Bioinformatics - Bioinformatica

Modulo I (Primo Semestre) 1. Definizione di vita. L' evoluzione darwiniana: varietà, ereditarietà e fitness. La visione dell' evoluzione basata sui geni: replicatori e veicoli. L' origine della vita: chimica pre-biotica, il mondo a RNA. Dalle prime molecole alle prime cellule. Procarioti. Eucarioti. Dalle cellule agli organismi multicellulari. Simbiosi mutualistica e complessità. Microscopia: microscopio ottico, microscopio a fluorescenza, microscopio confocale e microscopio elettronico. 2. Proteine: Strutture e funzioni. Enzimi e reazioni biologiche. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Reazioni accoppiate. Trasportatori di energia: ATP, NADH, NADPH. 3. Membrane biologiche: struttura e funzioni. Fosfolipidi e proteine di membrana.I principi del trasporto attraverso le membrane: trasporto attivo, trasporto passivo, proteine trasportatrici e canali ionici. Proprietà elettrochimiche delle membrane. 4. L' energia necessaria alle attività della cellula: la produzione di ATP. Struttura e funzione dei mitocondri. La glicolisi, il ciclo di Krebs, la catena di trasporto degli elettroni. La sintesi di ATP nei mitocondri: fosforilazione ossidativa. La fermentazione. I cloroplasti: struttura e funzione. La fotosintesi: fotosistemi, reazioni "alla luce", reazioni "al buio", il ciclo di Calvin. 5. I nucleotidi, e la struttura di RNA e DNA. La replicazione del DNA: origini di replicazione, enzimi coinvolti, attività "proofreading" delle DNA polimerasi. Filamento guida e filamento in ritardo. Cenni su danno al DNA e sistemi di riparo. Il nucleo e la sua organizzazione. Il nucleolo. Il poro nucleare. La cromatina nella cellula interfasica: istoni e nucleosomi. Cenni sulle modifiche epigenetiche. 6. Trascrizione e traduzione. La trascrizione nei procarioti. La trascrizione e la maturazione degli mRNA negli eucarioti. Cenni sullo splicing. rRNA, tRNA. L' attivazione del tRNA. Il codice genetico. Sintesi proteica: inizio, allungamento e terminazione. Modulo II (Secondo semestre) 7. La regolazione dell' espressione genica. Il controllo trascrizionale nei procarioti: l' operone. Il controllo trascrizionale negli eucarioti. Regolazione post-trascrizionale e traduzionale. RNA non codificanti, microRNA. 11. I principi della trasduzione del segnale: Recettori accoppiati a proteine G, effettori e secondi messaggeri. Recettori con attività tirosin-chinasi. MAP chinasi. Recettori degli ormoni steroidei. 8. Il genoma e la sua evoluzione: DNA circolare e cromosomi eucariotici. Regioni ripetute. Cenni su duplicazioni geniche, famiglie geniche, pseudogeni. 9. Il sistema di endomembrane: il reticolo endoplasmatico, l' apparato di Golgi. Smistamento delle proteine nei compartimenti cellulari. Modifiche post-traduzionali: fosforilazione, metilazione, acetilazione, ubiquitinazione e glicosilazione. Cenni sui perossisomi. La via endocitica: pinocitosi, endocitosi, fagocitosi. I lisosomi. L' autofagia. La via esocitica: secrezione costitutiva e controllata. 10. Il citoscheletro. microtubuli, filamenti di actina e filamenti intermedi. L' instabilità dinamica dei microtubuli, centrosomi, centrioli, flagelli e ciglia. Il flagello nei procarioti. Il "threadmilling" dei filamentidi actina.Traffico di vescicole e proteine motrici. La matrice extracellulare, tessuto connettivo, epiteli. La transizione epitelio mesenchima. Motilità cellulare, adesione. 12. Il ciclo cellulare negli eucarioti. Protein chinasi ciclina dipendenti. I "checkpoint" del ciclo cellulare. Le fasi G1, G2, S, M. La mitosi, la citodieresi. L' apoptosi: attivazione delle caspasi, pathway intrinseco ed estrinseco. 13. Cenni sulla genetica dei tumori. Oncogeni e oncosoppressori. Mutazioni "gain of function" e "loss of function". Ras, p53, retinoblastoma. L' evoluzione somatica nel cancro.

