Lo studente che avrà completato il corso con successo avrà acquisito conoscenze sui principi fondamentali che guidano organizzazione e funzioni cellulari. Avrà acquisito conoscenze in merito alle nozioni di base di…
Scheda dell'insegnamento
Obiettivi formativi
Lo studente che avrà completato il corso con successo avrà acquisito conoscenze sui principi fondamentali che guidano organizzazione e funzioni cellulari. Avrà acquisito conoscenze in merito alle nozioni di base di chimica e biochimica, con particolare riguardo alla struttura e funzione delle principali biomolecole ed all'organizzazione e regolazione delle principali vie metaboliche, oltre che riguardo alla genetica molecolare, ai meccanismi di base dell'espressione genica ed alla regolazione del ciclo cellulare.
Programma
BIOLOGIA
• INTRODUZIONE. Le principali tappe di storia della biologia: la teoria cellulare. La cellula procariotica ed eucariotica a confronto, l'origine evolutiva degli eucarioti. Proprietà fondamentali dei viventi. Cenni su principali aspetti strutturali e funzioni di carboidrati, lipidi, acidi nucleici e proteine. • MEMBRANA BIOLOGICA. Composizione, struttura e funzione della membrana biologica. Il modello a mosaico fluido. Il doppio strato lipidico, le proteine di membrana. Il ruolo dei carboidrati. Il ruolo del colesterolo. Proprietà di membrana: fluidità, selettività, asimmetria. • TRASPORTO DI MEMBRANA. Principi e meccanismi del trasporto di membrana. Il trasporto passivo: diffusione semplice, diffusione facilitata. Il trasporto attivo primario e secondario. Processo di esocitosi, endocitosi ed endocitosi mediata da recettori • ORGANIZZAZIONE GENERALE DELLA CELLULA EUCARIOTICA. La compartimentazione eucariotica e la sua origine evolutiva. Organizzazione strutturale e funzionale dell'involucro nucleare, i pori nucleari, meccanismo di importazione ed esportazione nucleare. Gli organuli cellulari, il sistema delle endomembrane: il nucleo, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l’apparato del Golgi, il sistema endosomi/lisosomi, le vescicole di secrezione. Il traffico vescicolare.Morfologia e funzione del mitocondrio. Cenni sui perossisomi. • CITOSCHELETRO. Composizione struttura e funzione dei tre tipi di filamenti proteici del citoscheletro microtubuli (struttura e funzioni); i microfilamenti (struttura e funzioni); i filamenti intermedi (cenni). • G. COMUNICAZIONE CELLULARE. Cenni di comunicazione cellulare. le molecole segnale e il legame ligando-recettore. Recettori superficiali di membrana (canali ionici, recettori accoppiati a proteine G, recettori ad attività enzimatica). Le principali fasi della trasduzione del segnale. Secondi messaggeri e amplificazione del segnale. La fase di terminazione del segnale. • DUPLICAZIONE DEL DNA. Il processo di replicazione del DNA. Meccanismi di riparazione del DNA. • STRUTTURA DEL DNA E DEL CROMOSOMA. Il cromosoma. Cenni su telomeri e telomerasi. Struttura del cromosoma bicromatidico. Cromatidi fratelli, centromero, bracci e telomero. Diploidia. Cenni sul cariotipo umano. • DIVISIONE CELLULARE. Divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti. Le fasi del ciclo cellulare ed i suoi meccanismi di controllo. Divisione mitotica e meiotica. Il contributo della meiosi e della riproduzione sessuata alla variabilità genetica. • MORTE CELLULARE. Cenni sul processo apoptotico e necrotico. • REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE: i punti di controllo e le molecole coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare. I check point cellulari, classi di proteine regolatrici: il ruolo del complesso ciclina- chinasi ciclina dipendenti (CdK) nella transizione delle diverse fasi. L’attivazione delle CdK ed il processo della fosforilazione. Regolatori positivi e negativi. • FLUSSO DELL'INFORMAZIONE GENICA. Concetto di genoma. Concetto di gene. Concetto di promotore e sequenza di terminazione della trascrizione. Il flusso della informazione genica. I tre tipi di RNA coinvolti. Il processo della trascrizione, maturazione dell'RNA messaggero e il processo di splicing. Il meccanismo della traduzione. Il codice genetico e le sue caratteristiche. Aspetti post-traduzionali della sintesi proteica. I ribosomi: struttura, funzione e localizzazione. • LA GENETICA MENDELIANA. Le basi cromosomiche dell'ereditarietà. Eccezioni all'ereditarietà mendeliana. Dominanza incompleta, codominanza, multiallelismo, epistasi, geni associati. Ereditarietà legata al sesso. • MUTAZIONI GENICHE. definizione di mutazione. Mutazioni indotte e spontanee. Classificazione delle mutazioni e concetto di polimorfismo. Classificazione delle mutazioni puntiformi. Loro effetto sul fenotipo. • LE MUTAZIONI CROMOSOMICHE. le mutazioni cromosomiche strutturali: inversioni, delezioni, traslocazioni, duplicazioni. Mutazioni nel numero dei cromosomi: aneuploidie, poliploidie.PROGRAMMA DI CHIMICA
- CHIMICA GENERALE
- Atomi e molecole. Struttura atomica: numero atomico, massa atomica, isotopi, numeri quantici. Tavola periodica degli elementi. Il concetto di mole. Legame chimico: legame ionico, covalente, dativo, metallico e legami intermolecolari. Valenza e numero di ossidazione. Cenni di Nomenclatura dei composti inorganici (ossidi, anidridi, idrossidi, ossiacidi, idracidi, idruri, sali). Tipi di reazioni: ossidoriduzione e non di ossidoriduzione. Acidi e basi: il pH. Soluzioni tampone.
