Basi molecolari della vita

A.A. 2024/2025
9
Crediti massimi
108
Ore totali
SSD
BIO/10 BIO/11
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone di:
a) spiegare i meccanismi molecolari/cellulari relativi a sistemi biologici umani e comprendere la genesi degli stati patologici;
b) spiegare la relazione struttura-funzione delle macromolecole;
c) descrivere la comunicazione intra- e inter-cellulare dei tessuti e dei sistemi con particolare riferimento ai sistemi muscolare, nervoso, respiratorio, digerente, coagulativo, scheletrico, immunitario, ematologico;
d) comprendere i processi biochimici dal punto di vista degli outcomes fisiologici e patologici;
e) conoscere i meccanismi molecolari coinvolti nei processi patologici, lo sviluppo di strategie diagnostiche innovative e il loro ruolo nella Medicina Personalizzata
Risultati apprendimento attesi
Gli studenti:
a) conoscono i meccanismi molecolari e biochimici alla base dei sistemi biologici e le variazioni presenti in salute e malattia;
b) conoscono le basi della medicina molecolare, traslazionale e personalizzata, nonché della biochimica dei sistemi;
c) sviluppano la capacità di identificare e approfondire mediante la letteratura scientifica internazionale gli argomenti trattati nel corso per la compilazione di una mini-review in lingua inglese.
Corso singolo

Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.

Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile

Prerequisiti
Lo studente utilizzerà le informazioni apprese negli insegnamenti di Biologia, Chimica e Biochimica, Genetica per spiegare i meccanismi molecolari relativi ad alcuni sistemi biologici umani e le origini di alcuni stati patologici. L'insegnamento è propedeutico all'insegnamento di Immunologia e immunopatologia generale.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La valutazione finale dell'Insegnamento Integrato di Basi Molecolari della Vita è attribuita sulla base della media ponderata rispetto ai CFU dichiarati sopra delle votazioni conseguite nei Moduli Biochimica e Biologia Molecolare.
Biochimica
Programma
ERITROCITI
COMPOSIZIONE DEL SANGUE. Necessità degli anticoagulanti; Eritrociti ed ematocrito; Siero e plasma; Eritropoiesi.
OSSIGENO. Cenni di fisica.
MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA NEL TRASPORTO DELL'OSSIGENO. Struttura e funzione dell'eme; Metaemoglobina; Differenze spettrofotometriche fra ossi- e deossi-globine; Contenuto di ossigeno.
STRUTTURA DI EMOGLOBINA. Curva di equilibrio per l'ossigeno e P50; Allosterismo; Meccanismi molecolari durante la transizione deossi-ossi emoglobina; Effettori allosterici; Effetto Bohr; Anidride carbonica e 2,3-difosfoglicerato; Monossido e biossido di carbonio; Forme in cui CO2 si presenta nel sangue.
GENETICA DELL'EMOGLOBINA. Varianti; Selezione naturale e conservazione; Patologia molecolare di emoglobina; Emoglobina S e resistenza alla malaria; Emoglobina fetale e 2,3-DPG; Talassemie.
ASPETTI CLINICI. Parametri ematici primari e derivati; Emoglobina glicata; Ruolo dell'ossido nitrico.
METABOLISMO DEL FERRO. Assorbimento del ferro; Transferrina e Ferritina; Gestione degli stati di carenza e sovraccarico di ferro.
METABOLISMO DELL'EME. Porfirie; Destini della bilirubina e ittero.
PLASMA
PROTEINE DEL PLASMA. Generalità.
PRESSIONE ONCOTICA. Pressione osmotica e oncotica o colloidale; Regolazione della distribuzione dei liquidi e genesi dell'edema tissutale.
SIGNIFICATO CLINICO DELLE PROTEINE DEL PLASMA. Albumina; Rapporto albumina/globuline; Proteine di trasporto di ioni metallici; a1-antItripsina; Aptoglobina e destino degli eritrociti; Acute phase proteins; Elettroforesi delle proteine; Isoenzimi; Significato delle loro alterazioni.
SISTEMA IMMUNITARIO. Componenti molecolari e cellulari del sistema immunitario e meccanismi delle risposte immunitarie; Teoria della selezione clonale, versatilità, specificità e memoria delle risposte immunitarie; Struttura delle immunoglobuline e relazioni struttura-funzione; Classi di immunoglobuline; Generazione della diversità delle immunoglobuline; Utilizzo delle Ig come strumenti diagnostici.
