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13719 -
CHIMICA ORGANICA
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso introduce ai concetti ed agli approcci sperimentali della chimica organica, operando il consolidamento di principi acquisiti nell’ambito dei corsi di fisica e di chimica generale ed inorganica per procedere alla conoscenza della chimica del carbonio. Saranno fornite, nella prima parte del corso, le basi culturali e pratiche per la comprensione della struttura delle molecole organiche, ponendo una particolare attenzione alle relazioni esistenti tra la struttura chimica e le proprietà chimico-fisiche e biologiche ad esse associate. I diversi stati fisici di ibridazione del carbonio permetteranno la visione tridimensionale delle molecole, facilitando la comprensione del loro ruolo nella cellula. La seconda parte del corso è dedicata alla applicazione delle proprietà nel contesto della reattività chimica. Lo studente avrà la possibilità di avere le risposte per alcune tra le domande fondamentali nel suo percorso di studi: perché le molecole reagiscono? Quali sono i fattori sperimentali che controllano la cinetica delle reazioni? Quando una reazione è sotto controllo termodinamico piuttosto che cinetico? Come è possibile sintetizzare molecole complesse a partire da semplici reagenti? Quale è l’impatto della chimica organica sull’ambiente e come è possibile ridurlo? Queste conoscenze permetteranno allo studente di affrontare i corsi di studio successivi con una forte competenza strutturale e molecolare.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
• Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): Conoscenza dei principi che regolano la formazione del legame chimico, attraverso l’impiego di teorie tradizionali (teoria del legame di valenza) e avanzate (teoria dell’orbitale molecolare e cenni di meccanica quantistica). Conoscenza della nomencletura e della classificazione (teoria dei gruppi funzionali) delle molecole organiche, con una particolare attenzione alla associazione tra famiglia di molecole organiche e proprietà biologiche e chimico-fisiche. Conoscenza della reattività delle molecole organiche e dei parametri sperimentali in grado di controllare la termodinamica e la cinetica delle trasformazioni organiche. Conoscenza della relazione tra le molecole organiche e l’origine della vita.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding): In aggiunta alle conoscenze acquisite attraverso lo studio della chimica organica, gli studenti potranno applicare i concetti acquisiti per la risoluzione di esercizi pratici inerenti l’identificazione e la classificazione delle sostanze in base alla loro attività sull’organismo, l’effetto della chiralità sull’attivita farmacologica, la possibilità di separare sostanze organiche isomere e le metodologie generali per la loro analisi e per il loro riconoscimento.
• Autonomia di giudizio (making judgements): Il corso offre collegamenti con altre discipline del percorso di Laurea (fisica, chimica generale, biochimica, biologia molecolare, chimica computazionale e genetica) fornendo una conoscenza integrata. Il giudizio critico dello studente sarà stimolato facendo continuo riferimento alla lettura di studi recenti pubblicati in riviste scientifiche del settore, ponendo in discussione le problematiche attuali relative ad alcuni dei concetti fondamentali della disciplina. Grazie alla natura multi- ed interdisciplinare della chimica organica, sarà inoltre possibile collegare le nozioni acquisite alle problematiche di altre discipline, permettendo allo studente la formazione di una propria autonomia di giudizio circa l’efficacia di un approccio scientifico integrato.
• Abilità comunicative (communication skills): Al termine di ogni parte essenziale del corso gli studenti saranno invitati a formare dei gruppi di lavoro per sviluppare soluzioni e competere con gli altri nella risoluzione di esercizi pratici. Lo strumento didattico è volto a far crescere le capacità comunicative e l’abilità di sapere lavorare in un gruppo, il tutto finalizzato al consolidamento dei concetti acquisiti.
• Capacità di apprendere (learning skills): le capacità di apprendimento degli studenti saranno valutate durante lo svolgimento del corso tramite prove di esonero che permetteranno di seguire individualmente lo stato di maturazione della conoscenza, evidenziando le capacità di restituzione dello studente.
