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BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
NICOLETTA BIANCHI
Crediti formativi
12
Periodo didattico
Secondo Semestre

Obiettivi formativi

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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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L’obiettivo principale del Corso Integrato di Biochimica e Biologia Molecolare consiste nel fornire agli studenti le conoscenze di base applicate a struttura e funzione delle macromolecole biologiche (proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici), allo studio dei meccanismi di catalisi enzimatica delle principali vie metaboliche, e ai meccanismi molecolari che sottendono il flusso dell’informazione genica e la sua regolazione. Lo studente è guidato inoltre nella comprensione di come le conoscenze di base possano essere utilizzate con finalità applicative in ambito biomedicale, ponendo particolare attenzione ad approcci innovativi nello studio di proteine e acidi nucleici.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente:
- Conosce e sa utilizzare correttamente la terminologia relativa alle discipline di Biochimica e Biologia Molecolare;
- Conosce le basi biochimiche e molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
- Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo integrato delle principali vie metaboliche e dell’espressione genica;
- Conosce le tecniche di base per lo studio di acidi nucleici e proteine.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente:
- sa utilizzare correttamente la terminologia della biochimica e della biologia molecolare;
- sa valutare il possibile impatto dei meccanismi di modulazione dei processi biochimici e metabolici, così come di mutazioni geniche sui processi che regolano l’espressione genica;
- ha le basi per applicare le conoscenze acquisite allo studio di acidi nucleici e proteine a livello sperimentale;
- sa orientarsi nella comprensione di approcci di base delle due discipline per lo studio dei processi biochimici e molecolari, anche in ottica di approcci terapeutici o biotecnologici.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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L’obiettivo principale del Corso Integrato di Biochimica e Biologia Molecolare consiste nel fornire agli studenti le conoscenze di base applicate a struttura e funzione delle macromolecole biologiche (proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici), allo studio dei meccanismi di catalisi enzimatica delle principali vie metaboliche, e ai meccanismi molecolari che sottendono il flusso dell’informazione genica e la sua regolazione. Lo studente è guidato inoltre nella comprensione di come le conoscenze di base possano essere utilizzate con finalità applicative in ambito biomedicale, ponendo particolare attenzione ad approcci innovativi nello studio di proteine e acidi nucleici.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente:
- Conosce e sa utilizzare correttamente la terminologia relativa alle discipline di Biochimica e Biologia Molecolare;
- Conosce le basi biochimiche e molecolari dei sistemi e dei processi biologici;
- Conosce i meccanismi ed i diversi livelli di controllo integrato delle principali vie metaboliche e dell’espressione genica;
- Conosce le tecniche di base per lo studio di acidi nucleici e proteine.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente:
- sa utilizzare correttamente la terminologia della biochimica e della biologia molecolare;
- sa valutare il possibile impatto dei meccanismi di modulazione dei processi biochimici e metabolici, così come di mutazioni geniche sui processi che regolano l’espressione genica;
- ha le basi per applicare le conoscenze acquisite allo studio di acidi nucleici e proteine a livello sperimentale;
- sa orientarsi nella comprensione di approcci di base delle due discipline per lo studio dei processi biochimici e molecolari, anche in ottica di approcci terapeutici o biotecnologici.

Prerequisiti

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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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Non sono previste propedeuticità. Sono prerequisiti richiesti: la conoscenza dei legami chimici, e dei gruppi funzionali nelle molecole inorganiche e organiche, così come la conoscenza delle nozioni di base di biologia cellulare, con particolare attenzione a quella animale, come la struttura della cellula, dei compartimenti cellulari, nonché la funzione dei principali organi e tessuti, con proprietà di linguaggio e padronanza scientifica.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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Non sono previste propedeuticità. Sono prerequisiti richiesti: la conoscenza dei legami chimici, e dei gruppi funzionali nelle molecole inorganiche e organiche, così come la conoscenza delle nozioni di base di biologia cellulare, con particolare attenzione a quella animale, come la struttura della cellula, dei compartimenti cellulari, nonché la funzione dei principali organi e tessuti, con proprietà di linguaggio e padronanza scientifica.