COAGULAZIONE. Principi di emostasi e triade di Virchow; Piastrine; Caratteristiche principali dei sistemi intrinseco ed estrinseco di attivazione del fattore X; Meccanismi di attivazione della trombina e ruolo della vitamina K; Attivazione della fibrina; Controllo della coagulazione e dell'aggregazione piastrinica; Emofilie.
GLICOPROTEINE E MATRICE EXTRACELLULARE
FUNZIONI E STRUTTURA. N- e O-glicoproteine; Sequon; Tipi di glicoproteine N-glicosilate; Biosintesi delle glicoprotelne e via secretoria; Biosintesi del polisaccaride; Processamento e degradazione delle glicoproteine; Malattie e disfunzioni metaboliche imputabili alle glicoproteine; Sistema ABO.
PROTEOGLICANI. Classi di glucosilaminoglicani; Struttura dei proteoglicani; Principali tipi di proteoglicani; Funzioni e fisiopatologia dei proteoglicani; Differenze fra glicoproteine e proteoglicani.
COLLAGENE. Ultrastruttura delle fibrille; Struttura molecolare dei tipi di collagene; Legami intra- e inter-molecolari; Composizione in aminoacidi; Modificazioni post-translazionali di alcuni aminoacidi; Carboidrati; Biosintesi del collagene; Patologie principali del collagene.
PROTEINE NON-COLLAGENE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE. Elastina e patologie principali; Fibronectina, ruolo delle isoforme; Laminina.
ORMONI E COMUNICAZIONE INTRACELLULARE
TRASDUZIONE DEL SEGNALE. Meccanismi generali e interazione coi recettori; Proteina G e recettori beta adrenergici; cAMP; Fosfatidil inositolo difosfato; Fosfolipasi A2; Prostaglandine e leucotrieni; Trasduzione del segnale per ormoni steroidei e tiroidei.
ORMONI. Classificazione funzionale degli ormoni; Interazioni ormone-recettore; Agonisti e antagonisti; Cascate ormonali da stimoti neuro-sensoriali; Ormoni ipofisari e ipotalamici; Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide; Asse ipotaIamo-ipofisi-surrenali e ormoni della corteccia surrenalica; Glucocorticoidi, mineralocorticoidi e androgeni; Biosintesi e secrezione degli ormoni steroidei; Asse ipotalamo-ipofisi-gonadi; Asse dell'ormone della crescita; Asse della prolattina; Catecolamine; Ormoni pancreatici.
METABOLISMO DI CALCIO E FOSFATO
CALCIO. Distribuzione nell'organismo, fabbisogno e flussi di calcio e fosfato; Ormone paratiroideo, calcitonina e vitamina D; Osteoporosi, osteomalacia e rachitismo; Il rimodellamento osseo; Osteoblasti e crescita ossea; Osteoclasti e demineralizzazione; Il calcio nelle ossa e nei denti; Cariogenicità; Il fluoro.
ACQUA ED ELETTROLITI
DISTRIBUZIONE DI ACQUA, CATIONI E ANIONI. Distribuzione dell'acqua nell'organismo; Anion Gap; Cationi e anioni; Bilancio dell'acqua.
SISTEMI ACIDO-BASE E LORO REGOLAZIONE. Richiami, sistemi tampone; Forza del tampone; Difese dell'organismo contro CO2 e H+; Sistemi tampone del sangue; Sistema CO2-bicarbonato; Reazione di idratazione della CO2; Equazione di Henderson-Hasselbalch.
COMPENSAZIONI ACIDO-BASE. Diagramma pH-bicarbonati; Misure che danno informazioni sullo stato-base nel feto; Genesi delle principali patologie acido/base; Meccanismi dl compensazione delle patologie acido-base, renali e respiratorie; Controllo renale e secrezione di H+; Tamponi dalle urine.
BIOCHIMICA DEL RENE. Funzioni principali del rene; Il nefrone, unità funzionale del rene; Struttura del glomerulo renale; Meccanismo della filtrazione glomerulare; Composizione e tonicità del filtrato glomerulare; Diffusione di acqua, proteine, glucosio, creatinina, aminoacidi e altri ioni; Meccanismo del riassorbimento di Na e di altri componenti; Misura della clearance; Potassio; Aquaporine.
MUSCOLO
STRUTTURA E ULTRASTRUTTURA. Differenze morfologiche fra muscoli scheletrici, cardiaci e lisci; Funzioni non meccaniche del muscolo; Sliding filament model; Rapporto fra tensione sviluppata e cross-bridges; Proteine dei filamenti sottili e spessi; Miosina; Actina; Titina e nebulina; Distrofina; Polimerizzazione di actina e treadmilling; Tropomiosina e troponina; Interazione actina-miosina; Conformazione della troponina.
