BIOLOGIA MOLECOLARE E CELLULARE

L'insegnamento ricade tra le attività formative caratterizzanti del corso di Laurea Triennale in Ingeneria Fisica e Chimica e Tecnologie Sostenibili in particolare alle conoscenze di base sul funzionamento delle cellule a livello biomolecolare.
Obiettivo formativo dell'insegnamento è quello di fornire conoscenze di base relative a:
1) La funzione degli acidi nucleici e i meccanismi genetici associati;
2) La funzione delle proteine;
3) L’organizzazione della cellula

Queste conoscenze sono quindi utilizzate per preparare gli studenti a sviluppare criteri scientifici di base per l'introduzione nel mondo del lavoro con particolare riferimento all'accademia e alle aziende bio-farmaceutiche.

1. Conoscenza e comprensione
● Conoscere la terminologia di base della biologia cellulare e molecolare e comprendere i testi specializzati nel settore di riferimento.
● Conoscere i meccanismi di base che regolano la materia vivente e gli organismi viventi animali e vegetali; conoscere le relazioni fra la struttura molecolare e la funzione dei sistemi viventi.
● Conoscere la natura del materiale genetico, il significato del flusso dell’informazione, i meccanismi che ne controllano il mantenimento; conoscere il metabolismo cellulare.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
● (Conoscere la terminologia di base della biologia cellulare e molecolare e comprendere i testi specializzati nel settore di riferimento.) Saper utilizzare correttamente la terminologia in tutti i processi di applicazione e comunicazione delle conoscenze acquisite.
● (Conoscere i meccanismi di base che regolano la materia vivente e gli organismi viventi animali e vegetali; conoscere le relazioni fra la struttura molecolare e la funzione dei sistemi viventi.) Saper prevedere in che modo le caratteristiche chimico-fisiche delle molecole si ripercuotono sui sistemi da esse composte; saper distinguere e motivare le differenze tra gli organismi viventi.
● (Conoscere la natura del materiale genetico, il significato del flusso dell’informazione, i meccanismi che ne controllano il mantenimento; conoscere il metabolismo cellulare.) Saper discutere di semplici problematiche inerenti alla struttura delle macromolecole che portano l’informazione genetica, effettuare collegamenti tra i danni e i meccanismi di riparazione del materiale genetico. Comprendere i principi su cui si basa la tecnologia del DNA ricombinante. Comprendere e collegare vie anaboliche e cataboliche.

3. Capacità di giudizio
● Sviluppare una capacità critica di giudizio nei confronti di risultati e scoperte innovative in campo biologico. Sapere formulare ed argomentare semplici ipotesi, sviluppando anche un approccio critico alla valutazione di ipotesi alternative.

4. Abilità comunicative
● Sapere comunicare con terminologia appropriata nel campo della biologia cellulare e molecolare.
● Sapere confrontarsi con i pari e con il tutor, in modo critico e rispettoso, in aula per approfondire e sviluppare una cultura scientifica nel campo di riferimento.

5. Capacità di apprendimento
● Saper integrare con appunti e testi di riferimento i contenuti delle slide condivisi dal docente.

È consigliabile avere conoscenze della chimica organica ed inorganica di base.