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BOTTA Lorenzo
( programma)
Alcani e cicloalcani. Introduzione. Struttura. Ibridazione sp3. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Isomeria di struttura. Analisi conformazionale (etano, cicloesano). Stabilità dei cicloalcani (tensione angolare, tensione torsionale, tensione sterica). Derivati del cicloesano (stereoisomeria cis-trans). Alcani biciclici e policiclici. Ruolo naturale ed applicazioni degli alcani.
Alcheni. Introduzione. Struttura. Ibridazione sp2. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Stabilità (calore di idrogenazione, calore di combustione). Sistema di nomenclatura (E)-(Z) per gli alcheni. Cicloalcheni.Funzione biologica.
Alchini. Introduzione. Struttura. Ibridazione sp. Nomenclatura. Proprietà fisiche.
Gruppi funzionali e classi di composti organici. Alogenuri alchilici. Alcoli. Eteri. Ammine. Aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici. Esteri ed ammidi. Introduzione. Struttura. Nomenclatura. Proprietà fisiche.
Stereochimica. Introduzione. Chiralità del carbonio. Enantiomeri e molecole chirali. Rappresentazione grafica. Nomenclatura (R) (S). Attività ottica (potere rotatorio specifico, definizione di racemo, purezza ottica). Diastereoisomeri (composti meso).
Composti aromatici. Introduzione. Benzene. Struttura e stabilità. Regola di Huckel. Altri composti aromatici. Nomenclatura dei derivati del benzene. Fenomeni di induzione e di risonanza. Composti aromatici eterociclici. I composti aromatici in biochimica.
Carboidrati. Classificazione. Monosaccaridi. Mutarotazione e formazione dei glucosidi. Configurazione D o L. Disaccaridi. Polisaccaridi.
Proteine. Struttura degli amminoacidi. Nomenclatura. Legame peptidico. Oligopeptidi.
Acidi nucleici. Basi nucleiche puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi. Nucleotidi. Oligonucleotidi.
Lipidi.
Modulo B. LA REATTIVITA'
Reazioni di alcani e cicloalcani. Clorurazione del metano. Radicali liberi. Stabilità e struttura. Termodinamica e cinetica. Alogenazione degli alcani superiori.
Reazioni di sostituzione nucleofila. Reazione SN2. Reazione SN1. Meccanismi ed andamenti stereochimici. Effetti del solvente e del gruppo uscente. Reazioni di eliminazione. Reazione E1. Reazione E2. Competizione tra sostituzione ed eliminazione.
Reazioni dei composti aromatici. Sostituzione elettrofila aromatica. Meccanismo. Alogenazione del benzene. Effetto dei sostituenti.
( testi)
Chimica Organica Essenziale, Bruno Botta, EdiTes
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CHIM/06
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Attività formative di base
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ITA |
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15607 -
Microbiologia e principi di microbiologia industriale
(obiettivi)
A) OBIETTIVI FORMATIVI
Fornire agli studenti conoscenze fondamentali del mondo dei microrganismi (procarioti in particolare) quali struttura e funzione (citologia e fisiologia) e genetica della cellula procariote, sviluppo e conseguente crescita delle popolazioni. Lo studente, inoltre, dovrà acquisire una visione generale dell'impatto dei microrganismi in natura (cicli biogeochimici, p. es.) e delle loro potenzialità applicative a livello industriale e ambientale. Verranno inoltre fornite alcune conoscenze di base di virologia. E' scopo del corso anche quello di far prendere agli studenti confidenza con alcune tecniche di base del laboratorio di Microbiologia.
B) RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1) Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
L’insegnamento contribuirà a far acquisire conoscenze e capacità di comprendere e descrivere le strutture ed i processi biologici fondamentali nell'ambito della microbiologia. Si mira, inoltre, a far acquisire conoscenze teorico-sperimentali della microbiologia relativamente ad aspetti cellulari, morfologici, biochimici, fisiologici e genetici. Tutte queste informazioni consentiranno allo studente di comprendere sia gli elementi fondamentali della microbiologia sia quelli interdisciplinari.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Lo studente sarà in grado di tradurre sul piano pratico le conoscenze teoriche e di argomentare problematiche nell’ambito della microbiologia generale e soprattutto industriale e ambientale. Attraverso le attività di laboratorio, gli studenti acquisiranno la capacità di applicare sul piano pratico le conoscenze teoriche attuando tecniche di base tipiche del laboratorio di microbiologia.
3) Autonomia di giudizio (making judgements);
Lo studente avrà la capacità di interpretare in modo autonomo sia le conoscenze di base che applicate della microbiologia. Questa capacità verrà acquisita, in particolar modo, grazie alla frequenza di attività pratiche ed esercitazioni in aula e laboratorio.
4) Per le abilità comunicative (communication skills)
Lo studente che frequenta l’insegnamento sarà in grado di presentare, anche con l'ausilio delle opportune tecniche audiovisive ed in modo critico, le conoscenze connesse con la microbiologia generale e applicata. Tale abilità saranno conseguite anche grazie all’ampio uso che viene fatto delle presentazioni power point in aula e al dialogo e scambio di opinioni tra gli studenti ed il docente sia in occasione delle lezioni frontali che durante le attività di laboratorio.
5) La capacità di apprendere (learning skills)
Gli studenti comprenderanno e acquisiranno i metodi di indagine e di lavoro in ambito microbiologico. Saranno, quindi, in grado di approfondire autonomamente le conoscenze e competenze acquisite. Tale abilità verrà sviluppata mediante il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni orali in aula su temi specifici dell’insegnamento e nelle attività di laboratorio.
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PETRUCCIOLI Maurizio
( programma)
Il corso si svolgera’ secondo la seguente articolazione:
1. Storia della Microbiologia (cenni): la scoperta del mondo dei microrganismi; la controversia sulla generazione spontanea; i microrganismi come agenti di malattia e loro ruolo nella trasformazione della sostanza organica.
2. Basi tecniche del laboratorio di microbiologia: il microscopio, richiami di fisica ottica; preparati a fresco e colorati; microscopia elettronica (a trasmissione ed a scansione), cenni; la coltura pura ed il suo ottenimento; principi generali di nutrizione microbica; preparazione dei terreni colturali; teoria e pratica della sterilizzazione; controlli di sterilità.
3. Citologia della cellula procariota ed eucariota: generalità; struttura ed ultrastruttura della cellula batterica; struttura e funzione della membrana; sistemi di trasporto attraverso la membrana; la parete cellulare, composizione chimica e caratteristiche; la parete dei batteri Gram+ e Gram-; la parete degli archebatteri e degli eucarioti; la capsula e la virulenza ad essa legata; il movimento e gli organi di movimento; la chemiotassi; la endospora batterica, struttura, funzione ed importanza; cenni alle spore degli eucarioti ed alla alternanza di generazione; il mitocondrio e la funzione respiratoria; cenni all'arrangiamento del DNA ed alla divisione cellulare.
4. Fisiologia cellulare: richiami di chimica e biochimica cellulare (energia di attivazione; catalisi ed enzimi; le reazioni biologiche di ossidoriduzione; trasportatori di idrogeno e di elettroni; i composti fosfato con legami ricchi di energia); produzione di energia nei sistemi biologici; la glicolisi e le vie simili; riossidazione del NAD ridotto: fermentazione e respirazione; la fermentazione alcolica e lattica; la respirazione aerobica; il ciclo degli acidi tricarbossilici; il sistema di trasporto degli elettroni; bilancio energetico della respirazione; cenni alla respirazione anaerobica; biosintesi e ricambio del materiale cellulare.
