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Biochimica e Biologia Molecolare
INFORMAZIONI GENERALI
Obiettivi Formativi
Il corso di propone di fornire le conoscenze sulle caratteristiche strutturali e funzionali delle macromolecole biologiche, sulla catalisi enzimatica, sui principali processi metabolici, sulle basi della comunicazione cellulare e della trasduzione del segnale. Inoltre, lo studente acquisirà conoscenze sull'organizzazione dei genomi, i meccanismi molecolari dei principali processi biologici che sono alla base della conservazione ed espressione dell’informazione genetica.
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di dimostrare una comprensione approfondita dei concetti fondamentali della biochimica e della biologia molecolare, saranno in grado di riconoscere e interpretare la struttura delle macromolecole biologiche, i meccanismi di catalisi enzimatica, e i cicli metabolici fondamentali. Inoltre, gli studenti saranno in grado di descrivere in modo esaustivo la struttura molecolare degli acidi nucleici e di spiegare come questa struttura sia correlata alle loro funzioni biologiche essenziali, come la replicazione, la trascrizione e la traduzione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
La natura multidisciplinare dell’insegnamento di biochimica e biologia molecolare orienta gli studenti all’integrazione di conoscenze e concetti provenienti da diverse discipline scientifiche, fondamentale per la comprensione dei processi biologici in modo completo e accurato.
Gli studenti saranno in grado di applicare i principi generali della chimica biologica e le conoscenze acquisite relative alle relazioni struttura-funzione delle biomolecole e ai meccanismi molecolari a contesti biologici specifici.
Autonomia di giudizio
Gli studenti acquisiranno la capacità di analizzare criticamente le informazioni, applicare concetti a nuovi contesti biologici, formulare ipotesi originali, e partecipare attivamente alla ricerca scientifica.
Abilità di comunicare
Lo studente acquisirà padronanza del linguaggio scientifico per comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le proprie conoscenze a interlocutori specialisti e non specialisti.
Capacità di apprendimento
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito gli strumenti per approfondire in modo autonomo studi nell’ambito della biochimica, biologia molecolare e genetica.
PROGRAMMA DEL CORSO
Parte 1 – Biochimica
Le molecole biologiche: struttura e funzione
Il DNA: struttura chimico-fisica
Topologia del DNA e DNA topoisomerasi
Concetti di biochimica applicati agli acidi nucleici: la doppia elica come esempio di correlazione struttura e funzione
Il codice genetico
Dal DNA alla proteina
La doppia elica e la trasmissione dell’informazione genetica
Struttura chimico-fisica dell’RNA
La trascrizione nei procarioti e negli eucarioti:
-RNA polimerasi
-le fasi del processo di trascrizione (inizio, allungamento e terminazione)
-regolazione della trascrizione (descrizione degli operoni procariotici, struttura modulare dei promotori eucariotici, fattori di trascrizione, meccanismi di risposta a stimoli intra- ed extracellulari)
Maturazione dell’RNA:
-modificazioni chimiche post-trascrizionali dell’RNA (processamento rRNA e tRNA, poliadenilazione e aggiunta del cap agli mRNA)
-splicing
-traslocazione degli RNA nel citoplasma
La traduzione:
-struttura e funzione del ribosoma, del tRNA e dell’mRNA
-fasi del processo di traduzione (inizio, allungamento e terminazione)
-inibitori della sintesi proteica
-regolazione della traduzione
Meccanismi di regolazione epigenetica:
-metilazione del DNA e rimodellamento della cromatina
-ncRNA
Modificazioni post-traduzionali delle proteine
Composizione e struttura delle proteine
Gli amminoacidi
La struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine
Analisi della struttura tridimensionale delle proteine (cristallografia a raggi X, spettroscopia NMR, criomicroscopia elettronica)
Motivi, domini e moduli
Proteine omologhe
Gli enzimi
Attività catalitica degli enzimi
Il sito attivo e la formazione del complesso enzima-substrato
Energia di attivazione e la coordinata di reazione, parametri cinetici degli enzimi loro definizioni e derivazione. L’equazione di Michaelis-Menten
Classificazione degli enzimi ed esempi di enzimi di diverse classi (proteasi, chinasi e fosfatasi, enzimi di restrizione, ecc.)