La cellula: teoria cellulare, cenni di microscopia, differenze tra procarioti ed eucarioti, organelli cellulari, organismi modello.
Composizione chimica delle cellule: atomi, orbitali atomici, legami, acidità e basicità, molecole organiche, macromolecole biologiche (zuccheri, proteine, lipidi e acidi nucleici).
Energia e catalisi: entalpia, entropia, reazioni redox, energia libera, catalisi enzimatica, ATP, trasportatori attivati, biosintesi delle macromolecole.
Proteine: funzione, amminoacidi, struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria, regolazione dell’attività delle proteine, analisi delle proteine.
Acidi nucleici: struttura del DNA e RNA, l’organizzazione del DNA nella cellula, genoma procariotico e eucariotico, cromosomi, geni, regolazione della struttura cromosomica.
Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA: accoppiamento delle basi, origini della replicazione, DNA polimerasi batteriche ed eucariotiche, primasi, telomerasi; mutazione e riparazione del DNA, ricombinazione omologa replicazione del DNA.
Trascrizione e traduzione delle proteine: geni, dogma centrale della biologia molecolare, classi di RNA, trascrizione nei procarioti e negli eucarioti, promotori e sequenze di arresto, fattori generali della trascrizione, maturazione dell’mRNA, introni, esoni, splicing, splicing alternativo, modificazioni post-traduzionali, codice genetico, la sintesi proteica nei procarioti e negli eucarioti, ribosomi, ribozimi.
Controllo dell’espressione genica: espressione genica, sequenze regolatrici, operoni, enhancer, modificazioni della cromatina, controllo combinatorio, epigenetica, controlli post-trascrizionali.
Evoluzione del genoma: variazione genetica, linea germinale, riproduzione sessuata, mutazioni puntiformi, duplicazione genica, elementi genetici mobili, trasferimento genico orizzontale, vantaggio selettivo, sequenze conservate di DNA, trasposoni, virus, analisi del genoma umano.
Tecnologia del DNA ricombinante: enzimi di restrizione, elettroforesi, southern blot, ibridazione, clonaggio, plasmidi, trasformazione, librerie genomiche, cDNA, PCR, sequenziamento di Sanger, analisi mRNA, ISH, geni reporter, RNA interference, OGM, produzione biotecnologica di proteine.
Membrane: il doppio strato fosfolipidico, componenti delle membrane, fluidità, proteine di membrana, cortex cellulare.
Trasporto transmembrana: permeabilità di membrana, trasporto attivo e passivo, canali, trasportatori, potenziale di membrana, gradiente elettrochimico, osmosi, pompe, trasportatori accoppiati, neuroni, potenziale di azione neuronale, sinapsi, neurotrasmettitori.
Metabolismo: fonti energetiche, catabolismo, glicolisi, fermentazione, ossidazione dei grassi, ciclo di Krebs, anabolismo, fosforilazione ossidativa, regolazione del metabolismo, gluconeogenesi, regolazione a feedback, riserve energetiche.
La produzione di ATP: accoppiamento chemiosmotico, mitocondri, catena respiratoria, potenziale redox, gradiente protonico, ATP sintasi, cloroplasti, fotosintesi, fase oscura e fase luminosa, clorofilla, fissazione del carbonio.
Compartimenti intracellulari e trasporto di proteine: gli organelli, meccanismi di trasporto delle proteine, sequenze segnale, pori nucleari, trasporto vescicolare, gemmazione, secrezione, modificazioni delle proteine nel Reticolo Endoplasmatico e nell’apparato di Golgi, endocitosi, cellule fagocitarie, pinocitosi, lisosomi.
Segnalazione cellulare: segnali a breve e a largo raggio, risposte rapide o lente, ormoni, recettori extracellulari e intracellulari, recettori accoppiati a proteine G, cAMP, inositolo, recettori accoppiati a enzimi, recettori tirosin-chinasi.
Citoscheletro: filamenti intermedi, microtubuli, centrosomi, proteine motrici, actina, tubulina, miosina, contrazione muscolare.

I seguenti testi di riferimento sono presenti nella biblioteca BAS del campus di via Torino.
Testi Obbligatori:
Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter - L'essenziale di biologia molecolare della cellula – quarta edizione

La verifica dell'apprendimento sarà effettuata tramite una prova orale, durante la quale saranno valutate le seguenti competenze:
Padronanza degli argomenti teorici: conoscenza e comprensione della funzione degli acidi nucleici, delle proteine e dei meccanismi essenziali di funzionamento delle cellule.
Capacità di analisi e applicazione pratica: abilità del candidato nell’applicare i concetti teorici appresi e collegarli a esempi pratici.
Capacità di esposizione e comunicazione: chiarezza nell'esposizione, organizzazione logica del discorso e capacità di rispondere in modo efficace alle domande.
Il voto finale sarà calcolato in base ai punteggi raggiunti per ciascuno di questi tre obiettivi e assegnato secondo i seguenti criteri:
18-23: Conoscenze di base adeguate, con alcune incertezze nell’esposizione. Lo studente dimostra una comprensione generale degli argomenti, pur evidenziando lacune o difficoltà nell’applicazione pratica.
24-26: Conoscenze solide e capacità di applicare i concetti in modo corretto. Esposizione chiara, con buona padronanza della terminologia e delle applicazioni pratiche.
27-29: Ottima comprensione e capacità di collegare e integrare i concetti teorici e pratici. Esposizione fluida, precisa e ben strutturata.
30 e 30L: Conoscenza esaustiva, esposizione impeccabile e capacità di analizzare criticamente e fare collegamenti complessi. La lode viene assegnata per performance eccezionale, con dimostrazione di abilità superiore alla media.
Durante la prova orale non è consentito l'uso di libri, appunti o dispositivi elettronici.

L'insegnamento è organizzato in:
- lezioni frontali dove verranno esposti attraverso proiezione di slide i contenuti del corso.
- domande reciproche tra il docente e gli studenti per la verifica dell'apprendimento e l'applicazione degli argomenti trattati.

Italiano

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile