BIOLOGIA GENERALE E BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI

12 CFU - 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

MASSIMO GULISANO - Modulo BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA - BIO/13 - 6 CFU
FLORIANA CAMPANILE - Modulo BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI - BIO/19 - 6 CFU

Obiettivi formativi

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Il corso ha l'intento di fornire le informazioni per comprendere i principi generali su quali si basa la vita. Gli obiettivi principali sono la conoscenza delle basi chimiche e molecolari della vita, lo studio delle strutture e funzioni delle cellule, dei meccanismi fondamentali della trasmissione dell’informazione genetica, dei principi dello sviluppo e del differenziamento, ed infine una conoscenza generale dei Regni dei viventi e dei principali organismi modello di interesse biotecnologico.
Le principali conoscenze acquisite dallo studente saranno
- l'apprendimento delle basi chimiche e molecolari della vita, e l'applicazione di queste conoscenze allo studio della struttura e delle funzioni della cellula procariotica ed eucariotica
- l'apprendimento dei meccanismi di base di duplicazione, trasmissione ed espressione dell’informazione genica
- l'apprendimento delle nozioni fondamentali riguardanti la produzione di energia e le trasformazioni energetiche nei viventi
-la comprensione dei meccanismi fondamentali dello sviluppo e del differenziamento, e la loro applicazione a studi avanzati di biologia cellulare e biotecnologie
-l'apprendimento di nozioni generali sui Regni dei viventi e sui principali organismi modello di interesse biotecnologico e biomedico
- lo sviluppo della capacità di comunicare le informazioni acquisite tramite una corretta terminologia
- lo sviluppo dell'abilità di esporre in modo sintetico e chiaro le informazioni rilevanti, analizzandole in modo logico e critico.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Fornire le principali conoscenze su batteri, virus e funghi e sulle loro principali caratteristiche morfo-funzionali; fornire le conoscenze di base sui meccanismi della genetica dei microrganismi; nell’ambito dell’organizzazione strutturale dei microrganismi, individuare le strutture/funzioni necessarie per effettuare i processi metabolici e la replicazione e per determinare l’infezione/malattia nell’ospite; correlare il fenomeno della variazione e mutazione dei microrganismi con l’azione patogena e la resistenza a sostanze antimicrobiche; introdurre i concetti di base per l’impiego microbico nei processi di biotrasformazione

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Il corso è organizzato in 42 ore di didattica frontale tramite lezioni con l’ausilio di diapositive, filmati, webinar, documenti e lavori scientifici in pdf.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Lezioni frontali

Prerequisiti richiesti

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Lo studente deve avere acquisito le conoscenze di base nel campo della Biologia fornite dai normali programmi di studio delle scuole superiori.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Conoscenze di Chimica generale e inorganica e Chimica Organica.

Frequenza lezioni

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Frequenza obbligatoria. E’ richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per essere ammessi all’esame conclusivo del corso.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Obbligatoria

Contenuti del corso

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Introduzione alla biologia e metodi di studio della vita. Origine della vita e suddivisione dei viventi. Procarioti e Eucarioti. Generalità sulla chimica dei viventi: glucidi e lipidi, amminoacidi e proteine, nucleotidi e acidi nucleici. Eubatteri e Archeobatteri. Origine della cellula eucariotica: la cellula animale e vegetale. Organelli degli Eucarioti ed entità biologiche di complessa classificazione. Membrane cellulari e trasporto di membrana. Il nucleo eucariotico e la struttura del cromosoma eucariotico. Struttura e replicazione del DNA. Trasmissione dell’informazione genetica: il codice genetico e la trascrizione. Ribosomi, traduzione e sintesi proteica. Controllo dell’espressione genica: modificazioni post-trascrizionali e post-traduzionali. Il citoscheletro e la comunicazione cellulare. Ciclo cellulare e mitosi. Meiosi e gametogenesi. Sviluppo embrionale, tipi di uova e stadi di sviluppo negli animali. Virus a DNA e a RNA, retrovirus e prioni. I Protisti. Energia, metabolismo e produzione di energia nei viventi. I mitocondri, la fosforilazione ossidativa e il genoma mitocondriale. Elementi di biologia delle piante. La fotosintesi, il genoma del cloroplasto e il mondo vegetale. Basi biologiche dell’estrema diversità del mondo animale. Lo sviluppo e i principali phyla animali. I principali organismi modello e i loro genomi.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
1) Microbiologia: origine ed evoluzione

Definizione; scopi ed importanza della microbiologia; i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie; gli effetti indotti dai microrganismi sulla sostanza organica ed inorganica.

Storia della microbiologia: le origini, l'era della microbiologia generale; la scoperta della diversità microbica; gli inizi della microbiologia moderna; l'avvento delle biotecnologie: il presente ed il futuro.

L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; come si misura l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia.

2) L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi

Il microscopio ottico; la microscopia tridimensionale: a contrasto di fase, a forza atomica, confocale; la microscopia elettronica e a fluorescenza; preparazione e colorazione dei campioni.

3) Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica

Il peptidoglicano e la parete cellulare; la membrana cellulare ed i sistemi di trasporto; la membrana esterna dei Gram -

Le strutture di superficie, gli annessi citoplasmatici; l'apparato di locomozione: flagelli e chemiotassi

4) Metabolismo microbico: I parte energetica.

La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche; la fosforilazione ossidativa

5) Metabolismo microbico: II parte biosintetica

Biosintesi, polimerizzazioni, assemblaggio; Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato;

6) Diversità metabolica:

La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto.

7) Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita

Moltiplicazione cellulare; misura dell’accrescimento dei microrganismi; valutazione della massa cellulare; accrescimento batterico; matematica dell’accrescimento batterico; curva di crescita di una coltura batterica; crescita sincrona e metodi di sincronizzazione; colture continue; fattori che influenzano la crescita dei microrganismi; crescita dei microrganismi in ambiente naturale.

8) I metodi della microbiologia

Isolamento e coltura pura; i principi della nutrizione microbica, i terreni di coltura; la sterilizzazione; parametri chimico-fisici che regolano la crescita microbica.

9) Antibiotici

Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza

10) Mutazioni

Adattamento fisiologico; adattamento genetico; origine della variazione genetica; test di fluttuazione, replica plating; tasso di mutazione; mutazioni puntiformi; origine e natura chimica delle mutazioni spontanee, reversioni; mutagenesi indotta; tipi di mutanti; nomenclatura dei mutanti.

11) Genetica dei microrganismi

Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri: trasformazione e competenza nei batteri Gram-positivi e negativi. Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili: sequenze d’inserzione (IS) e trasposoni; sistemi di replicazione: conservativa e replicativa.

12) Regolazione del metabolismo nei procarioti

Regolazione della sintesi delle proteine; utilizzazione del lattosio in E.coli; Induzione; Geni di controllo; Teoria dell’operone; mutanti costitutivi (I^-, O^c); repressore; promotore. Regolazione dell’espressione genica: proteina allosterica, sistemi feed-back. Isoenzimi. Variazione di fase in Salmonella. Sistemi regolazione associati ai fattori sigma; controllo positivo e negativo: operon lac ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita diauxica; regolazione globale; attenuazione.

13) La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti

Struttura; analisi genetica e molecolare: regolazione del processo di sporulazione e fattori sigma alternativi; germinazione.

14) I virus

Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali; Caratteristiche principali e sistemi di replicazione di MS2, lambda, fiX-174; Sistemi di replicazione di T7 e T4 e loro regolazione.

Testi di riferimento

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
1 - Alberts et al., Biologia molecolare della cellula, Edizioni Zanichelli

2 - Curtis et al., Invito alla Biologia. Edizioni Zanichelli

3 - Sadava et al., - Biologia - Edizioni Zanichelli, 2014.

4 - Solomon, Berg, Martin -Biologia- Ed. Edises

E' necessario utilizzare ove possibile, l'ultima edizione disponibile dei testi indicati.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
1a) Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Pearson Editore.
Nuova edizione.
1b) BROCK, MADIGAN, MARTINKO: BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI VOL. 1 ED. ABROSIANA (vol.2A e 2B
per integrare). Vecchia edizione.
2) Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa editrice Ambrosiana.

Altro materiale didattico

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Il materiale didattico viene fornito dal docente ed è disponibile come dispensa su Studium (studium.unict.it). Sarà basato su articoli e monografie della letteratura scientifica e sulle diapositive mostrate a lezione.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Nessuno

Programmazione del corso

BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Microbiologia: origine ed evoluzione	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
2	L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi	Brock. Biologia dei microrganismi
3	Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
4	Metabolismo microbico: I parte energetica.	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
5	Metabolismo microbico: II parte biosintetica	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
6	Diversità metabolica	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
7	Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
8	I metodi della microbiologia	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
9	Antibiotici	Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
10	Regolazione del metabolismo nei procarioti	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
11	La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
12	Mutazioni	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
13	Genetica dei microrganismi	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
14	I virus	Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
La verifica dell'apprendimento avverrà sia con eventuali prove in itinere che con una valutazione alla fine del corso. Tale valutazione finale sarà fatta con un esame scritto con risposte a scelta multipla e/o a risposta aperta, ed un esame orale basato su un approfondimento preparato dallo studente su argomento concordato con il docente.

E’ richiesta la prenotazione elettronica per poter sostenere gli esami (chiusura prenotazione all’esame: una settimana prima), mediante il portale di ateneo

Date e luoghi dell’esame potranno essere modificati anche con breve anticipo per improvvisi e improrogabili impegni del docente o degli altri componenti la commissione di esame, o indisponibilità delle aule. Gli studenti verranno avvertiti mediante avviso sul portale studium al quale dovranno iscriversi
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Test in itinere.

Colloquio orale.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Nessuno

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