Codice insegnamento

4S00997

Docente

Elisabetta Trabetti

Coordinatore

Elisabetta Trabetti

Crediti

6

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

BIO/13 - BIOLOGIA APPLICATA

Periodo

II sem. dal 1-mar-2017 al 9-giu-2017.

Moodle Seminari

Obiettivi formativi

Il corso si propone di:
• Fornire le conoscenze di base sulle caratteristiche degli organismi viventi: procarioti, eucarioti, virus, mediante l'acquisizione dei concetti fondamentali della biologia e dei principi strutturali, funzionali e molecolari dei processi cellulari.
• Educare alla valutazione critica dei dati sperimentali, descrivendo e discutendo importanti esperimenti del passato e contemporanei.
• Far conoscere le metodologie correnti utilizzate nello studio delle molecole biologiche

Programma

• CENNI GENERALI SUI TEMI FONDAMENTALI DELLA BIOLOGIA. Caratteristiche degli esseri viventi: cellula procariote ed eucariote, crescita e sviluppo, omeostasi, risposta agli stimoli, riproduzione, trasmissione dell'informazione, evoluzione ed adattamento. Livelli organizzazione biologica. Evoluzione e classificazione degli organismi viventi. Flusso di energia attraverso gli ecosistemi.

• BASI CHIMICHE DELLA VITA. Elementi chimici principali degli organismi viventi. cenni su legami, reazioni redox, pH, sali, acidi, basi, tamponi. Gruppi funzionali. Isomeri geometrici e strutturali. Molecole organiche e macromolecole. Carboidrati, Proteine, Lipidi Acidi nucleici. Enantiomeri. L'acqua.

• METODI DI STUDIO DELLE CELLULE: microscopio ottico, microscopio elettronico; frazionamento cellulare

• CELLULA PROCARIOTA ED EUCARIOTA. Teoria cellulare. Organizzazione della cellula. Caratteristiche strutturali e funzioni di: membrane, organelli, citoscheletro, ciglia e flagelli, parete cellulare, matrice extracellulare. Cellula animale e vegetale. Mitocondri, plastidi e teoria endosimbiontica.

• MEMBRANE BIOLOGICHE. Struttura e modelli proposti. Tipi di lipidi e proteine di membrana e loro funzione. Passaggio di materiali attraverso le membrane cellulari: trasporto passivo (diffusione semplice e facilitata), osmosi, trasporto attivo diretto e indiretto, cotrasporto. Esocitosi ed endocitosi. Giunzioni cellulari ancoranti, serrate e comunicanti nelle cellule animali e vegetali.

• COMUNICAZIONE CELLULARE. Tipi di comunicazione cellulare: endocrina, paracrina, iuxtacrina ed autocrina. Invio e ricezione del segnale. Recettori di superficie ed intracellulari. Recettori accoppiati a canali ionici, a proteine G, ad enzimi. Trasduzione del segnale e secondi messaggeri. La risposta ai segnali. Trasduzione negativa del segnale.

• FLUSSO DI ENERGIA ATTRAVERSO GLI ORGANISMI VIVENTI
Energia e metabolismo: energia e lavoro biologico; reazioni eso- ed endo-ergoniche, metabolismo, anabolismo e catabolismo; ossido-riduzioni, accoppiamento energetico; ATP; sistemi di trasferimenti di energia: trasportatori di gruppi fosfato, e- e altri gruppi attivi.
Enzimi. En attivazione, sito attivo, caratteristiche, funzionamento, regolazione, sistemi di attivazione e inibizione attività enzimatica, vie metaboliche, cofattori, coenzimi, gruppi prostetici.

• SINTESI DI ATP: VIE METABOLICHE CHE RILASCIANO ENERGIA. Reazioni redox. Glicolisi, Respirazione aerobia, ciclo di Krebs, catena di trasporto degli elettroni: Fosforilazione ossidativa e chemiosmosi. Respirazione anaerobia. Fermentazione.
Fotosintesi. Clorofilla e altri pigmenti. .Sistemi antenna. Reazioni dipendenti dalla luce. Fotosistemi I e II. Trasporto ciclico e non ciclico di elettroni. Chemiosmosi e fotofosforilazione. Reazioni indipendenti dalla luce e fissazione del C. Ciclo di Calvin Benson. Ciclo C4. Ciclo crassulacee (CAM). Fotorespirazione. Eterotrofismo, autotrofismo, fototrofismo, chemiotrofismo.

• ORGANIZZAZIONE DEL DNA IN CROMOSOMI, MITOSI E MEIOSI. DNA e proteine, nucleosomi, eterocromatina, eucromatina, cromosoma condensato. Le fasi del ciclo cellulare e sua regolazione. Mitosi, riproduzione sessuata e meiosi.

• PRINCÌPI DELL’EREDITARIETÀ DI MENDEL. Definizione di fenotipo, genotipo, locus, gene, allele dominante e recessivo, omozigote ed eterozigote. Segregazione e assortimento indipendente. Incroci genetici. Indipendenza e associazione. Crossing-over e ricombinazione. Determinazione genetica del sesso. Interazione dei geni. Dominanza incompleta, codominanza, allelia multipla, epistasi e poligenia.

• DNA E MATERIALE EREDITARIO. Principio trasformante dei batteri. Esperimento di trasformazione di Griffith e esperimento di Hershey e Chase. Struttura del DNA. Replicazione. Esperimento di Meselson and Stahl e replicazione semiconservativa. Sintesi del DNA e riparazione degli errori.