5. Sviluppo microbico: crescita di una singola cellula e di una popolazione microbica; misura dello sviluppo e curva di crescita; repressione catabolica e diauxia; effetto delle condizioni colturali sullo sviluppo microbico.
6. Principi di genetica molecolare e genetica batterica: richiami alla struttura del DNA; azione degli enzimi di restrizione; replicazione del DNA; elementi genetici; riarrangiamento dei geni; trasposoni; il processo di trascrizione; struttura e funzione di mRNA e tRNA; il processo di traduzione e la sintesi proteica; il codice genetico; agenti mutageni e mutazioni; la ricombinazione nei batteri; trasformazione, trasduzione e coniugazione; plasmidi e loro significato biologico.
7. Virologia: natura della particella virale; conte virali; caratteristiche generali della riproduzione virale; principi di genetica dei virus; batteriofagi a RNA; batteriofagi icosaedrici a singolo filamento di DNA; virus DNA a doppio filamento; i virus batterici temperati e la lisogenia; le principali famiglie di virus animali (cenni).
8. Ecologia microbica: richiami alle tecniche di isolamento ed identificazione dei microrganismi; interazioni tra popolazioni microbiche e con altri organismi; comunita’ microbiche ed ecosistemi; i principali cicli biogeochimici (carbonio, azoto, ferro, ecc.); ruolo dei microrganismi nella decontaminazione ambientale; catabolismo aerobio o anaerobio di inquinanti organici e trattamento delle acque reflue.
9. Biotecnologie microbiche: i microrganismi di interesse industriale; screening da ambienti naturali e da collezioni; il fermentatore, geometria ed impieghi; il processo di scale-up; metaboliti primari e secondari; cenni su produzione di antibiotici, di enzimi, aminoacidi e sulla immobilizzazione.
Le esercitazioni di laboratorio riguarderanno i seguenti argomenti:
1. Microscopia e osservazioni microscopiche; osservazioni a fresco; colorazioni semplici e differenziali e osservazioni di preparati colorati;
2. La coltura pura e suo isolamento: lo spandimento e lo strisciamento, il re-isolamento; le colture di arricchimento;
3. Coltivazione di microrganismi e misurazione dello sviluppo microbico (conta diretta e conta colturale; peso secco; turbidimetria).
( testi)
Testi suggeriti tra cui scegliere:
- Brock, Biologia dei microrganismi - Microbiologia generale, ambientale e industriale 14/E - di Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley - Pearson, 2015.
- Biologia dei microrganismi di G. Dehò e E. Galli, Casa Editrice Ambrosiana, nuova edizione (3^ edizione), 2018.
- Microbiologia di D.R. Wessner, D. Dupont e T.C. Charles, Casa Editrice Ambrosiana, 2015.
- Brock, Biologia dei Microrganismi di M.T. Madigan e J.M. Martinko, D.A. Stahl, D.P. Clark, Pearson, 2012. Volumi 1 e 2.
- Brock, Biologia dei Microrganismi di M.T. Madigan e J.M. Martinko, Casa Editrice Ambrosiana. Volumi 1 e 2A.
- Biologia dei microrgaismi di G. Dehò e E. Galli, Casa Editrice Ambrosiana, 2012.
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BIO/19
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Attività formative di base
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17532 -
Genetica e principi di ingegneria genetica
(obiettivi)
Il corso si propone di fornire allo studente i concetti fondamentali della genetica classica esaminando i modelli di eredità dei caratteri mendeliani, i meccanismi replicazione di codificazione ed espressione dell’informazione genetica, la sua modificazione illustrando i meccanismi fondamentali di induzione delle mutazioni e principali malattie genetiche umane a loro connesse nonché gli aspetti fondamentali delle conoscenze fornite dallo sviluppo delle metodiche complementari del DNA ricombinante. L'approccio analitico dello studio sarà integrato con la soluzione di esercizi formali nonchè procedure sperimentali.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
1) Conoscenza e capacità di comprensione (“knowledge and understanding”): Al termine delle attività formative, gli studenti, attraverso le conoscenze della genetica formale, potranno gestire in modo progettuale le metodiche complementari derivanti dalle conoscenze delle tecniche del DNA ricombinante.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione (“applying knowledge and understanding”): Gli studenti saranno stimolati a selezionare gli approcci metodologici/sperimentali più appropriati e rilevanti per il raggiungimento di specifici obiettivi (es. produzione biotecnologica di farmaci, proteine ricombinanti ecc.).