Zimogeni
Cofattori e vitamine
Strategie di regolazione mediante cascata di attivazione di zimogeni: la coagulazione del sangue
Inibitori reversibili e irreversibili
I carboidrati
Monosaccaridi, oligosaccaridi, polisaccaridi
Glicoproteine
Lectine
Lipidi e membrane cellulari
Acidi grassi
Fosfolipidi
Glilcolipidi
Colesterolo
Le micelle
Le membrane cellulari
Adesione cellulare
Giunzioni aderenti, giunzioni strette, giunzioni comunicanti
Molecole di adesione intercellulare e cellula-substrato
Canali e pompe
Trasporto attivo e passivo di molecole attraverso le membrane
Vie di trasduzione del segnale
Proteine G
Sistemi di fosforilazione a cascata
Il metabolismo
L’ATP come fonte di energia
Struttura e funzione dell'ATP sintasi
Glicolisi
Il ciclo dell’acido citrico
Il trasporto di elettroni e la fosforilazione ossidativa: la catena respiratoria, centri redox, cofattori, i complessi proteici e bioenegetica
La gluconeogenesi e la via dei pentoso fosfati
Il metabolismo del glicogeno
Il metabolismo degli acidi grassi
Il turnover delle proteine, il catabolismo degli amminoacidi e il ciclo dell’urea
La biosintesi degli amminoacidi
La biosintesi dei nucleotidi
La biosintesi dei lipidi
La fotosintesi
Parte 2 – Biologia Molecolare
Il genoma
Definizione di genoma
Il genoma degli organismi procarioti (struttura e organizzazione, elementi trasponibili, definizione e applicazioni della metagenomica)
Il genoma degli organismi eucarioti (struttura e organizzazione, geni eucariotici, famiglie geniche, pseudogeni, DNA non codificante, sequenze ripetute)
Il genoma degli organelli cellulari (mitocondri e cloroplasti)
Il genoma virale
Conservazione del genoma
La replicazione del DNA:
-mitosi e meiosi
-replicazione semiconservativa
-il meccanismo di replicazione del DNA nei procarioti
-il replicone
-le DNA polimerasi
-le origini di replicazione
-il meccanismo di replicazione dei cromosomi lineari eucariotici (macchinario per la replicazione del DNA, replicazione dei telomeri, regolazione della replicazione durante il ciclo cellulare)
-errori durante la replicazione del DNA
La ricombinazione:
-ricombinazione omologa o generalizzata
-trasposizione
La riparazione del DNA:
-sistemi di riparazione del DNA
-checkpoint da danno al DNA
Cenni su tecniche di biologia molecolare e sistemi modello
Testi consigliati
Berg, Tymoczko, Gatto, Stryer. Biochimica. Zanichelli
2020Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani. Biologia molecolare. Casa Editrice Ambrosiana
MODALITÀ DI ESAME, PREREQUISITI, ESAMI PROPEDEUTICI
Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente
La valutazione finale avverrà nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma, in modalità scritta in presenza oppure online. In presenza di specifiche esigenze, lo studente può richiedere e programmare, in accordo con i docenti, l’esame in modalità orale.
Criteri di valutazione di una prova d’esame:
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Descrittori
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Indicatori
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Punteggio
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Conoscenza e capacità di comprensione
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Presenza di informazioni complete, elaborate e ben illustrate
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8
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Capacità di applicare conoscenza e comprensione
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Padronanza della materia ed elaborazione adeguata delle argomentazioni
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6
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Autonomia di giudizio:
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Capacità di raccogliere e interpretare i dati ritenuti utili a determinare giudizi autonomi
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6
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Abilità comunicative
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Esposizione corretta ed efficace, impiego linguaggio tecnico e capacità di collegamenti fra argomenti diversi
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5
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Capacità di apprendimento
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Testimonianza di un grado di apprendimento funzionale all’intrapresa di studi successivi con autonomia
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5
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Totale punteggio
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30
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Modalità di esame
ESAME SCRITTO ONLINE:
Il testo dell’esame sarà composto da 30 domande a risposte chiuse.