- CHIMICA FISICA
- Gli stati si aggregazione della materia. Reazioni chimiche: il concetto di reazione, velocità di reazione, equilibrio chimico e fattori che lo influenzano. Le leggi dei gas.
- CHIMICA ORGANICA
- Elementi di chimica organica: il carbonio nei composti organici, isomeri strutturali, enantiomeri (carbonio asimmetrico), diastereoisomeri cis e trans, idrocarburi alifatici ed aromatici, alcoli, eteri, fenoli, composti carbonilici, acidi carbossilici, esteri, ammine, ammidi, aminoacidi.
PROGRAMMA DI BIOCHIMICA
- PROTEINE
- Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziari e quaternaria delle proteine. Riconoscimento stereospecifico nel sito attivo. Interazioni non cooperative e cooperative con i ligandi. Allosteria. Emoglobina. Catalisi enzimatica. Enzimi micheliani, enzimi allosterici.
- CENNI DI METABOLISMO ENERGETICO
- Carboidrati come fonte di energia. Glicolisi come reazione fondamentale del metabolismo energetico. Reazioni della glicolisi: investimento energetico e recupero. Coenzima ossidoriduttivo NAD+/NADH. Destini del piruvato.
- ACIDI NUCLEICI
- Nucleotidi, Struttura di DNA e RNA. Trascrizione del DNA nei procarioti e negli eucarioti. Promotori, reazione della RNA polimerasi, terminazione. Cenni sullo splicing. Traduzione: il codice genetico. Gli elementi del processo di traduzione: tRNA e ribosomi. Processo di traslocazione.
Conoscenze di base di chimica e biologia acquisite durante il percorso scolastico della scuola secondaria di secondo grado.
Lo studente potrà acquisire spirito analitico riguardo ai processi biochimici ed alla loro correlazione e riguardo ai processi di biologia cellulare e genetica.
PROGRAMMA DI CHIMICA
- CHIMICA GENERALE
- Atomi e molecole. Struttura atomica: numero atomico, massa atomica, isotopi, numeri quantici. Tavola periodica degli elementi. Il concetto di mole. Legame chimico: legame ionico, covalente, dativo, metallico e legami intermolecolari. Valenza e numero di ossidazione. Cenni di Nomenclatura dei composti inorganici (ossidi, anidridi, idrossidi, ossiacidi, idracidi, idruri, sali). Tipi di reazioni: ossidoriduzione e non di ossidoriduzione. Acidi e basi: il pH. Soluzioni tampone.
- CHIMICA FISICA
- Gli stati si aggregazione della materia. Reazioni chimiche: il concetto di reazione, velocità di reazione, equilibrio chimico e fattori che lo influenzano. Le leggi dei gas.
- CHIMICA ORGANICA
- Elementi di chimica organica: il carbonio nei composti organici, isomeri strutturali, enantiomeri (carbonio asimmetrico), diastereoisomeri cis e trans, idrocarburi alifatici ed aromatici, alcoli, eteri, fenoli, composti carbonilici, acidi carbossilici, esteri, ammine, ammidi, aminoacidi.
PROGRAMMA DI BIOCHIMICA
- PROTEINE
- Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziari e quaternaria delle proteine. Riconoscimento stereospecifico nel sito attivo. Interazioni non cooperative e cooperative con i ligandi. Allosteria. Emoglobina. Catalisi enzimatica. Enzimi micheliani, enzimi allosterici.
- CENNI DI METABOLISMO ENERGETICO
- Carboidrati come fonte di energia. Glicolisi come reazione fondamentale del metabolismo energetico. Reazioni della glicolisi: investimento energetico e recupero. Coenzima ossidoriduttivo NAD+/NADH. Destini del piruvato.