3) Autonomia di giudizio (“making judgements”): L’insegnamento fornirà allo studente la capacità di lavorare in autonomia fornendo appropriate tipologie di materiali didattici (lezioni in forma di presentazioni, specifiche monografie, letteratura scientifica rilevante, piattaforme informatiche) e lo svolgimento di congrue attività di laboratorio sincronizzate con la parte teorica del corso.
4) Abilità comunicative (“communication skills”): Gli studenti saranno stimolati ad una attiva partecipazione alle lezioni ed opportunamente stimolati alla progettazione e soluzione di specifici scenari inerenti alle differenti fasi evolutive del corso.
5) Capacità di apprendere (“learning skills”): Le capacità di apprendimento degli studenti saranno valutate in itinere e verificate attraverso la singola capacità di risolvere rilevanti e specifici scenari di interesse, diversi da quelli prospettati durante il corso.
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MOSESSO Pasquale
( programma)
Programma di Genetica e principi di Ingegneria Genetica per Biotecnologie (9 CFU)
Docente: Prof. Pasquale Mosesso
Analisi Mendeliana e teoria cromosomica dell’eredità
Leggi di Mendel ed elementi di Genetica mendeliana nell’uomo e nell’agricoltura; Regole del calcolo delle probabilità e statistica; Ciclo cellulare, mitosi, meiosi e concordanza tra meiosi e mendelismo; Prova della teoria cromosomica dell’eredità ed eredità legata al sesso. Alberi genealogici e trasmissione ereditaria nella specie umana.
Estensioni dell’eredità mendeliana
Variabilità delle relazioni di dominanza: Allelia multipla; Dominanza incompleta e codominanza; Serie alleliche.
Ambiente ed espressione genica: Effetti dell’ambiente interno ed esterno; Penetranza ed espressività; Interazione genica; Epistasi e pleiotropia.
Associazione e mappatura genetica
Il crossing-over.
Le mappe di associazione: Mappatura mediante reincrocio a 3 punti; Interferenza; Alcuni esempi di mappe di linkage; test del chi-quadrato.
Struttura molecolare e replicazione del materiale genetico
Struttura molecolare del DNA e dell’RNA: Identificazione del DNA come materiale genetico (esperimenti di Griffith, Avery, Hershey e Chase); Struttura degli acidi nucleici (esperimento di Chargaff).
Replicazione del DNA: Replicazione del DNA nei procarioti ed eucarioti; Conferma del modello semiconservativo della replicazione del DNA (esperimenti di Meselson e Stahl).
Genetica dei microorganismi
Il cromosoma batterico: Meccanismi di trasferimento di materiale genetico nei batteri:
trasformazione, coniugazione, sexduzione e trasduzione. Metodi di mappatura in batteri e virus; Elementi extra cromosomici: Plasmidi naturali ed artificiali (cenni).
Proprietà molecolari dei geni
Proprietà generali della struttura e della funzione dei geni: Le componenti dei cromosomi eucariotici (DNA, istoni e proteine non-istoniche); La struttura della cromatina ed i nucleosomi; DNA ripetitivo e DNA satellite; Come funzionano i geni (ipotesi di un gene una proteina); Colinearità tra gene e proteina; complementazione e siti di mutazione; Meccanismi di trascrizione del DNA; Traduzione dell’mRNA; Struttura e funzione del tRNA; Il codice genetico e la sua decifrazione (codoni multipli per un singolo amminoacido; codoni di terminazione; codone d’inizio; problemi irrisolti); Cenni sulla regolazione del ciclo cellulare e genetica del cancro.
