Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia - sede di Torino

C.I. Biologia Generale e Genetica can.A - D.M. 509/99

Anno accademico 2014/2015

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Moduli didattici
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

OBIETTIVI DI CONOSCENZA Lo studente deve conoscere i processi e la regolazione della sintesi degli acidi nucleici e delle proteine ed il ruolo di queste molecole nella cellula procariotica ed eucariotica. Deve conoscere inoltre l’organizzazione molecolare e la funzione degli organelli cellulari e delle membrane delle cellule procariotiche ed eucariotiche. Lo studente deve inoltre sapere applicare le leggi dell’eredità per individuare le modalità di trasmissione dei caratteri e valutare la probabilità della loro comparsa nella progenie; individuare nell’uomo l’ereditarietà dei caratteri normali e mutati e comprenderne l’espressione durante lo sviluppo e la vita dell’individuo nel rapporto fra genotipo e ambiente, dimostrare di avere compreso la problematica dell’interazione fra geni e dei geni con l’ambiente nella determinazione del fenotipo; analizzare la struttura genetica di una popolazione umana e le sue variazioni come base del processo evolutivo; dimostrare di avere compreso gli approcci molecolari allo studio delle malattie ereditarie e di sapere interpretare i risultati delle analisi citogenetiche e molecolari del genoma umano ai fini della consulenza genetica. OBIETTIVI DELLA DIDATTICA INTERATTIVA Lo studente deve comprendere l’approccio sperimentale che permette di indagare i processi molecolari della cellula mediante l’acquisizione di alcune metodologie con cui si può studiare la regolazione dell’espressione genica.

Programma

Biologia Cellulare

Struttura e organizzazione della cellula eucariota

La membrana

- il concetto di idrofobo e idrofilo

- i fosfolipidi

- l'organizzazione a doppio strato o a micella

- la fluidità del doppio strato fosfolipidico: ruolo dei grassi insaturi

- il colesterolo

- le proteine intrinseche e proteine estrinseche: caratteristiche di estrazione

- la glicoforina come prototipo di proteina intrinseca monopasso: organizzazione molecolare e  sequenze caratteristiche

- banda 3 come prototipo di proteina intrinseca multipasso

- proteine estrinseche: la spectrina e le proteine di ancoraggio

- il citoscheletro sottocorticale come supporto meccanico al doppio strato lipidico

I meccanismi di trasporto delle piccole molecole

- caratteristiche di permeabilità del doppio strato lipidico

- diffusione facilitata: caratteristiche cinetiche e modalità di funzionamento.

- trasporto passivo e trasporto attivo

- canale degli anioni (Cl^- e HCO₃^-) nel globulo rosso (banda³)

- meccanismi di trasporto del glucosio

- antiporto e sinporto

- pompa del sodio e potassio: potenziale di membrana

- pompa del Ca⁺⁺: contrazione muscolare

- pompe protoniche: sintesi di ATP

- regolazione dell'apertura e chiusura dei sistemi di trasporto

- endocitosi mediata da recettore

Reticolo endoplasmatico rugoso e Golgi

- sintesi delle proteine di secrezione

- glicosilazione e maturazione delle proteine nel Golgi

- traffico vescicolare e secrezione

Compartimentalizzazione delle proteine

- sequenze segnale

- proteine della membrana plasmatica

- proteine del reticolo

- proteine nucleari

- proteine mitocondriali

- proteine lisosomali

Mitocondri e la sintesi di ATP

- struttura ed organizzazione

- origini evolutive del mitocondrio

I recettori

- regolazione funzionale delle proteine: fosforilazione, regolazione da Ca⁺⁺, regolazione allosterica

- la comunicazione tra le cellule è regolata da molecole che non possono attraversare la

- membrana: ormoni e neuro trasmettitori

- recettori: proteine intrinseche affacciate sul versante esterno e sul versante citoplasmatico;

- specificità dell'interazione recettore-ligando

- tipi di recettori: accoppiati a canali, accoppiati a proteine G, con attività enzimatica intrinseca.

- recettori accoppiati a canali: recettore acetilcolina

- recettori accoppiati a proteine G e messaggeri intracellulari

- chinasi-A e chinasi-C

- adenilato ciclasi e fosfolipasi

- le proteine G

- regolazione dei livelli di Ca⁺⁺ citoplasmatico

- recettori ad attività enzimatica intrinseca: tirosin-chinasi

- importanza dell'amplificazione del segnale intracellulare

- meccanismi di disattivazione: degradazione del ligando; internalizzazione del recettore

- gli ormoni steroidi possono attraversare la membrana: recettori citoplasmatici

Il citoscheletro

- microfilamenti contrattili di actina e miosina

- regolazione del movimento nelle cellule non muscolari

- filamenti intermedi

- microtubuli e trasporto degli organelli intracellulari

- ciglia e flagelli

L’adesione cellulare nello sviluppo e omeostasi dei tessuti

- la matrice extracellulare

- l’adesione cellula-matrice e i recettori coinvolti

- l’adesione cellula-cellula e i recettori coinvolti

- le giunzioni intracellulari

Il ciclo cellulare e la mitosi

- non tutte le cellule proliferano: le cellule staminali

- il ciclo cellulare G1, S, G2 ed M: punti di restrizione.