RUOLO DI Ca++. Meccanismi di ingresso del Ca++; Reticolo sarcoplasmico; Recettori sensibili alla diidropiridina e alla rianodina; Ca-antagonisti e blocco dei canali del Na.
VARI TIPI DI MUSCOLO. Principi di bioenergetica, ATP e fosfocreatina; Fibre rosse e bianche; Risposte metaboliche all'esercizio e utilizzo dei substrati; Muscolo scheletrico e cardiaco; Ruolo di fosfocreatina e adenilato chinasi; Ischemia cardiaca: Contrazione del muscolo liscio.
UNITÀ CONTRATTILI NON MUSCOLARI. Altri ruoli dell'actina; Alfa-actinina.
RADICALI LIBERI E STRESS OSSIDATIVO
CHIMICA E MECCANISMO DI PROPAGAZIONE. Ossigeno e Reactive Oxygen Species; Ruolo di mitocondri e perossisomi; Altre reazioni biologiche che generano radicali liberi; Radicali liberi centrati su C; Markers del danno da radicali liberi; Radicali liberi centrali su metalli; Ossido nitrico.
SCAVENGERS. Sistemi di scavenging; Antiossidanti e sistemi di controllo dello stress ossidativo.
INVECCHIAMENTO. Fragilità legata all'età; il limite di Hayflick; Telomeri e telomerasi; Teorie dell'invecchiamento.
BIOCHIMICA DELLA RESPIRAZIONE
FUNZIONE RESPIRATORIA. Alveolo, Scambio dei gas e trasporto di O2 e CO2, Oxygen sensing; Ossido nitrico, Monossido di carbonio.
ENDOTELIO. Ruolo di NO e vasocostrizione ipossica polmonare, Elastina, Membrana basale.
EPITELIO. Cellule alveolari e surfattante, Muco, Fibrosi Cistica e CFTR; Edema polmonare e aggiustamenti polmonari all'alta quota. Difesa contro le infezioni.
SISTEMA NERVOSO
IL TESSUTO NERVOSO. Principi metabolici e morfologia; Barriera ematoencefalica; Caratteristiche principali dei neuroni; Sistemi di trasporto neuronali; Sinapsi elettriche e chimiche; Ruolo di Na+/K+ ATPasi; Canali ionici, depolarizzazione della membrana e potenziale di azione
SINAPSI CHIMICHE E NEUROTRASMETTTORI. Vescicole sinaptiche; Modalità di trasmissione neuronale; Glutammato e GABA; Catecolamine, adrenalina e noradrenalina; Dopamina; Serotonina o idrossltriptamina; Acetilcolina e cenni sugli altri neurotrasmettitori.
MECCANISMO DELLA VISIONE. Morfologia di retina e bastoncelli; Rodopsina; Vitamina A o retinale; lsomerizzazione del retinale; Meccanismi dell'effetto sull'ingresso di Na+ e iperpolarizzazione; Visione a colori e ruolo dei coni; Daltonismo. Metabolismo della retina, utilizzo del glucosio; Cristallino e omeostasi delle proteine; Cataratta senile e diabetica.
SENSI. Trasduzione sensoriale; Olfatto; Udito; Gusto.
Metodi didattici
Ogni CFU è composto da ore di didattica frontale e innovativa. Le attività di didattica innovativa consistono nell'approfondimento di argomenti, presenti nel programma e concordati con gli studenti, svolto in collaborazione attiva tra docenti e studenti.
Secondo le disposizioni del CdS, la didattica sarà erogata nella modalità 8+4 ore per CFU: 8 ore frontali, costituite dalla frequenza alle lezioni previste e 4 ore innovative costitute da attività integrative individuali secondo le modalità di seguito descritte.
Biochimica
La verifica consiste in due prove, di cui la prima si prefigura come attività didattica innovativa obbligatoria (come da regolamento di Facoltà) e la seconda come esame scritto.
1. Prove propedeutiche a metà novembre e in gennaio che consistono in test multiple choice in cui sono proposti 12+12 quiz sugli argomenti trattati nell'intero corso (una risposta esatta su 5 possibili) da svolgersi con computer/tablet/cellulare dello studente o se necessario in modalità cartacea. La prova si intende superata se lo studente risponde in maniera corretta ad almeno 18 quiz su 24, sommando il risultato di entrambe le prove. Il superamento della prova consentirà di acquisire un bonus per la definizione del voto finale compreso tra da 0-10%, proporzionalmente al numero di quiz con risposta esatta secondo la formula (voto -18)*10/6. In caso di comprovata impossibilità a partecipare ad una o entrambe le prove intermedie (malattia, seri motivi personali o familiari), sarà possibile recuperarle.