Meccanismi di produzione della variabilità genetica
Definizione e classificazione delle mutazioni: Mutazioni geniche: sostituzione di basi, inserzioni, delezioni; reversione e soppressione; effetto fenotipico delle mutazioni geniche. Test di fluttuazione e mutazione spontanea nei batteri. Mutazioni cromosomiche: strutturali (aberrazioni cromosomiche) e numeriche (aneuploidia, poliploidia).
Alterazioni spontanee del DNA: Errori di incorporazione di basi durante la replicazione (errato appaiamento, tautomerizzazione) e meccanismo “proof-reading” per la correzione degli errori. Deaminazione delle basi, perdita spontanea delle basi e danno ossidativo al DNA. Meccanismi molecolari di inserzione e delezione di basi.
Fattori ambientali che danneggiano il DNA: Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti; Agenti mutageni chimici; Agenti mutageni biologici (virus, batteri).
Cenni sui meccanismi di riparazione del DNA: Fotoliasi, alchiltransferasi, “nucleotide excision repair” (NER), “base excision repair (BER), “mismatch repair” (MMR), “SOS” repair, riparazione ricombinazionale; riparazione delle rotture a doppio filamento (HR e NHEJR); riparazione delle rotture a singolo filamento (SSB);
Elementi trasponibili: Elementi trasponibili batterici ed eucariotici; Retrovirus; Trasposoni e mutabilità dei cromosomi.
Il controllo dell’espressione genica nei batteri
Regolazione negativa e positiva; La dissezione genetica dell’operone Lac di E. coli; L’operone del triptofano.
Il controllo dell’espressione genica negli eucarioti
Controllo dell’espressione genica a livello epigenetico, trascrizionale e post-trascrizionale.
Principi di Ingegneria Genetica (cenni)
Tecniche per la modificazione "in vitro" di DNA, RNA: enzimi di restrizione; clonaggio di frammenti di DNA
DNA cromosomico e plasmidico: separazione purificazione.
Tecniche di analisi di DNA ,RNA: Analisi "Southern"," Northern"; Mappe di restrizione e di delezione.
Sequenziamento DNA: Principi generali della procedura; Il sequenziamento di grandi regioni del DNA.
PCR principi e sue applicazioni.
Mutagenesi in vitro.
Analisi genetica delle popolazioni
La teoria delle frequenze alleliche: Stima delle frequenze alleliche; Relazione tra frequenze genotipiche ed alleliche: il principio di Hardy-Weinberg; Applicazioni del principio di Hardy-Weinberg.
La selezione naturale: Selezione naturale a livello di gene; Selezione naturale a livello di fenotipo.
La deriva genetica: Cambiamenti casuali delle frequenze alleliche; Effetti delle dimensioni delle popolazioni.
Esercitazioni in laboratorio
• Esperimento di X-linkage o eredità legata al sesso mediante impiego di mutanti “occhi rossi” e “wild type” di Drosophila melanogaster.
• Analisi delle aberrazioni cromosomiche in cellule di mammifero in vitro indotte da raggi X;
• Analisi del danno primario al DNA indotto da un agente mutageno chimico di interesse ambientale in linfociti umani valutato con il test della “Cometa”
Testi consigliati
• Hartwell H.L., Hood L., Goldberg M.L., Reynolds A.E., Silver L.M., Veres R.T. “GENETICA, dall’analisi formale alla genomica” MacGraw-Hill Editore (seconda edizione)
• Peter J. Russell “Genetica. Un approccio molecolare. Ediz. Mylab” Pearson Editore (5a Edizione).
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Attività formative caratterizzanti
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