Biologia molecolare e bioinformatica
A.A. 2024/2025
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.
- 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.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
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
Sistemi modello in Biologia Molecolare
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. 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
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.
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
Sistemi modello in Biologia Molecolare
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. 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
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/ la studentessa sarà coinvolto a partecipare attivamente alla discussione per migliorare le proprie capacità critiche, rielaborando i concetti acquisiti e comunicando i concetti in maniera appropriata. Durante il corso sono previsti momenti di approfondimento e autovalutazione con la piattaforma Wooclap.
Lo studente/ la studentessa sarà coinvolto a partecipare attivamente alla discussione per migliorare le proprie capacità critiche, rielaborando i concetti acquisiti e comunicando i concetti in maniera appropriata. Durante il corso sono previsti momenti di approfondimento e autovalutazione con la piattaforma Wooclap.
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
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/ delle studentesse consiste in due prove scritte (Biologia Molecolare e Bioinformatica) strutturate in una parte con domande a risposta multipla e domande a risposta aperta. Gli studenti e le studentesse che frequentano regolarmente le lezioni potranno sostenere due prove in itinere (a metà e a fine corso) e una prova finale per la parte di bioinformatica.
Docente/i
Ricevimento:
Mercoledì 14:30-15:30 su appuntamento
Studio IV piano torre A
Ricevimento:
Venerdì 15.00-16.00 previo appuntamento
Beacon Lab, Piano 2, Torre B, Dip. Bioscienze o su MS Teams