Obiettivi Formativi

Fornire una conoscenza approfondita dei meccanismi biomolecolari e consentire agli studenti di comprendere ed applicare, in maniera professionale, le conoscenze acquisite nell’ambito delle biotecnologie.

Learning Goals

To provide a deep knowledge of the molecular mechanisms and to allow students to understand and apply, in a professional manner, the knowledge acquired in the field of biotechnology.

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

Lectures are conducted in the classroom with the support of projector and computer. During the lectures, videos are also used to further clarify the molecular mechanisms. The exercises are carried out in the classroom with the aid of personal computers and are based on the analysis of nucleotide, oligonucleotide and amino acid sequences using free software. Laboratory exercises are conducted during the course.

Prerequisiti

Buone conoscenze di tutte le discipline erogate prima della biologia molecolare.

Prerequisites

A  good knowledge of all the disciplines encountered before to Molecular Biology.

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 tre 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 examination consists of an oral test. The first question is used to assess basic knowledge and if the student answers insufficiently, he/she is advised to withdraw. The rest of the exam is conducted by formulating, in general, three more questions based on the four main topics of the program in order to verify the knowledge of all the topics covered. Passing the exam and the grade are determined according to the level of knowledge of each topic.

Programma del Corso

Struttura degli acidi nucleici; organizzazione dei genomi e loro compattazione; replicazione del DNA; trascrizione e regolazione della trascrizione a differenti livelli; sintesi proteica; Tecniche di clonaggio; metodi di amplificazione, studio del trascrittoma, editing del DNA. PROGRAMMA Struttura degli acidi nucleici e descrizione delle caratteristiche strutturali delle diverse conformazioni (A, B e Z). Caratteristiche chimico-fisiche del DNA. Topologia del DNA. Superavvolgimenti. 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 MMR, 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. 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 e l’rRNA e loro maturazione. 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. Splicing. Splicing alternativo. Editing dell’RNA. 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. Enzimi di restrizione. Vettori plasmidici e fagici. PCR. elettroforesi in gel di agarosio. Clonaggio metodi di screening. Sequenziamento nucleotidico, Next Programma Generation Sequencing, Ibridazione degli acidi nucleici. Editing del DNA tramite sistema CRISPR/CAS.

Course Syllabus

Nucleic acids structure; genomic organization and DNA condensation; DNA replication process, Transcription process and its regulation, Translation process; cloning methods; DNA amplification; transcriptomic analysis, genomic editing. Nucleic acids structure and description of DNA A, B, Z conformations. Physical and chemical characteristics of DNA. DNA topology and supercoiling. Topoisomerase. DNA denaturation and renaturation. Proteins-DNA interactions. Histones. Primary, secondary and higher-order organization of chromatin. Structure, and chemical-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 prokaryotes and eukaryotes cells. Direct and indirect repair mechanism by MMR 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. 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 tRNA and rRNA genes and their processing. Autocatalytic reactions of class I and II intron removal. Structure of genes transcribed in mRNA. Maturation processes of messenger RNAs in eukaryotes: Capping and polyadenylation. Splicing. Alternative splicing. RNA editing. Transport of mRNA. Post-transcriptional control: ARE, IRE, and microRNA and Long Non Coding RNA mediated systems. Interaction of mRNA, rRNA and tRNA in protein synthesis. 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 phage vectors. PCR. Agarose gel electrophoresis. Cloning and screening methods. Nucleotide sequencing. Next generation sequencing, Nucleic acid hybridization. DNA Editing by CRISPR/CAS system.