BIOLOGIA GENERALE E BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI 1

Modulo BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA

Studio integrato della cellula e degli organismi viventi, con particolare riguardo ai meccanismi di base coinvolti nei seguenti processi: duplicazione e trasmissione dell'informazione genetica, sua espressione, sviluppo, differenziamento, proliferazione cellulare, biogenesi di organelli e strutture cellulari, interazione fra le cellule, basi biologiche del comportamento e dell'evoluzione.

Nel dettaglio, il corso ha l'intento di fornire le informazioni per comprendere i principi generali sui quali si basa la vita. 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, dei principi dello sviluppo e del differenziamento, ed infine una conoscenza generale dei Regni dei viventi e dei principali organismi modello di interesse biotecnologico.

Le principali conoscenze e capacità di apprendimento acquisite dallo studente riguarderanno:

- le basi chimiche e molecolari della vita, e l'applicazione di queste conoscenze allo studio della struttura e delle funzioni della cellula procariotica ed eucariotica

- i meccanismi di base di duplicazione, trasmissione ed espressione dell’informazione genica

- le nozioni fondamentali riguardanti la produzione di energia e le trasformazioni energetiche nei viventi

- i meccanismi fondamentali dello sviluppo e del differenziamento, e la loro applicazione a studi avanzati di biologia cellulare e biotecnologie

-le nozioni generali sui Regni dei viventi e sui principali organismi modello di interesse biotecnologico e biomedico

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di

- comunicare le informazioni acquisite tramite una corretta terminologia

- esporre in modo sintetico e chiaro le informazioni rilevanti, analizzandole in modo logico e critico.

Il corso è organizzato in 35 ore di didattica frontale tramite lezioni con l’ausilio di diapositive e filmati e 12 ore di esercitazione in classe. Il programma previsto è riportato nel syllabus.

 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 presente syllabus

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

Frequenza obbligatoria. E’ richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per essere ammessi all’esame conclusivo del corso.

·    Introduzione del corso

Chimica prebiotica e origine della vita: esperimento di Miller ed Urey. Il mondo a RNA. Proprietà dei sistemi viventi: teoria cellulare, proprietà emergenti, informazione genetica, attività metabolica, flusso dell’energia e ciclo della materia, riproduzione e sviluppo, evoluzione. La biodiversità: cenni sulla origine della vita e della evoluzione biologica. Suddivisione dei viventi in domini e regni.

Generalità sulla chimica dei viventi

L’importanza dell’acqua nei viventi. Le principali molecole biologiche: glucidi, lipidi, proteine, acidi nucleici.

I virus

Definizione di virus. Virus a DNA ed a RNA. Virus procariotici ed eucariotici.

La cellula: struttura ed organizzazione

Organizzazione cellulare eucariotica e procariotica. Il significato biologico della compartimentalizzazione nelle cellule eucariotiche. Gli organelli delle cellule eucariotiche. Il citoscheletro. Differenze principali tra cellule eucariotiche animali e vegetali.

Il nucleo cellulare

Struttura del nucleo della cellula eucariotica. Cromatina e cromosomi.

Membrane biologiche: struttura

Componente lipidica, glucidica e proteica. La membrana cellulare: il modello di Singer e Nicholson. La membrana cellulare e l’infiammazione. Significato biologico del glicocalice nella membrana cellulare.

Trasporto attraverso la membrana cellulare

Trasporto passivo ed attivo. Le pompe ATPasiche. Il simporto e l’antiporto. La pompa sodio-potassio.

Mitocondri

Struttura del mitocondrio. Il genoma mitocondriale. Teoria dell’endosimbionte.

Trasduzione del segnale

Definizione di recettore: recettori di membrana e recettori intracellulari. Trasduzione del segnale mediata da: (i) recettori associati a proteine G; (ii) recettori ad attività enzimatica; (iii) recettori associati a canali ionici. Via del glucagone. Via dell’Acetilcolina. Via di Ras/MAPK. Desensibilizzazione del recettore. Vescicole extracellulari.

Flusso dell’informazione genetica

Replicazione del DNA. Struttura del gene di I, II e III classe. Trascrizione. Codice genetico e sintesi proteica.

Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti

Regolazione epigenetica dell’espressione genica. Regolazione trascrizionale. Regolazione post-trascrizionale: splicing, splicing alternativo, RNA non codificanti. Regolazione post-traduzionale.

Ciclo cellulare

Definizione del ciclo cellulare. Cenni di regolazione del ciclo cellulare. Il significato biologico di pRb e p53. Mitosi e meiosi. L’importanza biologica della meiosi per la variabilità genetica e l’evoluzione.

Apoptosi

Definizione generale e significato biologico dell’apoptosi. Via intrinseca e via estrinseca dell’apoptosi.

Cellule staminali

Cellule staminali: definizione e classificazione.

Esercitazione in classe

Contributo dell’insegnamento agli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile

Goal N. 3: salute e benessere

Target 3.d: Rafforzare la capacità di tutti i paesi, in particolare i paesi in via di sviluppo, per la prevenzione, la riduzione e la gestione dei rischi per la salute nazionale e globale

Modalità:

Lezione frontale

Esercitazione in classe

Savada et al., Elementi di Biologia e Genetica - Ultime edizioni disponibili

Materiale didattico fornito dal docente

La prova orale consiste in un colloquio in cui saranno poste 3 domande che vertono su almeno 3 diversi argomenti del programma. La prova permette di verificare: i) il livello di conoscenza dello studio integrato della cellula e degli organismi viventi; ii) la capacità di applicare tali conoscenze per la risoluzione di problemi specifici inerenti lo studio della Biologia Applicata (problem solving ed autonomia di giudizio); iii) la chiarezza espositiva; iv) la proprietà di linguaggio scientifico.

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

Voto 29-30 e lode: lo studente ha una conoscenza approfondita di Biologia Applicata, 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 di Biologia Applicata, 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 di Biologia Applicata, 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 di Biologia Applicata, 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.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

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. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Struttura e funzione delle membrane

Ruolo dei mitocondri

struttura del codice genetico

Struttura del genoma umano