Lo studente avrà possibilità di selezionare una sola opzione fra quelle prospettate. Ogni risposta corretta verrà valutata “1” punto.
La 31ma domanda sarà funzionale al conseguimento della lode. Pertanto, lo studente che risponderà correttamente a 30 domande su 31, conseguirà la lode solo se avrà risposto correttamente anche alla 31ma domanda; mentre lo studente che risponderà correttamente a meno di 30 domande su 31, conseguirà la votazione corrispondente al numero delle risposte esatte e la 31ma domanda non sarà valutata ai fini del punteggio, anche se corretta.
ESAME SCRITTO IN PRESENZA:
Il testo dell’esame sarà composto da quesiti a risposta multipla e quesiti a risposta aperta. Le domande a risposta multipla permettono di valutare la conoscenza e la comprensione degli argomenti relativi all’intero programma. Le domande a risposta aperta permettono di valutare la familiarità dello studente con gli argomenti trattati, il livello di approfondimento e la padronanza del linguaggio tecnico.
ESAME ORALE:
In presenza di specifiche esigenze (es. certificazione DSA), lo studente può richiedere e programmare in accordo con i docenti l’esame in modalità orale (online o in presenza).
Nella valutazione dell’esame orale verranno considerate: la conoscenza e la comprensione della materia, la capacità di applicare conoscenze e comprensione, le abilità comunicative nell’esposizione dei contenuti, l’impiego del linguaggio tecnico, chiarezza nelle risposte, capacità di ragionamento e capacità di approfondire e rielaborare in modo originale e critico le conoscenze acquisite.
Propedeuticità
Non sono previste propedeuticità.
Prerequisiti
È necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di “Matematica”, “Chimica generale ed inorganica” e “Citologia e istologia”:
• Conoscenze elementari di matematica;
• Conoscenze elementari di chimica;
• Basi di biologia generale: struttura della cellula, ciclo cellulare, mitosi e meiosi.
ORGANIZZAZIONE DIDATTICA
Il corso è svolto interamente in modalità telematica, con lezioni asincrone (didattica erogativa) e sincrone (per la didattica interattiva).
Modalità di erogazione del corso:
Il corso è svolto interamente in modalità telematica, con lezioni asincrone (didattica erogativa) e sincrone (per la didattica interattiva)
ORGANIZZAZIONE DIDATTICA
Attività didattiche previste
Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI), saranno costituite da 6 ore per CFU e ripartite secondo una struttura di 2,5 ore di DE (5 ore, tenuta in considerazione la necessità di riascolto) e di 1 ora di DI per ciascun CFU.
Attività didattica erogativa (55 ore):
- 55 lezioni frontali videoregistrate, della durata di circa 30 minuti ciascuna, sempre disponibili in piattaforma (ogni videolezione corrisponde a 1 ora di didattica erogativa considerando la necessità di riascolto).
Attività didattica interattiva (11 ore):
Attività di autoapprendimento:
Ascolto videolezioni presenti in piattaforma, studio individuale e approfondimento di argomenti mediante il materiale didattico fornito dal docente. Svolgimento dei test di autovalutazione con domande a scelta multipla, il cui accesso è vincolato al completamento delle singole unità.
Ricevimento studenti
A inizio dell’anno accademico viene proposto un incontro online aperto agli studenti che si approcciano allo studio della Biochimica e Biologia Molecolare, per discutere gli obiettivi del programma, l’organizzazione del corso e la modalità di valutazione. Inoltre, è sempre possibile contattare il docente tramite gli strumenti messi a disposizione sulla piattaforma. Il Forum del corso, ospitato sulla piattaforma dell’Università, è lo strumento privilegiato per la richiesta di informazioni, chiarimenti e approfondimenti. Il docente si rende disponibile a chiarire i dubbi formulati dagli studenti nel forum stesso, oppure in incontri da remoto individuali o di gruppo (previo appuntamento).