- fase G0 e Z

- meccanismi molecolari dell’ingresso e della progressione nel ciclo

- le cellule tumorali hanno perso il controllo del ciclo

Genetica generale e molecolare

I meccanismi dell’ereditarietà genetica

Duplicazione del DNA

- dimostrazione che il DNA è il materiale genetico

- la formazione della forca di replicazione: elicasi e proteine stabilizzanti

- la sintesi dei nuovi filamenti: DNA polimerasi

- sintesi continua e sintesi discontinua dei filamenti opposti

- meccanismi di controllo della fedeltà di copiatura del messaggio genetico

- duplicazione delle estremità del filamento di DNA: i telomeri

- sequenze di origine della duplicazione

- duplicazione di virus e plasmidi

Organizzazione e dinamica del genoma eucariote

- eterocromatica ed eucromatina

- i nucleosomi

- sequenze uniche e ripetute

- struttura di un gene eucariote

- riarrangiamenti e amplificazioni del genoma

La trascrizione dell'RNA

- l'RNA polimerasi e la sintesi di un filamento singolo

- specificità delle diverse RNA polimerasi

- le sequenze promotore ed enhancer

- definizione molecolare di gene

- maturazione degli mRNA eucariotici

- meccanismi di splicing

- editing dell'RNA

La sintesi delle proteine

- il codice genetico

- l'RNA di trasferimento

- il caricamento del tRNA con l'aminoacido: gli enzimi attivanti

- i ribosomi: RNA e proteine; differenze tra eucarioti e procarioti

- fattori di inizio

- fattori di allungamento

- meccanismi di arresto

- azione degli antibiotici

Le mutazioni

- classificazione: genomiche, cromosomiche, geniche

- cause fisiche e chimiche

- effetti nel tempo

- i sistemi di riparazione del DNA

- importanza nella patologia e nell'evoluzione

Controllo dell'espressione genica

- tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso DNA

- ruolo e struttura dei fattori trascrizionali

- concetto di differenziamento cellulare

- l'operone del lattosio come esempio paradigmatico di regolazione genica

- le sequenze promotore e operatore

- la proteina repressore e la regolazione del legame al DNA

- come gli stimoli esterni alla cellula regolano l'espressione genica

Cenni di genetica batterica

Analisi mendeliana

- meiosi

- leggi di Mendel: Segregazione e assortimento indipendente

- rapporto genotipo -fenotipo

  dominanza - recessività

  penetranza ed espressività

  rapporti mendeliani atipici

- eccezioni alle leggi di Mendel

- i caratteri legati ai cromosomi che determinano il sesso

- la ricombinazione ed il crossing-over

- geni concatenati

- mappe genetiche

Animali transgenici

Modelli di patologie

Genetica umana

L’era della genomica (2 ore)

- l’avvento dell’era gnomica

- il genoma umano

Come si clona un gene (2 ore)

- principi e strategie per la identificazione di geni

- strategie indipendenti dalla posizione

- il clonaggio posizionale

- l’esempio della fibrosi cistica

- l’esempio dell’emocromatosi

Genetica dei caratteri mendeliani nelle malattie (2 ore)

- caratteri recessivi, dominanti e legati al sesso

- esempi di malattie monofattoriali

- eccezioni alla trasmissione mendeliana

Le basi genetiche della individualità (4 ore)

- l self e il non-self

- il sistema HLA

- le basi dell’istocompatibilità

- come le cellule si riconoscono

Genetica delle popolazioni (4 ore)

- proporzioni di Hardy-Weinberg

- legge dell’equilibrio delle frequenze genotipiche

- calcolo delle frequenze geniche

- metodo della conta diretta

- metodo della conta indiretta

- conseguenze genetiche dei matrimoni tra consanguinei

Analisi nella specie umana dei principali fattori dell’evoluzione (4 ore)

- la selezione naturale

- equilibrio fra selezione e mutazione nelle malattie ereditarie

- il polimorfismo bilanciato

Le malattie complesse (2 ore)

- i caratteri non-mendeliani

- esempi di malattie multifattoriali

L’impatto dell’era genomica sull’analisi di malattie complesse (3 ore)

- le patologie cardiovascolari

- le patologie neurodegenerative

- l’obesità

La genetica del cancro (4 ore)

- le principali mutazioni genetiche nei tumori

- l’attivazione di proto-oncogeni

- i geni onco-soppressori

- la teoria a tappe multiple della genesi del cancro

La genetica e le sfide del futuro (2 ore)

- cenni di farmacogenomica

- cenni di proteomica

Biologia Cellulare e Genetica Generale e Molecolare: - Alberts, Biologia Molecolare della Cellula, Zanichelli - Darnell, Biologia Molecolare della Cellula, Zanichelli Genetica umana: - Read, T. Strachan, Genetica Molecolare Umana, Seconda Edizione, UTET - Thompson & Thompson, Genetics in Medicine, Sixth Edition, Nussbaum McInnes Willard. - Thompson & Thompson, Genetica in Medicina, Edizione italiana a cura di A. Iolascon e P. Gasparini, Nussbaum McInnes Willard.

Note

Esame scritto finale consistente nelle prove di Biologia Cellulare, Biologia Molecolare, Genetica Generale. Esame orale finale di Genetica Umana

Moduli didattici

• Biologia e Genetica Generale e Molecolare Modulo can.A
• Genetica Umana

• Materiale didattico
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