Insegnamenti

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Docente
VALENTINA CAPPONI (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[60/76]  BIOTECNOLOGIE [76/20 - Ord. 2018]  Farmaceutico 8 72

Obiettivi

Il corso ha l'obiettivo di fornire agli studenti una conoscenza degli aspetti teorico-pratici della Biologia molecolare e delle biotecnologie ad essa legate per poter essere in grado di identificare, formulare e risolvere problemi complessi applicati alle scienze biotecnologiche. Il corso intende fornire inoltre le nozioni di base che possono dare allo studente la capacità di comprendere l'impatto della tecnologia e delle soluzioni tecniche nel contesto biotecnologico.
1. Indicatore conoscenza e capacità di comprensione Il corso ha lo scopo di fornire allo studente le conoscenze sugli aspetti strutturali degli acidi nucleici e dei meccanismi molecolari che stanno alla base dei processi di replicazione, riparazione, trascrizione, regolazione dell'espressione genica e traduzione del DNA sia negli organismi procarioti che eucarioti.
Il corso è inoltre articolato in modo da consentire allo studente di acquisire le conoscenze di base dei processi biologici legati alla costituzione del genoma umano e dei principali sistemi di analisi dello stesso. Tali conoscenze faciliteranno inoltre la sua capacità di comprensione di processi tecnologici legati ai laboratori biomedici.
2. Indicatore capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione Le conoscenze acquisite durante il corso permettono di fornire competenze di base relative all'impiego sperimentale di metodologie biomolecolari e biotecnologiche.

3. Indicatore autonomia di giudizio
Il corso si propone di stimolare nello studente una autonomia nella valutazione critica dei dati provenienti dalla letteratura scientifica e dalle esperienze in laboratorio .
4. Indicatore abilità comunicative
Il corso prevede il raggiungimento da parte dello studente di abilità nella comunicazione delle conoscenze acquisite, sia in contesti tecnici che scientifici, anche attraverso l' uso appropriato delle terminologie specifiche in ambito biomolecolare.
5. Indicatore capacità di apprendere autonomamente Le conoscenze di base acquisite durante il corso forniscono gli strumenti per apprendere ed approfondire i diversi argomenti della biologia molecolare che fanno parte di questa disciplina in continua evoluzione.

Prerequisiti

Per una migliore comprensione degli argomenti trattati durante il corso è indispensabile che lo studente conosca i principi di base delle materie biologiche e una buona conoscenza della chimica e della biochimica

Contenuti

Lezioni frontali: Indirizzo Industriale ed ambientale 5 CFU (40 ore), Indirizzo farmaceutico 6 CFU (48 ore) GLI ACIDI NUCLEICI. Struttura dei nucleotidi. Struttura del DNA e dell'RNA. Appaiamento delle basi secondo il modello di Watson e Crick. Strutture secondarie e terziarie. Topologia del DNA, topoisomerasi.
ORGANIZZAZIONE DEI GENI E DEI GENOMI. Caratteristiche strutturali e compattamento dei genomi procariotici, eucariotici e virali. Organizzazione e struttura dei genomi eucariotici (geni, pseudogeni, famiglie geniche, sequenze ripetute). Organizzazione del genoma dei mitocondri e dei cloroplasti. Organizzazione strutturale della cromatina: istoni e nucleosoma. Compattamento del DNA nel cromosoma in interfase e in metafase.
REPLICAZIONE DEL DNA. Meccanismo della replicazione del DNA, ed enzimi implicati, nei procarioti e negli eucarioti. Origini di replicazione in E.coli, sequenze ARS nel lievito. Regolazione dell'inizio e della terminazione della replicazione nei procarioti ed eucarioti. Telomeri e telomerasi.
DANNI A CARICO DEL DNA E MECCANISMI DI RIPARAZIONE. Mutazioni del DNA: lesioni spontanee e indotte da agenti chimici e fisici. Riparazione diretta, riparazione dei mismatch, riparazione per escissione, riparazione delle rotture della doppia elica.
TRASCRIZIONE E REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA NEI PROCARIOTI. RNA Polimerasi batterica, promotori batterici. Biosintesi dell'RNA policistronico: fasi di inizio, allungamento, terminazione. Elementi di controllo della trascrizione: operone lattosio, operone triptofano.
TRASCRIZIONE E REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI RNA Polimerasi eucariotiche e sequenze promotore. Elementi regolatori a medio e lungo raggio. Fattori di trascrizione: apparato basale, attivatori e coattivattori della trascrizione. Principali domini di legame al DNA dei transattivatori. Processi implicati nel rimodellamento della cromatina: modificazioni istoniche post-traduzionali, varianti istoniche, complessi di rimodellamento della cromatina. Metilazione del DNA ed espressione genica.
Ricombinazione somatica dei geni delle Immunoglobuline (indirizzo farmaceutico).
PROCESSAMENTO, MATURAZIONE DELL'RNA E REGOLAZIONI POST-TRASCRIZIONALI. Processamento degli rRNA e dei tRNA nei procarioti e negli eucarioti. Maturazione dell'hnRNA: capping, poliadenilazione, splicing, splicing alternativo. Editing, regolazione della stabilità e degradazione degli mRNA. RNA interference.
TRADUZIONE. Codice genetico. Aminoacil-tRNA-sintetasi, tRNA, ribosomi. Processo di inizio, allungamento e terminazione della sintesi proteica nei procarioti ed eucarioti. SMISTAMENTO DELLE PROTEINE E MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI. Proteine di secrezione, di membrana, lisosomiali, destinate al citosol e agli organuli. Ripiegamento delle proteine: chaperones e chaperonine.
TECNICHE DI BASE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE. Estrazione degli acidi nucleici. PCR. Elettroforesi su gel. Melting e riassociazione del DNA. Sonde molecolari, ibridazione e applicazioni. Utilizzo dei microarray di DNA per analisi genetiche e studi di espressione. Enzimi di restrizione. Clonaggio genico, OGM. Sequenziamento del DNA secondo il metodo Sanger e Next Generation Sequencing.
Laboratorio: Indirizzo Industriale ed Ambientale 3CFU (36 ore); Indirizzo farmaceutico 2 CFU (24 ore) Argomenti comuni: estrazione di DNA, valutazione quantitativa e qualitativa del DNA, PCR, elettroforesi su gel di agarosio, Sequenziamento del DNA: interpretazione di elettroferogrammi. Introduzione ai principali database biologici.
Solo per indirizzo Industriale: clonaggio genico (produzione di DNA ricombinante, trasformazione in cellule batteriche, espressione genica e purificazione della proteina). Test ELISA.
Solo per indirizzo farmaceutico: digestione con enzimi di restrizione.

Metodi Didattici

Indirizzo industriale ed ambientale.
Il corso ha una durata di 76 ore. Sono previste 40 ore di lezione in aula, in cui vengono affrontati tutti gli argomenti di biologia molecolare previsti dal programma. Tutti gli argomenti sono presentati con l'ausilio di immagini e animazioni multimediali.
Sono inoltre previste per ogni studente 36 ore di attività di laboratorio in cui si esegue l’estrazione del DNA con quantificazione allo spettrofotometro, l'allestimento di una reazione di PCR, la preparazione di gel di agaroso e corsa elettroforetica di campioni di DNA amplificato, esercizi interattivi sul disegno di primers per allestimento di PCR e con i principali database, la lettura di sequenze di DNA da elettroferogramma, il clonaggio genico.

Indirizzo farmaceutico.
Il corso ha una durata di 72 ore. Sono previste 48 ore di lezione in aula, in cui vengono affrontati tutti gli argomenti di biologia molecolare previsti dal programma. Tutti gli argomenti sono presentati con l'ausilio di immagini e animazioni multimediali.
Sono inoltre previste per ogni studente 24 ore di attività di laboratorio in cui si esegue l’estrazione del DNA con quantificazione allo spettrofotometro, l'allestimento di una reazione di PCR, la preparazione di gel di agaroso e corsa elettroforetica di campioni di DNA amplificato, digestione enzimatica con enzimi di restrizione, esercizi interattivi sul disegno di primers per allestimento di PCR e con i principali database, la lettura di sequenze di DNA da elettroferogramma.

Verifica dell'apprendimento

Durante la verifica dell'apprendimento verrà stabilito un giudizio che terrà conto di vari fattori quali la qualità delle conoscenze, la capacità di esporre le stesse in modo chiaro e con un utilizzo appropriato della terminologia scientifica, la capacità di collegare diversi argomenti organizzando logicamente il discorso espositivo, la capacità di sintesi.
Di conseguenza, il giudizio può essere:
a) Sufficiente (da 18 a 20/30)
Il candidato dimostra poche nozioni acquisite, livello superficiale, molte lacune. capacità espressive modeste, ma comunque sufficienti a sostenere un dialogo coerente; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di livello elementare; scarsa capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piuttosto stentata; scarsa interazione con il docente durate il colloquio.
b) Discreto (da 21 a 23)
Il candidato dimostra discreta acquisizione di nozioni, ma scarso approfondimento, poche lacune; capacità espressive più che sufficienti a sostenere un dialogo coerente; accettabile padronanza del linguaggio scientifico; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di moderata complessità; più che sufficiente capacità di sintesi e capacità di espressione grafica accettabile.
c) Buono (da 24 a 26)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni piuttosto ampio, moderato approfondimento, con piccole lacune; soddisfacenti capacità espressive e significativa padronanza del linguaggio scientifico; capacità dialogica e spirito critico ben rilevabili; buona capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piú che accettabile.
d) Ottimo (da 27 a 29)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso, ben approfondito, con lacune marginali; notevoli capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; notevole capacità dialogica, buona competenza e rilevante attitudine alla sintesi logica; elevate capacità di sintesi e di espressione grafica.
e) Eccellente (30)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso e approfondito, eventuali lacune irrilevanti; elevate capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; ottima capacità dialogica, spiccata attitudine a effettuare collegamenti tra argomenti diversi; ottima capacità di sintesi e grande dimestichezza con l'espressione grafica.
La lode si attribuisce a candidati nettamente sopra la media, e i cui eventuali limiti nozionistici, espressivi, concettuali, logici risultino nel complesso del tutto irrilevanti.

Testi

F.Amaldi, Biologia Molecolare-III edizione, Casa Editrice Ambrosiana J.D.Watson, Biologia Molecolare del Gene, Ed. Zanichelli B.Lewin, Il gene X, Ed. Zanichelli

Altre Informazioni

Le lezioni frontali e le esercitazioni sono supportate da presentazioni e animazioni interattive.
Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà fornito agli studenti. Presso la Biblioteca Centrale dell'Area Biomedica dell'Università di Cagliari sono disponibili numerosi testi di Biologia Molecolare.

Questionario e social

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