2. Esame scritto: lo studente deve formulare un testo aperto di alcune righe in risposta a 5 domande randomizzate sugli argomenti trattati nell'intero corso. Anche questa prova è eseguita al computer/tablet/cellulare o in modalità cartacea. Il voto finale da 18 a 30 e lode è formulato unicamente in base al giudizio dei docenti ed addizionato con il bonus ottenuto nella prova propedeutica.
Materiale di riferimento
· J.W.Baynes, M.H.Dominiczak, Biochimica per le discipline biomediche, 3° edizione, Elsevier.
· P.Champe, R.A.Harvey, D.R.Ferrier, Le basi della biochimica, Zanichelli.
· D.L.Nelson, M.M.Cox, I principi di biochimica, 4° edizione, Zanichelli.
· T.M.Devlin, Biochimica con aspetti clinici, Edises, 5° edizione.
Biologia molecolare
Programma
Viene introdotto il concetto di "Medicina di precisione" a seguito delle crescenti conoscenze in genetica e biologia molecolare associate alla disponibilità di dati clinici che proiettano nuove opportunità di personalizzare la cura e la gestione clinica del paziente.
PRINCIPI DELLA SEGNALAZIONE CELLULARE
Vengono introdotti I principi fondamentali delle interazioni di "segnalazione cellulare" mediate da recettori accoppiati alle G-proteine e/o attraverso recettori accoppiati ad attività enzimatica. Sono evidenziati I meccanismi di modulazione dei segnali attraverso il ruolo delle proteine strutturali.
Il ruolo della segnalazione cellulare è sviluppato attraverso la trattazione dei meccanismi molecolari alla base delle sindromi MEN2, sono discusse come modello molecolare di alterazione dei 'recettori tirosin chinasici'; un esempio di gestione clinico/molecolare in endocrinologia.
Inoltre, come esempio di alterazioni somatiche, viene approfondito il ruolo dei recettori tirosin-chinasici nell'insorgenza delle leucemie acute.
CONTROLLO DELL'ESPRESSIONE GENICA
Vengono evidenziati gli aspetti fondamentali relative alla regolazione dell'espressione dei geni e del genoma, con particolare approfondimento del ruolo svolto dalle 'DNA-binding proteins' e dai regolatori della trascrizione.
Saranno presi in considerazione anche I meccanismi di regolazione della stabilità degli mRNA e del ruolo degli RNA non-codificanti.
INSTABILITA' GENOMICA
I concetti di instabilità genetica/cromosomica sono discussi con una panoramica su alcuni modelli proposti per la comprensione del fenomeno che agisce come motore nella trasformazione neoplastica.
· Sindrome di Li Fraumeni
Paradigma dei meccanismi con cui la progressione neoplastica acquisisce funzioni. p53 è la molecola "onco-soppressore" per eccellenza, la sindrome correlata ci guida nelle dinamiche del suo meccanismo d'azione.
· Elicasi RecQ: guerdiani del genoma
Le helicase RecQ rappresentano i guardiani del genoma, un modello di controllo della stabilità genomica, un paradigma sindromico la perdita della loro funzione.
BASI MOLECOLARI DELL'INVECCHIAMENTO E MALATTIE CORRELATE
Esploreremo le cause biologiche dell'invecchiamento analizzando in dettaglio i meccanismi molecolari coinvolti, discutendo le implicazioni dell'invecchiamento nello sviluppo di malattie
AMBIENTE ED EPIGENETICA NELLO SVILUPPO DELLE MALATTIE
Analizzeremo il ruolo dei meccanismi epigenetici e il loro contributo allo sviluppo di malattie. Approfondiremo ulteriormente il concetto di epigenetica strettamente legato al ruolo che l'ambiente gioca nello sviluppo di malattie discutendo le sue implicazioni molecolari.
MECCANISMI MOLECOLARI COINVOLTI NELLO SVILUPPO DEI TUMORI
Esploreremo i principali percorsi molecolari coinvolti nello sviluppo di diversi tipi di tumore umano analizzando il loro ruolo nella normale funzione cellulare e l'omeostasi, nonché le loro proprietà oncogeniche. Discuteremo anche di come i nuovi approcci tecnologici consentano di scoprire vulnerabilità molecolari che si aprono verso approcci efficaci di medicina personalizzata.
