ed eterozigosi □ Alleli wild-type, mutati e multipli. □ Gli esperimenti di Mendel: significato □ Cariotipo normale. Lyonizzazione del cromosoma X. Determinazione cromosomica del sesso. □ Eredità dei geni localizzati sul cromosoma X.Interazioni fra alleli: dominanza, recessività, dominanza incompleta e codominanza □ Interazione fra geni. Ereditarietà multifattoriale e genetica quantitativa. Epistasi, penetranza ed espressività.Tecnologie per la clonazione del DNA ricombinante □ Clonazione del DNA:Enzimi di restrizioneVettori di clonazione e clonazione del DNA □ Banche di DNA ricombinante:Banche genomicheBanche cromosomicheBanche di cDNA Identificazione di cloni specifici in una banca □ Mappatura per restrizione□ RFLP, Southern blot, Northern blot, Western blot □ Reazione a catena della Polimerasi ( PCR) -RTPCR □ Sequenziamento del DNA Mutazioni □ Mutazioni geniche, mutazioni cromosomiche e genomiche□ Analisi citogenetica di mutazioni da anomalie di numero e di struttura dei cromosomi:-Sindrome di Turner e di Klinefelter-Sindrome di Down da non disgiunzione meiotica, da traslocazione bilanciata e da mosaicismo□ Esempi di mutazioni autosomiche recessive: Talassemia, anemia falciforme,fibrosi cistica, albinismo□ Esempi di mutazioni autosomiche dominanti: Corea di Huntington, nanismo acondroplasico □ Esempi di mutazioni X linked recessive e dominanti: Emofilia, Distrofia muscolare di Duchenne, Favismo, Daltonismo

Course Syllabus

Characteristics of living matter: the cell as the basis of the elementary organization of life. Molecular structure and characteristics of informational and non-informational biological macromolecules: Carbohydrates, Lipids, Nucleic Acids and Proteins Biological organization levels □ Principles of classification of living organisms □ Virus (classification, mode of infection, lytic cycle and lysogenic cycle) □ Prokaryotic cell. Classification of prokaryotes □ Eukaryotic cell Plasma membrane (properties and functions) □ Chemical composition and molecular organization □ Permeability characteristics of the lipid bilayer □ Passive transport and active transport Relations between cells and between cells and the environment □ Endocytosis □ Exocytosis □ Extracellular matrix □ Cell junctions □ Receptors and signal transduction. Cytoskeleton □ Contractile microfilaments of actin and myosin □ Intermediate filaments □ Microtubules and transport of intracellular organelles □ Eyelashes and flagella Membranous systems □ Mitochondria and cellular respiration □ Chloroplast and photosynthesis □ Smooth and wrinkled endoplasmic reticulum □ Golgi apparatus and protein sorting □ Lysosomes and peroxisomes □ Nuclear compartment (carioteca, nucleolo) Nucleic acids: structure and function □ Organization of the viral, prokaryotic and eukaryotic genomes. □ Viral chromosome □ Prokaryotic chromosome □ Chromatin and structure of the eukaryotic chromosome □ Mitochondrial genome Gene information and its expression □ DNA replication □ RNA, function □ Genes: structure, bacterial operons and eukaryotic transcription units □ Transcription and maturation of the ANNs □ Genetic code and its properties □ Translation apparatus: Ribosomes and translation mechanisms of the genetic message □ Regulation of gene expression Cell reproduction □ Cell cycle and its gene control □ Mitosis and Meiosis: cellular mechanisms □ Apoptosis □ Reproduction of living organisms (asexual, sexual). Inheritance in eukaryotes □ Genotype and phenotype □ Diploidy and sexuality. Homologous chromosomes, alleles and loci, homozygosity and heterozygosity □ Wild-type, mutated and multiple alleles. □ Mendel's experiments: meaning □ Normal karyotype. Lyonization of the X chromosome. Chromosomal determination of sex. □ Inheritance of genes located on the X chromosome. Interactions between alleles: dominance, recessivity, incomplete dominance and codominance □ Interaction between genes. Multifactorial inheritance and quantitative genetics. Epistasis, penetrance and expressivity. Technologies for cloning recombinant DNA □ DNA cloning: Restriction enzymes DNA cloning and cloning vectors □ Recombinant DNA Banks: Genomic Banks Chromosome Banks cDNA Banks Identification of specific clones in a bank □ Restriction mapping □ RFLP, Southern blot, Northern blot, Western blot □ Polymerase chain reaction (PCR) -RTPCR □ DNA sequencing Mutations □ Gene mutations, chromosomal and genomic mutations □ Cytogenetic analysis of mutations due to anomalies in number and structure of chromosomes: - Turner syndrome and Klinefelter syndrome - Down syndrome from non-meiotic disjunction, balanced translocation and mosaicism □ Examples of autosomal mutations recessive: Thalassemia, sickle cell anemia, cystic fibrosis, albinism □ Examples of autosomal dominant mutations: Huntington's chorea, achondroplastic dwarfism □ Examples of recessive and dominant X linked mutations: Hemophilia, Duchenne muscular dystrophy, Favism, Color blindness