Obiettivi di apprendimento

Il corso si propone di: (i) fornire le conoscenze di base sulle caratteristiche degli organismi viventi, in una visione evoluzionistica: procarioti, eucarioti, virus, mediante l'acquisizione dei concetti fonda-mentali della biologia e dei principi strutturali, funzionali e molecolari dei processi cellulari; (ii) descri-vere i concetti fondamentali della genetica e della trasmissione dei caratteri ereditari nei diversi orga-nismi, con esempi specifici anche di caratteri patologici nell'uomo; (iii) fornire le conoscenze di base sui meccanismi che regolano il flusso dell'informazione genetica e sullo sviluppo degli organismi; (iv) fornire le conoscenze di base sul comportamento animale; (v) educare alla valutazione critica dei dati sperimentali, descrivendo e discutendo importanti esperimenti del passato e contemporanei; (vi) far conoscere le metodologie correnti utilizzate nello studio delle molecole biologiche. Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito le nozioni utili per una analisi critica dei meccanismi che regolano le interazioni intra- e intercellulari, fra i diversi organismi e tra organismi e ambiente, nonché dei meccanismi che regolano la riproduzione cellulare e che sono alla base delle mutazioni vitali in modo da conseguire autonomia di valutazione critica e globale dei meccanismi stessi. Dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito le conoscenze sui meccanismi che regolano il flusso dell'informazione genetica, sullo sviluppo degli organismi, sulla trasmissione dei caratteri ereditari e sul comportamento animale. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito le conoscenze metodologiche basilari applicate allo studio delle molecole biologiche e la capacità di esporre le pro-prie argomentazioni in maniera critica, precisa e con linguaggio scientifico appropriato. Gli studenti saranno in grado di utilizzare le nozioni specifiche della biologia e delle basi genetiche della vita per proporre soluzioni adeguate ed originali nelle relative applicazioni informatiche; gli studenti acquisiranno inoltre capacità di lettura e comprensione di argomenti, anche avanzati, in ambito biologico e saranno quindi in grado di affrontare un percorso formativo (anche di livello magistrale) sia biotecnologico sia bioinformatico.

Prerequisiti e nozioni di base

Non è prevista alcuna propedeuticità.

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. Gruppi funzionali. Isomeri geometrici e strutturali. Cenni su molecole organiche e macromolecole: carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. Caratteristiche e proprietà dell'acqua, costituente essenziale della vita.
• METODI DI STUDIO DELLE CELLULE: dimensioni cellulari; concetti base della microscopia ottica, elettronica e del 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: osmosi, trasporto passivo (diffusione semplice e facilitata), trasporto attivo diretto e indiretto, co-trasporto. Esocitosi ed endocitosi. I diversi tipi di giunzioni cellulari 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. Trasduzione del segnale, secondi messaggeri e risposta cellulare. Trasduzione negativa del segnale.
• FLUSSO DI ENERGIA ATTRAVERSO GLI ORGANISMI VIVENTI
Energia e metabolismo: energia e lavoro biologico; reazioni eso-, endo-ergoniche, metabolismo, anabolismo e catabolismo; accoppiamento energetico; ATP; sistemi di trasferimenti di energia: trasportatori di gruppi fosfato, elettroni 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 e 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. Eterocromatina, eucromatina: articolazione sino al cromosoma condensato. Le fasi del ciclo cellulare e sua regolazione, apoptosi; cenni su deregolazione e cancro. Mitosi, meiosi e riproduzione sessuata.
• 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. Estensioni alla genetica mendeliana (dominanza incompleta, codominanza, allelia multipla, epistasi, poligenia, interazione tra geni e gene-ambiente).
• DNA E MATERIALE EREDITARIO. Principio trasformante dei batteri. Esperimenti di trasformazione di Griffith, esperimenti di Hershey e Chase. Struttura del DNA. Replicazione. Esperimenti 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. 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: cenni su Southern, Northern e Western blot. Polimorfismi e sequenziamento del DNA. Cenni sugli organismi transgenici e sulla clonazione. Esempi di applicazioni della Bioinformatica.
• GENOMA UMANO. Cenni su: analisi del cariotipo, alberi genealogici, anomalie cromosomiche e mutazioni genetiche. Caratteristiche base dei diversi tipi di trasmissione dei caratteri.
• BIOLOGIA DELLO SVILUPPO. Differenziamento cellulare e morfogenesi. Espressione genica differenziale. Cellule somatiche e germinali. Cellule staminali. Controllo genetico dello sviluppo. Cenni a RNAinterference. Organismi modello. Geni a effetto materno, geni della segmentazione, geni omeotici.
• DARWIN ED EVOLUZIONE. Selezione naturale. Micro e macro-evoluzione. Teoria sintetica dell'evoluzione (neo-darwinismo). Effetto della casualità. Evidenze a sostegno dell'evoluzione: reperti fossili, anatomia comparata, biogeografia, storia geologica, biologia dello sviluppo e schemi evolutivi. Confronto molecolare tra organismi. Universalità del codice genetico, cambiamenti evolutivi di proteine e DNA. Cenni su alberi filogenetici.
• BIOLOGIA GENERALE DEI VIRUS E DEI PROCARIOTI. Diverse tipologie di virus e ipotesi di origine. Cicli riproduttivi. Esempi di virus e loro cicli infettivi; agenti subvirali e prioni.
Procarioti. Domini Archea e Batteri. Scissione binaria e riproduzione batterica. Trasferimento dell'informazione genetica. Evoluzione delle popolazioni batteriche, sporificazione, biofilm. Metabolismo: dipendenza dall'ossigeno e diverse fonti energetiche; colonizzazione degli ambienti estremi. Procarioti e ambiente: parassiti, saprofiti, simbionti. Cenni su malattie e processi commerciali.

Bibliografia

Modalità didattiche

Le modalità didattiche adottate per l'insegnamento consistono in lezioni frontali. Oltre ai testi consigliati, potranno essere proposti approfondimenti sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.
Durante tutto l'anno accademico è disponibile il servizio di ricevimento individuale, in orario flessibile, previo appuntamento richiesto per email.
Si consiglia agli studenti di scegliere un libro di Biologia tra quelli indicati nelle schede della Bibliografia del Sistema Bibliotecario di Ateneo.
Gli studenti che si trovassero impossibilitati a frequentare le lezioni in caso di isolamento per positività al COVID, possono contattare la docente per definire le modalità personalizzate di fruizione della didattica.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame è costituito da una prova scritta, basata sui contenuti didattici dell’intero insegnamento, contenente 40 domande a risposta multipla.
Sono previsti 4 appelli: 2 nella Sessione Estiva alla fine del corso, 1 nella Sessione Autunnale e 1 nella Sessione Straordinaria.

Criteri di valutazione

Per superare la prova gli studenti dovranno dimostrare un’adeguata comprensione delle conoscenze degli argomenti in programma, la capacità di ragionamento e rielaborazione individuale delle nozioni acquisite. Verrà inoltre valutata la capacità di esporre le proprie argomentazioni in maniera critica, precisa, sintetica e con linguaggio scientifico appropriato.
Il voto è espresso in trentesimi e la prova si ritiene superata se la valutazione ottenuta è maggiore o uguale a 18 trentesimi.

Criteri di composizione del voto finale

Prova unica

Lingua dell'esame

ITALIANO