BASI MOLECOLARI DELLE MALATTIE ONCO-EMATOLOGICHE
· I 'landscapes' molecolari della Leucemia Acuta Mileoide
Le leucemie mieloidi acute sono neoplasie con bassa instabilità genetica, valuteremo ciò che emerge dai profili genomici e molecolari di nuova generazione
· Leucemie 'Core Binding Factor'; un modello di progressione multi-step che armonizza la genetica e l'epigenetica in un continuum molecolare in grado di suggerire nuovi approcci terapeutici.
· A->I RNA 'Editing': il lato "ADAR" delle leucemie. Viene discussa una delle modifiche post-trascrizionali più rilevanti tra le funzioni di plasticità del genoma e il suo ruolo bivalente nella trasformazione neoplastica.
INGEGNERIA GENETICA E CELLULARE
Analizzeremo le basi molecolari che consentono di manipolare l'identità delle cellule e il loro contenuto genetico discutendo strategie tecnologiche e potenziali approcci terapeutici.
Metodi didattici
Ogni CFU è composto da ore di didattica frontale e innovativa. Le attività di didattica innovativa consistono nell'approfondimento di argomenti, presenti nel programma e concordati con gli studenti, svolto in collaborazione attiva tra docenti e studenti.
Secondo le disposizioni del CdS, la didattica sarà erogata nella modalità 8+4 ore per CFU: 8 ore frontali, costituite dalla frequenza alle lezioni previste e 4 ore innovative costitute da attività integrative individuali secondo le modalità di seguito descritte.
Lo studente approfondirà l'argomento scelto per la composizione della minireview (la quale costituirà elemento determinate per la valutazione finale) focalizzandosi sulla correlazione fra i meccanismi molecolari ed una patologia oncologica o condizione predisponente allo sviluppo di una neoplasia di suo interesse.
L'attività integrativa individuale ha lo scopo di fornire il supporto per la stesura della minireview attraverso un confronto collegiale e si articolerà come segue:
o Individuazione di una patologia oncologica o condizione predisponente allo sviluppo di una neoplasia di interesse che abbia correlazioni con uno degli argomenti trattati a lezione;
o Studio del link fra le informazioni fornite dai docenti e il contesto patologico scelto per la stesura di una minireview in lingua inglese che costituirà prova d'esame (Vedi modalità d'esame);
o Stesura di un titolo e abstract per la minireview (riassunto di circa 250 parole) in lingua inglese che illustri tale associazione (sarà fatto un controllo di plagio);
o Esposizione della proposta in una seduta collegiale da concordare cui tutti saranno obbligati a partecipare.
Si rammenta che l'attività integrativa individuale è obbligatoria, altrimenti non si potrà sostenere l'esame.
Verifica dell'apprendimento
La valutazione del modulo è attribuita in base ad una prova in itinere sulle conoscenze acquisite al termine del corso che avrà valore di ammissione alla valutazione di un lavoro individuale consistente nella stesura di una Minireview originale su un tema scelto dallo studente nell'ambito dei meccanismi molecolari alla base dei processi neoplastici redatto in lingua inglese.
Solo gli studenti che avranno frequentato almeno il 75% delle lezioni, superato la prova in itinere e inviato la minireview via e-mail ad entrambi i docenti (Prof. Beghini e Pasini) entro il termine stabilito per ogni appello, saranno ammessi alla valutazione del modulo Biologia Molecolare.
Materiale di riferimento
· Tom Strachan Andrew P Read, Human Molecular Genetics, CRC Press
· Alberts B. et al. Biologia Molecolare della cellula, Zanichelli 6° edizione
· Weinberg R.A. La biologia del Cancro, Zanichelli
Moduli o unità didattiche
Biochimica
BIO/10 - BIOCHIMICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
: 24 ore
Turni:
Turno
Docenti: Caretti Anna, Samaja Michele

Biologia molecolare
BIO/11 - BIOLOGIA MOLECOLARE - CFU: 3
Lezioni: 24 ore
: 12 ore
Turni:

Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento da concordare via e-mail
Ospedale S.Paolo, Via A. Di Rudinì 8, 6°piano Blocco C
Ricevimento:
Su appuntamento, da concordare via mail
Dip. Scienze della Salute, c/o Osp. San Paolo, Via A. di Rudinì 8, Laboratorio di Biochimica, 9 piano, Blocco C,
Ricevimento:
su appuntamento da concordare per e-mail
Via Adamello 16, 20139, Milano (uff. Ed13, piano 1)
Ricevimento:
Lunedi h 14.00-16.00
Laboratorio di Biochimica, 9° piano, blocco C