Contenuti del corso

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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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BIOCHIMICA
LE PROTEINE: l’acqua; tamponi biologici. Struttura e funzione delle proteine: mioglobina ed emoglobina, actina e miosina, le immunoglobuline. Chaperon molecolari, modificazioni post-traduzionali. Matrice extracellulare. Coagulazione. Diagnostica enzimatica. Tecniche d’analisi delle proteine.
ENZIMOLOGIA: classificazione, catalisi e cinetica degli enzimi; meccanismi di regolazione e inibitori.
BIOENERGETICA: reazioni biologiche e aspetti generali del catabolismo e anabolismo. Composti ad alta energia e produzione dell’ATP. Sistemi redox. Gradienti, trasporto transmembrana.
METABOLISMO DEI CARBOIDRATI: metabolismo del glucosio e altri zuccheri; trasportatori e controllo della glicemia, glicolisi, gluconeogenesi, metabolismo del glicogeno, via del pentoso fosfato; destino del piruvato; ciclo di Cori; l’Acetil-CoA: Piruvato deidrogenasi. Ciclo di Krebs. Gli ormoni nel metabolismo dei carboidrati. Oncometaboliti. Tecniche d’analisi dei carboidrati.
TRASPORTO DEGLI ELETTRONI, FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: struttura e funzione della catena respiratoria; mitocondri, patologie mitocondriali; ATPsintasi, trasporto di ATP e ADP. Sistemi navetta. La termogenina, disaccoppianti.
METABOLISMO DEI LIPIDI: digestione, assorbimento dei lipidi. Lipoproteine. Ossidazione degli acidi grassi. Corpi chetonici. Biosintesi dei lipidi e colesterolo; LDL. Gli ormoni e metabolismo lipidico. Tecniche d’analisi dei lipidi.
METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI: metabolismo dell’azoto; ciclo dell’urea e regolazione; transaminazione, degradazione, biosintesi e caratteristiche funzionali degli amminoacidi. Derivati amminoacidici; biosintesi e degradazione dell’eme.
METABOLISMO DEI NUCLEOTIDI: nucleotidi purinici e pirimidinici: biosintesi, degradazione, regolazione. Rilevanza medica. Sintesi dei desossiribonucleotidi.
INTEGRAZIONE METABOLICA A LIVELLO CELLULARE E TISSUTALE: metabolismi tessuto-specifici, interrelazioni metaboliche. Regolazione ormonale. Meccanismo d’azione degli ormoni proteici e steroidei. Secondi messaggeri. Digiuno-alimentazione.