Sono necessarie conoscenze di base di chimica

Alberts et al, Essential cell Biology, W.W. Norton

Lezioni forntali in aula, durante le quali gli studenti sono incoraggiati a porre domande o chiedere approfondimenti. Sono previste esercitazioni pratiche che consisteranno nello sviluppo di semplici script in python per mimare processi biologici (es. trascrizione, traduzione) Durante l' emergenza covid le lezioni saranno disponibili in live streaming sulla piattaforma meet. Ulteriori informazioni sono reperibili sulla pagina moodle del corso.

In presenza. La frequenza delle lezioni è facoltativa.

Durante il corso saranno proposte prove di autovalutazione in itinere (del cui esito il docente non terrà conto ai fini del voto finale) con lo scopo di aiutare gli studenti a identificare gli argomenti nei quali la loro preparazione è insufficiente Le prove in itinere consisteranno in quiz a risposta multipla. Il voto finale (relativo al modulo I e al modulo II) sarà attribuito nel corso di un esame orale. Gli esami si terranno a partire dal mese di Giugno (fine delle lezioni del modulo II) e le date delle sessioni saranno pubblicate sul sito Infostud. La prova orale consisterà in 3 o 4 domande su argomenti del programma del corso. Il candidato dovrà rispondere in modo corretto e completo e con proprietà di linguaggio. Nella valutazione saranno presi in considerazione i seguenti criteri (tutti ugulmente importanti) 1) correttezza e completezza delle risposte 2) comprensione delle basi chimiche, molecolari ed evolutive dei processi biologici 3) capacità di contestualizzare nella cellula i processi biologici e formulare collegamenti tra processi biologici diversi 4) proprietà di linguaggio I candidati che non sappiano rispondere, rispondano in modo completamente errato o gravemente incompleto a più di una domanda non potranno superare l’ esame. I voti superiori a 25 saranno attribuiti ai candidati che mostretanno un livello buono secondo tutti i 4 criteri menzionati sopra.

Lezioni forntali in aula, durante le quali gli studenti sono incoraggiati a porre domande o chiedere approfondimenti. Sono previste esercitazioni pratiche che consisteranno nello sviluppo di semplici script in python per mimare processi biologici (es. trascrizione, traduzione) Durante l' emergenza covid le lezioni saranno disponibili in live streaming sulla piattaforma meet. Ulteriori informazioni sono reperibili sulla pagina moodle del corso.

1. Definition of life. Darwinian evolution: variation, heritability and fitness. Origin of life: prebiotic chemistry, RNA world. Gene-centered view of evolution: replicators and vehicles. From molecules from the first cells. From single cells to multicellular organisms. The tree of life. The major transitions in evolution: mutualistic symbiosis and complexity 2. Proteins: structure and functions. Enzymes and biological reactions. 3. Bio-membranes: Structural Organization and Functions. Principles of membrane transport: active/passive transport, carrier proteins, ion channels, electrical properties of membranes. 4. Biological order and energy. Energy for cellular activities. Production of ATP. Structure and function of mitochondria. Glycolysis, Krebs cycle, electron transport chain. The mitochondrial ATP synthase. 5. RNA and DNA structures. DNA replication and repair. The cell nucleus: chromatin structure, epigenetic modifications. 6. Transcription and translation. RNA transcription in prokaryotes. RNA transcription and processing in eukaryotes: mRNA, tRNA, rRNA. The genetic code. Protein synthesis: initiation, elongation and termination . 7. Regulation of gene expression. Control of transcription in prokaryotes: bacterial operons. Control of transcription in eukaryotes. Post-transcriptional and translational regulation. Non-coding RNAs, microRNAs. 8. The genome organization in prokaryotic and eukaryotic organisms. Mobile elements. Genome evolution. 9. Endomembrane system: endoplasmic reticulum, Golgi. Protein sorting and glycosylation. Lysosomes. Phagocytosis and Endocytosis. 10. Principles of cell signaling: G Protein–Coupled Receptors. Effectors and second messengers. Receptor Tyrosine Kinases, MAP Kinase Pathways. 11. Eukaryotic cell cycle. Phases of cell cycle. Cyclin-dependent protein kinases (CdKs). Cell cycle checkpoints. S phase. Mitosis. Cytokinesis. Apoptosis. 12. Genetics of cancer. The hallmarks of cancer. Oncogenes and tumor suppressor genes. Somatic evolution in cancer.

Suggested Textbooks: Essential Cell Biology, Fourth Edition. Alberts B. et al. Garland Science.

To pass the exam it is necessary to obtain a mark of not less than 18/30. The student must demonstrate that he/she has acquired sufficient knowledge of topics covered during the course. In order, to achieve a mark of 30/30 with honors, the student must instead prove that he/she has acquired excellent knowledge of all the topics covered during the course, being able to connect them in a logical and consistent way.