Il corso ha l'intento di fornire le informazioni per comprendere i principi della Biologia Cellulare e Molecolare e le metodologie computazionali utili allo studio delle macromolecole biologiche. 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.
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 ed i principali processi cellulari
- 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.

Il corso è organizzato in 9 CFU di didattica frontale (suddivisi in due moduli) tramite lezioni con l’ausilio di diapositive e filmati

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere
introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare
il programma previsto e riportato nel syllabus.

Lo studente deve avere acquisito le conoscenze di base nel campo della Biologia fornite dai normali programmi di studio delle scuole superiori.

Frequenza non obbligatoria.

MODULO DI BIOLOGIA CELLULARE E BIOLOGIA COMPUTAZIONALE (5 CFU)

Macromolecole Biologiche

Struttura e funzione delle macromolecole biologiche: Carboidrati, Lipidi, Proteine e Acidi Nucleici (DNA e RNA)

                       Organizzazione del DNA: Cromatina e Cromosomi

                    Classificazione degli RNA cellulari

                    Organizzazione del Genoma Umano

 

La cellula

Differenze tra cellule procariotiche ed eucariotiche

Strutture cellulari: membrana plasmatica, membrane interne, nucleo

Meccanismi di trasporto attivo e passivo

 

Trasmissione dell’informazione genetica

Geni di I, II e III classe

Trascrizione

Il codice genetico

Sintesi Proteica

      Mutazioni

                   Mutazioni geniche

                   Mutazioni cromosomiche

                   Polimorfismi

 

Regolazione dell’espressione genica

Regolazione della Trascrizione: Fattori di trascrizione, enhancer, silencer.

Epigenetica (metilazione, modifiche istoniche)

RNA non codificanti (miRNA, siRNA, lncRNA, piRNA, circRNA): Biogenesi e funzione regolatoria.

Ruolo dei microRNA, lncRNA e circRNA nel controllo delle funzioni biologiche

              Regolazione post-trascrizionale.

              Network di regolazione, interazione RNA-RNA e RNA-proteine.

              Metodi di analisi dei miRNA

 

Ciclo Cellulare

               Fasi del ciclo cellulari

               Duplicazione del DNA

               Mitosi e Meiosi

Cellule staminali

Classificazione cellule staminali (totipotenti, pluripotenti).

Cenni di medicina rigenerativa.

 

Cenni sui metodi di sequenziamento

 

 

MODULO DI BIOLOGIA COMPUTAZIONALE (4 CFU)

BANCHE DATI E ANALISI : utilizzo delle banche dati genomiche e proteiche; informazioni derivanti: contesto genomico, con individuazione di regioni genomiche e trascritti (NCBI, Ensembl). Valutazione di pathway metabolici. Utilizzo della banca dati RefSeq per determinazione di sequenze di DNA, RNA e proteine. Banche dati per le valutazioni fenotipiche e le patologie genomiche (OMIM).

 

ALLINEAMENTO TRA SEQUENZE BIOLOGICHE: Definizioni di match, mismatch e omologia nel confronto tra due o più sequenze; programmazione dinamica nell’allineamento di sequenze (matrici dot-plot e algoritmi dinamici). Introduzione ai gap come parametri di valutazione di un allineamento; matrici di sostituzione PAM e BLOSUM; algoritmo BLAST nella sua versione base e nelle sue varianti (MegaBLAST). Statistica legata all’allineamento svolto: e-value e altri parametri. Allineamento multiplo di sequenze. Costruzione di un albero filogenetico. Matrice PSSM e Hidden Markov Models

 

STRUTTURE PROTEICHE: Richiamo alla struttura di una proteina e metodi sperimentali di rilevazione della struttura 3D (NMR, X-ray, Cryo-EM); banche dati per l’analisi di una proteina: Uniprot (sequenza); PDB e AlphaFold (struttura), KEGG e IntACT (interazioni proteiche).

Predizione di struttura secondaria attraverso software che sfruttano reti neurali (JPRED e PSIPRED); Predizione di struttura terziaria attraverso metodi comparativi (Homology Modelling); programmi di grafica che permettono la validazione dei modelli predetti (VMD, PyMol, VIAMD); costruzione di un plot di Ramachandran e utilizzo di parametri analitici come RMSD

 

PRINCIPI DI DOCKING MOLECOLARE: applicazione di software per l’analisi di siti di contatto per sistemi proteina-ligando e proteina-proteina

 

PRINCIPI DI DINAMICA MOLECOLARE: principio base della dinamica molecolare e possibili applicazioni della tecnica, generazione di force field, step di minimizzazione, equilibrazione (NPT e NVT, barostato di Berenden, c-rescale, termostato di Berendsen, ecc…) e produzione (determinazione temporale e applicazione di parametri estermi); validazione di strutture equilibrate e  analisi di traiettorie MD.

Varianti alla dinamica molecolare classica: metadinamica e Replica Exchange MD

Manuale di Biologia e Genetica

R. Alessandro, C. Bucci, S. Fasano

Edises

Edizione V/2025

Materiale fornito dal docente

La verifica dell'apprendimento avverrà tramite un esame orale o scritto alla fine del corso.

La verifica dell'apprendimento si potrà svolgere anche in remoto, qualora le condizioni lo richiedano

Per l’attribuzione del voto finale si terrà conto dei seguenti parametri:

Voto 29-30 e lode: lo studente ha una conoscenza approfondita dell’intera disciplina, riesce prontamente e correttamente a integrare e analizzare criticamente le situazioni presentate, risolvendo autonomamente problemi anche di elevata complessità; ha ottime capacità comunicative e padroneggia il linguaggio scientifico.

Voto 26-28: lo studente ha una buona conoscenza dell’intera disciplina, riesce a integrare e analizzare in modo critico e lineare le situazioni presentate, riesce a risolvere in modo abbastanza autonomo problemi complessi ed espone gli argomenti in modo chiaro utilizzando un linguaggio scientifico appropriato;

Voto 22-25: lo studente ha una discreta conoscenza dell’intera disciplina, anche se limitata agli argomenti principali; riesce a integrare e analizzare in modo critico ma non sempre lineare le situazioni presentate ed espone gli argomenti in modo abbastanza chiaro con una discreta proprietà di linguaggio;

Voto 18-21: lo studente ha la minima conoscenza dell’intera disciplina, ha una modesta capacità di integrare e analizzare in modo critico le situazioni presentate ed espone gli argomenti in modo sufficientemente chiaro sebbene la proprietà di linguaggio sia poco sviluppata;

Esame non superato: lo studente non possiede la conoscenza minima richiesta dei contenuti principali dell’insegnamento. La capacità di utilizzare il linguaggio specifico è scarsissima o nulla e non è in grado di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA 
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche.

Struttura e funzione delle membrane

Classificazione e ruolo degli RNA non codificanti

struttura del codice genetico

Struttura del genoma umano