15950 - BIOLOGIA E GENETICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Per quanto riguarda la parte relativa alla Biologia, al termine del corso lo studente è in grado di mettere in rapporto le principali funzioni della cellula con la sua struttura. Lo studente conosce i processi cellulari ed ha competenze sugli aspetti della regolazione: la regolazione genica ed i meccanismi principali che presiedono al differenziamento e alla specializzazione cellulare, la regolazione della motilità, i concetti di comunicazione tra cellule, la regolazione del ciclo cellulare e dell'apoptosi. Anche nello studio della riproduzione umana conosce gli aspetti regolativi. Lo studente è in grado di applicare le nozioni apprese per affrontare problemi biomedici relativi ai meccanismi di regolazione e alla loro eventuale alterazione. Per quanto riguarda la parte relativa alla Genetica, al termine del corso, lo studente ha acquisito: la conoscenza dei concetti fondamentali riguardanti l'informazione genetica e i meccanismi correlati alla sua conservazione, espressione e trasmissione; la conoscenza del concetto, della struttura e della funzione del gene e del genoma; la conoscenza dei fenomeni legati alle diverse modalità di trasmissione dei caratteri ereditari, e alla variabilità genetica: polimorfismi, mutazioni e genetica di popolazione; una impostazione metodologica consapevole dell'impiego delle tecnologie avanzate di genetica molecolare; la capacità di applicare le nozioni acquisite a problemi di tipo biomedico.

Contenuti

MODULO 1 - GENETICA - PIERLUIGI STRIPPOLI

Gene e genoma
00. Introduzione alla Genetica. Branche della Genetica e rapporti con la Medicina. Storia della Genetica. Il principio trasformante.
01. Struttura molecolare del DNA e informazione genetica. Concetto di informazione. Informazione genetica nell'uomo.
02. Il gene: concetto, struttura e funzione. Evoluzione dei concetti di "gene" e di "codice". Modi di funzionamento alternativo del gene.
03. Genoma. Organizzazione e variabilità del genoma umano. Numero, struttura generale e funzione dei geni umani. Geni per ncRNA.
04. Famiglie di sequenze di DNA. Somiglianza (similarity) e omologia. Famiglie geniche. Paralogia e ortologia. Pseudogeni.
05. Famiglie di sequenze ripetute non geniche: sequenze ripetute in tandem (satelliti, minisatelliti e microsatelliti).
06. Famiglie di sequenze ripetute non geniche: DNA ripetitivo non raggruppato o "disperso" (LINE, SINE, LTR e trasposoni a DNA).

Leggi dell'Eredità
07. Cariotipo umano. Metodo di analisi del cariotipo umano. Numero, forma e bandeggio dei cromosomi umani.
08. Significato degli esperimenti di Mendel. Dominanza, recessività, omozigosi ed eterozigosi.
09. Carattere familiare, congenito, genetico, ereditario. Eredità autosomica dominante (es.: acondroplasia).
10. Eredità autosomica recessiva (es.: capelli rossi; albinismo).
11. Interazione tra alleli. Codominanza. Eredità del sistema ABO. Sostanza H e fenotipo Bombay.
12. Eredità del sistema Rh. Incompatibilità materno-fetale per il gruppo sanguigno Rh.
13. Determinazione genetica del sesso. Struttura, funzione ed evoluzione molecolare dei cromosomi X e Y.
14. Eredità legata al sesso (es.: emofilia). Compensazione di dose e biologia molecolare della inattivazione del cromosoma X.

15. Associazione e scambio. L'associazione genica come eccezione alla seconda legge di Mendel.
16. Eredità mitocondriale. Struttura, geni, funzione e mutazione del DNA mitocondriale. Applicazioni nelle scienze biomediche.
17. Epigenetica. Imprinting genomico. Trasmissione dei geni sottoposti a imprinting.

Variabilità genetica
18. Mutazione. Polimorfismo. Classificazione: causa, tipo cellulare, effetto biologico, estensione. Meccanismi delle mutazioni geniche.
19. Effetti delle mutazioni geniche (sostituzioni, delezioni, inserzioni) sul prodotto genico a seconda della localizzazione sul gene.
20. Mutazioni cromosomiche di struttura: meccanismi ed effetti. Anomalie intracromosomiche (delezioni, inversioni) e loro effetti.
21. Anomalie intercromosomiche: traslocazioni reciproche, X-autosomiche e robertsoniane. Tipi di gameti prodotti. Effetti.
22. Mutazioni cromosomiche di numero. Poliplodia e aneuplodia: meccanismi ed effetti. Trisomia 21.