• ESPRESSIONE GENICA NEI DIVERSI ORGANISMI. Relazione gene/proteina. Ipotesi gene/enzima ed esperimento di Beadle-Tatum. Flusso informazione genetica. Trascrizione, sintesi e maturazione di mRNA. Codice genetico, tRNA e traduzione. Modificazioni post/trascrizionali e post/traduzionali. Sequenze codificanti e non codificanti. Definizione di gene. Geni procarioti ed eucarioti. Diversi tipi di RNA e controllo espressione genica. Genomi virali. Mutazioni del DNA e mutagenesi.

• REGOLAZIONE GENICA IN PROCARIOTI ED EUCARIOTI. Operoni, promotori, geni inducibili e reprimibili, repressori, attivatori. Controllo positivo e negativo della trascrizione genica. Controlli post-trascrizionali e post-traduzionali. Eredità epigenetica. Imprinting. Amplificazione genica. Promotori, TATA box e UPE. Fattori di trascrizione, enhancer. Maturazione RNA e splicing alternativo. Stabilità RNA. Maturazione proteine.

• TECNICHE DEL DNA RICOMBINANTE E GENOMICA. Clonaggio del DNA, enzimi di restrizione, vettori e librerie genomiche. Sonde genetiche. Amplificazione del DNA in vitro mediante reazione a catena della polimerasi (PCR). Analisi del DNA mediante tecniche di elettroforesi: Southern, Northern e Western blot. Polimorfismi e sequenziamento del DNA. Definizione di genomica strutturale, funzionale e comparativa. Microarray a DNA. Progetto Genoma Umano, Bioinformatica, Farmacogenomica e Proteomica.

• GENOMA UMANO. Analisi del cariotipo e alberi genealogici. Modelli murini per lo studio delle malattie genetiche nell’uomo. Anomalie cromosomiche e mutazioni genetiche. Malattie con trasmissione autosomica recessiva, autosomica dominante, legata all’X. Procedimento della terapia genica. Consulenza e test genetici.

• BIOLOGIA DELLO SVILUPPO. Differenziamento cellulare e morfogenesi. Espressione genica differenziale. Cellule somatiche e germinali. Cellule staminali. Clonazione. Organismi transgenici. Controllo genetico dello sviluppo. Cenni a RNAinterference. Organismi modello: Drosophila, Caenorbiditis elegans, Topo, Arabidospsis. Geni a effetto materno, geni della segmentazione, geni omeotici. Sviluppo a mosaico, apoptosi. Topi transgenici. Processo di invecchiamento. Sviluppo delle piante. Cancro e sviluppo cellulare. Fattori di crescita.

• DARWIN ED EVOLUZIONE. Selezione naturale. Micro e macro-evoluzione. Teoria sintetica dell'evoluzione (neo-darwinismo). Effetto della casualità. Evidenze a sostegno dell'evoluzione. Rocce sedimentarie. Reperti fossili. Anatomia comparata. Biogeografia, storia geologica (deriva continenti e tettonica a placche) e correlazioni con l'evoluzione. Biologia dello sviluppo e schemi evolutivi. Confronto molecolare tra organismi. Universalità del codice genetico, cambiamenti evolutivi di proteine e DNA. Alberi filogenetici, speciazione e divergenza tra le specie. Ipotesi evolutive.

• BIOLOGIA GENERALE DEI VIRUS E DEI PROCARIOTI. Virus a DNA, a RNA e Fagi. Origine dei virus. Ciclo litico e virulenza. Ciclo lisogeno e virus temperati. Conversione lisogenica. Virus dei vertebrati e infezioni virali. Virus dei vegetali, cenni. Viroidi e prioni.
Procarioti. Domini Archea e Batteri. Gram+ e Gram-. Ciglia, flagelli, chemiotassi. Scissione binaria e riproduzione batterica. Trasferimento dell'informazione genetica. Trasformazione, traduzione, coniugazione. Evoluzione delle popolazioni batteriche. Sporificazione. Biofilm. Metabolismo: dipendenza dall'ossigeno e diverse fonti energetiche. Colonizzazione degli ambienti estremi. Procarioti e ambiente: parassiti, saprofiti, simbionti. Procarioti e malattie. Antibiotici e resistenza. Procarioti e processi commerciali.

• IL COMPORTAMENTO ANIMALE. Le influenze degli stimoli sensoriali, l’apprendimento, il patrimonio genetico. La selezione per la sopravvivenza e il successo riproduttivo, il concetto di fitness complessiva.


Le modalità didattiche adottate per l'insegnamento consistono in lezioni frontali. Oltre ai testi consigliati, vengono proposte integrazioni di approfondimento sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.
Durante tutto l'anno accademico è disponibile il servizio di ricevimento individuale gestito dal docente previo appuntamento.

Modalità d'esame

Per superare l'esame gli studenti dovranno dimostrare di aver appreso la conoscenza degli argomenti in programma e la capacità di esporre le proprie argomentazioni in modo preciso e con linguaggio scientifico appropriato.

L'esame consiste in una prova scritta, basata sui contenuti didattici di tutto il corso, contenente domande a risposta multipla e domande a risposta aperta. Sono previsti 4 appelli: 2 nella Sessione Estiva alla fine del corso, 1 nella Sessione Autunnale e 1 nella Sessione Straordinaria. E' inoltre prevista una prova intermedia facoltativa a metà corso.

L'esame si ritiene superato se la valutazione è maggiore o uguale a 18/30.
Gli studenti che superano la prova intermedia devono superare la prova finale che si terrà nello stesso giorno del primo appello della sessione estiva; il voto complessivo è dato dalla media matematica delle valutazioni in 30esimi ottenute nelle due parti.

Inoltre, gli studenti che abbiano ottenuto almeno 25 trentesimi nella prova scritta e che aspirino ad un voto migliore possono sostenere una prova orale (per chi ha superato la prova intermedia è prevista un'unica prova orale dopo la prova finale).