BIOLOGIA MOLECOLARE
-STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI: caratteristiche chimico-fisiche di DNA e RNA; forme B, A e Z, topoisomeri e topoisomerasi; struttura del genoma, nucleosomi e cromatina; rimodellamento della cromatina, modifiche delle code istoniche e significato funzionale.
-REPLICAZIONE DEL DNA: la DNA polimerasi (procariotica ed eucariotica); replisoma e componenti della forca replicativa; la replicazione nei procarioti e negli eucarioti.
Cenni di tecnologie ricombinanti: enzimi di restrizione, caratteristiche e generazione di vettori plasmidici, clonaggio; la reazione di PCR; principi di elettroforesi; il sequenziamento del DNA.
-RIPARAZIONE DEL DNA e RICOMBINAZIONE: riparazione dei mismatch; principali cause di danno al DNA; riparazione diretta, escissione di basi, glicosilasi; double strand break e non-homologus end joining (NHEJ); sintesi translesione; ricombinazione omologa, descrizione degli apparati proteici procariotici ed eucariotici. Cenni di ricombinazione conservativa sito-specifica.
-TRASCRIZIONE: descrizione delle diverse fasi in procarioti ed eucarioti; analisi del promotore; editing dell’RNA; meccanismo di splicing; splicing alternativo e trans-splicing; ruolo di ESE, ESS, ISS, ISE; regolazione trascrizionale nei procarioti: attivatori, repressori e operoni (esempi); regolazione trascrizionale negli eucarioti: descrizione dei principali domini di legame al DNA (fattori di trascrizione), controllo combinatorio, metilazione del DNA; cenni sull’uso di sistemi con geni reporter; RNA regolatori.
-TRADUZIONE: codoni di inizio nei procarioti/eucarioti e loro riconoscimento; struttura dei tRNA; le amminoacil-tRNA sintetasi; i ribosomi; descrizione delle diverse fasi della traduzione in procarioti ed eucarioti; codice genetico; regolazione della traduzione in procarioti ed eucarioti; nonsense e nonstop mediated mRNA decay; cenni su trafficking proteico e modificazioni post-traduzionali.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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LE PROTEINE: l’acqua; tamponi biologici. Struttura e funzione delle proteine: mioglobina ed emoglobina, actina e miosina, le immunoglobuline. Chaperon molecolari, modificazioni post-traduzionali. Matrice extracellulare. Coagulazione. Diagnostica enzimatica. Tecniche d’analisi delle proteine.
ENZIMOLOGIA: classificazione, catalisi e cinetica degli enzimi; meccanismi di regolazione e inibitori.
BIOENERGETICA: reazioni biologiche e aspetti generali del catabolismo e anabolismo. Composti ad alta energia e produzione dell’ATP. Sistemi redox. Gradienti, trasporto transmembrana, biosegnalazione.
METABOLISMO DEI CARBOIDRATI: metabolismo del glucosio e altri zuccheri; trasportatori e controllo della glicemia, glicolisi, gluconeogenesi, metabolismo del glicogeno, via del pentoso fosfato; destino del piruvato; ciclo di Cori; l’Acetil-CoA: Piruvato deidrogenasi. Ciclo di Krebs. Gli ormoni nel metabolismo dei carboidrati. Oncometaboliti. Tecniche d’analisi dei carboidrati.
TRASPORTO DEGLI ELETTRONI, FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: struttura e funzione della catena respiratoria; mitocondri, patologie mitocondriali; ATPsintasi, trasporto di ATP e ADP. Sistemi navetta. La termogenina, disaccoppianti.
METABOLISMO DEI LIPIDI: digestione, assorbimento dei lipidi. Lipoproteine. Ossidazione degli acidi grassi. Corpi chetonici. Biosintesi dei lipidi e colesterolo; LDL. Gli ormoni e metabolismo lipidico. Tecniche d’analisi dei lipidi.
METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI: metabolismo dell’azoto; ciclo dell’urea e regolazione; transaminazione, degradazione, biosintesi e caratteristiche funzionali degli amminoacidi. Derivati amminoacidici; biosintesi e degradazione dell’eme.
METABOLISMO DEI NUCLEOTIDI: nucleotidi purinici e pirimidinici: biosintesi, degradazione, regolazione. Rilevanza medica. Sintesi dei desossiribonucleotidi.
INTEGRAZIONE METABOLICA A LIVELLO CELLULARE E TISSUTALE: metabolismi tessuto-specifici, interrelazioni metaboliche. Regolazione ormonale. Meccanismo d’azione degli ormoni proteici e steroidei. Secondi messaggeri. Digiuno-alimentazione. Gli argomenti saranno trattati con particolare attenzione alle differenze di sesso e genere.

Metodi didattici

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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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Il corso è organizzato con lezioni in aula su tutti gli argomenti dell’insegnamento. Lo studente è guidato nel percorso anche con modalità di “active learning” consentendo un’adeguata comprensione critica della relazione tra struttura e funzione delle macromolecole, e delle diverse strategie di regolazione nelle reazioni metaboliche e del flusso dell’informazione genica ai diversi livelli. Gli studenti saranno coinvolti attivamente nella discussione delle tematiche proprie del corso.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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Il corso è organizzato con lezioni in aula su tutti gli argomenti dell’insegnamento. Lo studente è guidato nel percorso anche con modalità di “active learning” consentendo un’adeguata comprensione critica della relazione tra struttura e funzione delle macromolecole, e delle diverse strategie di regolazione nelle reazioni metaboliche e del flusso dell’informazione genica ai diversi livelli. Gli studenti saranno coinvolti attivamente nella discussione delle tematiche proprie del corso.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame è verificare il raggiungimento da parte dello studente degli obiettivi formativi sopra indicati. Considerata la specificità dei requisiti per la verifica delle conoscenze acquisite, agli studenti è offerta la possibilità di parcellizzare l’esame nei due moduli che caratterizzano l’insegnamento. La valutazione del corso integrato sarà data dalla media dei voti ottenuti nelle prove parziali (modulo di Biochimica e modulo di Biologia Molecolare). Entrambe le prove dovranno essere superate con voto uguale o superiore a 18/30.
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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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L’esame è un test scritto composto da 21 domande a risposta chiusa e scelta multipla (1.5 punti per ogni risposta esatta). Non sarà prevista alcuna penalità per risposte non corrette o non fornite. L’esame viene superato con il punteggio di 18/30.
La durata dell'intera prova sarà di 25 minuti, maggiorata per gli studenti con “Disturbo Specifico di Apprendimento (DSA)”.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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La verifica dell'apprendimento sarà effettuata mediante esame scritto con 25 domande della durata di 25 min (modulo di Biochimica). Le domande saranno formulate con quesiti a risposta multipla relativi a tutti gli obiettivi formativi sopra definiti. Non sarà prevista alcuna penalizzazione per risposte non corrette o non date. La valutazione finale (espressa in trentesimi) sarà concordata con i docenti coinvolti nell’insegnamento e terrà conto in modo proporzionale del peso in termini di CFU di ciascun docente. La durata dell'intera prova sarà maggiorata per gli studenti con “Disturbo Specifico di Apprendimento". Il voto minimo per il superamento dell'esame, pari a 18/30, è conseguito da chi risponderà esattamente a 14 domande.

Testi di riferimento

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Modulo: 002617 - BIOLOGIA MOLECOLARE
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BIOCHIMICA
"Biochimica" di Berg-Tynoczko-Stryer, Zanichelli.
"Introduzione alla Biochimica di Lehninger" di Nelson-Cox, Zanichelli.
"Principi di Biochimica" di Garret & Grisham, Piccin.
"Fondamenti di Biochimica" di Voet-Voet-Pratt, Zanichelli.

BIOLOGIA MOLECOLARE
"Biologia molecolare del gene" di Watson et al, Ottava Edizione, Zanichelli.
“Fondamenti di Biologia Molecolare” di Lizabeth A. Allison, Seconda Edizione, Zanichelli.
"Biologia molecolare" di Amaldi-Benedettii-Pesole-Plevani, Casa Editrice Ambrosiana.
“Biologia molecolare” di G. Capranico et al, Seconda Edizione, EdiSES.

Materiale didattico, schemi e figure eventualmente forniti dal docente. Durante lo svolgimento delle lezioni, agli studenti saranno indicati i riferimenti bibliografici relativi ad articoli scientifici e/o reviews riguardanti gli argomenti trattati.
Avvertenza: NON esistono dispense, videolezioni e/o note del corso che siano state autorizzate dal docente.

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Modulo: 28121 - BIOCHIMICA
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BIOCHIMICA

"Fondamenti di Biochimica" di Voet-Voet-Pratt, Zanichelli.
"Introduzione alla Biochimica di Lehninger" di Nelson-Cox, Zanichelli.