Eredità multifattoriale
23. Interazione tra geni: epistasi, penetranza ed espressività. Eredità multifattoriale. Metodi di studio dei caratteri complessi. I gemelli.
24. Teoria poligenica dei caratteri multifattoriali quantitativi (es.: altezza, pressione arteriosa) e discontinui (es.: labiopalatoschisi).

Genetica di popolazione
25. Concetto di specie e di popolazione mendeliana. Pool genico. Legge di Hardy-Weinberg e sue applicazioni in Medicina.
26. Forze modificanti l'equilibrio di Hardy-Weinberg: mutazione, migrazione, deriva genetica, selezione e accoppiamento assortativo.

 

MODULO 2 - BIOLOGIA - LUCIA BRODOSI

Introduzione allo studio della biologia moderna

Introduzione alla biologia. La biologia cellulare e molecolare.

Le proprietà dei viventi. Livelli di organizzazione della materia vivente. Gli organismi viventi e l'ambiente.

Lo sviluppo della biologia cellulare moderna. Breve storia della biologia: dalla microscopia alla system biology. I nuovi oggetti di studio dei sistemi complessi: genoma, trascrittoma, proteoma, metaboloma ed interattoma.

Metodologie in campo genomico e post-genomico: strumenti nello studio della biologia e loro possibili applicazioni in campo medico.

Le basi dell'organizzazione biologica: l'ambito cellulare. La teoria cellulare. La cellula: tipologie e strategie evolutive. I batteri. I virus.

Unità e diversità della vita: criteri di classificazione dei viventi.

Organizzazione del materiale informativo, flusso dell'informazione e regolazione dell'espressione genica

Il nucleo interfasico. La cromatina: struttura e livelli di organizzazione nucleare.

Cromatina e regolazione genica. I nuovi codici: istonico e nucleosomico.

Il nucleo come compartimento altamente organizzato: l’ipotesi dei territori cromosomici. Il codice posizionale e l’epigenoma: nuove frontiere in medicina.

L'espressione del patrimonio informativo: gli aspetti biologici della trascrizione e traduzione.

I nuovi dogmi della biologia: i geni a RNA o non coding RNAs.

Complessità della regolazione dell'espressione genica: livelli e meccanismi. Regolazione trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale negli eucarioti. Destino post-sintetico delle molecole proteiche.

Riproduzione degli organismi e differenziamento

Strategie riproduttive dei viventi: riproduzione sessuata e asessuata. Riproduzione nella specie umana: fenomenologia e cenni sulla regolazione della gametogenesi maschile e femminile.

Struttura dei gameti maturi. Fecondazione.

Le prime fasi dello sviluppo e il differenziamento. Controllo della espressione genica e differenziamento: origine e meccanismi di diversificazione cellulare. Le cellule staminali, genealogie cellulari e memoria biologica. Determinazione e differenziamento.

Organizzazione spazio-temporale degli eventi differenziativi, cenni di biologia dello sviluppo. Interazione tra le cellule ed il loro ambiente. Segnalazione cellulare. Esemplificazioni sul rapporto tra comunicazione cellulare e differenziamento.

Un paradigma del differenziamento cellulare: la formazione del muscolo scheletrico.

Divisione e morte cellulare

Il ciclo di divisione delle cellule: dalla fenomenologia alla regolazione.

Meccanismi molecolari di regolazione del ciclo cellulare: promozione e blocco. Le chinasi ciclino-dipendenti e le cicline. Inibitori delle chinasi.

Esemplificazioni sul rapporto tra comunicazione cellulare e proliferazione cellulare (il signalling di EGF e Wnt).

I processi di mitosi e meiosi: fenomenologia e significato biologico.

Sopravvivenza cellulare. Senescenza cellulare: cenni. Autofagia, apoptosi e necrosi. Percorsi molecolari e regolazione.

 

Testi/Bibliografia

Testi consigliati:

G. De Leo, E. Ginelli, S. Fasano. Biologia e genetica. Edises. IV edizione/2020.

B. Alberts, K. Hopkin, A. Johnson, D. Morgan, M. Raff, K. Roberts, P. Walter. L'essenziale di biologia molecolare della cellula. Zanichelli. V edizione/2020.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale. Il voto finale è la media aritmetica dei due voti riportati nelle rispettive parti del Corso Integrato ("Biologia" e "Genetica").

Strumenti a supporto della didattica

http://apollo11.isto.unibo.it/appunti.htm

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Pierluigi Strippoli

Consulta il sito web di Lucia Brodosi