- ACIDI NUCLEICI
- Nucleotidi, Struttura di DNA e RNA. Trascrizione del DNA nei procarioti e negli eucarioti. Promotori, reazione della RNA polimerasi, terminazione. Cenni sullo splicing. Traduzione: il codice genetico. Gli elementi del processo di traduzione: tRNA e ribosomi. Processo di traslocazione.
BIOLOGIA
Le principali tappe di storia della biologia: la teoria cellulare, l'evoluzione biologica, ipotesi sull'origine della vita. Proprietà fondamentali dei viventi. La cellula procariotica ed eucariotica a confronto. L'origine evolutiva degli eucarioti. Caratteristiche generali dei virus. I virus dei batteri; il ciclo litico ed il ciclo lisogeno. aspetti di interesse biologico inerenti alla pandemia in corso da sars-CoV-2. Principali strutture e funzioni di carboidrati, lipidi, acidi nucleici e proteine. Composizione, struttura e funzione della membrana biologica. Il doppio strato lipidico, le proteine di membrana. Il ruolo dei carboidrati. Principi e meccanismi del trasporto di membrana. Il trasporto passivo: diffusione semplice, diffusione facilitata. Il trasporto attivo primario e secondario. Processo di esocitosi, endocitosi ed endocitosi mediata da recettori. La compartimentazione eucariotica. Organizzazione strutturale e funzionale dell'involucro nucleare, i pori nucleari, meccanismo di importazione ed esportazione nucleare. I ribosomi: struttura, funzione e localizzazione. Il sistema di endomembrane: reticolo endoplasmatico ruvido e liscio, l'apparato di Golgi, i lisosomi. Significato biologico dell'autofagia. I perossisomi. Il mitocondrio. Composizione struttura e funzione dei tre tipi di filamenti proteici del citoscheletro. Cenni di comunicazione cellulare. Le principali fasi della trasduzione del segnale. Canali ionici ad apertura controllata, recettore ad attività proteinchinasica e recettore associato a proteina G. Divisione cellulare nei procarioti e negli eucarioti. Il ciclo cellulare ed i suoi meccanismi di controllo. Mitosi e meiosi. Organizzazione della cromatina e principali caratteristiche dei cromosomi. Il cariotipo umano. Cenni sul processo apototico e necrotico. La genetica mendeliana. Le basi cromosomiche dell'ereditarietà. Eccezioni all'ereditarietà mendeliana. Dominanza incompleta, codominanza, multiallelismo, epistasi, geni associati. Ereditarietà legata al sesso. Il DNA e il suo ruolo nell'ereditarietà. Il processo di replicazione del DNA. Meccanismi di riparazione del DNA. Cenni su telomeri e telomerasi. Il flusso dell'informazione genetica. I tre tipi di RNA. Il processo della trascrizione, maturazione dell'RNA messaggero e il processo di splicing. Il codice genetico e le sue caratteristiche. Il meccanismo della traduzione. Aspetti post-traduzionali della sintesi proteica. Mutazioni geniche o puntiformi. Mutazioni cromosomiche numeriche e strutturali. Effetti fenotipici delle mutazioni. Mutazioni indotte e spontanee. La regolazione dell'espressione genica nei procarioti, la regolazione negativa e positiva. L'interazione operatore-repressore nel controllo trascrizionale (operone lac e trp).
Lo studente potrà acquisire spirito analitico riguardo ai processi biochimici ed alla loro correlazione e riguardo ai processi di biologia cellulare.
Modalità d'esame
Durante le ore di lezione ed al termine del corso saranno svolti tests per verificare l'acquisizione delle capacità.
l'esame avrà la modalità scritta in presenza con risposte brevi a quesiti di biologia e biochimica ed esecizi di chimica.
Testi di riferimento
David Sadava, et al. "Elementi di Biologia e Genetica" ZANICHELLI
E. P. Solomon, et al. "Elementi di Biologia" EDISES
saranno condivisi e forniti le slides e i materiali utilizzati in aula TESTI CONSIGLIATI di CHIMICA e BIOCHIMICA
Stefani & Taddei, Chimica, biochimica e biologia applicata. Ed. Zanichelli.
Ferrier D.R., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli.
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.
TESTI CONSIGLIATI di CHIMICA e BIOCHIMICA
Stefani & Taddei, Chimica, biochimica e biologia applicata. Ed. Zanichelli.
Ferrier D.R., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli.
Nelson & Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli.
TESTI CONSIGLIATI di BIOLOGIA
David Sadava, et al. "Elementi di Biologia e Genetica" ZANICHELLI
E. P. Solomon, et al. "Elementi di Biologia" VII edizione, 2017 EDISES
Codice insegnamento P782816149