Biologia Applicata STB Mangieri D-AA19-20 PDF

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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FOGGIA D IPARTIMENTO D I XXX

SCHEDA INSEGNAMENTO A.A. 2019/2020

CORSO DI LAUREA Scienze e Tecnologie Biomolecolari (triennale) Insegnamento: BIOLOGIA APPLICA Docente Prof.ssa Domenica Mangieri S.S.D. dell’insegnamento

BIO/13

Anno di Corso

1

Credit

6

Semestre

2^

Propedeutcità

No

Eventuali prerequisit

Il corso è di base e non richiede specifiche conoscenze pregresse

ORGANIZZAZIONE DEL CORSO Artcolazione in moduli

No

Lezioni frontali

numero ore: 48

Eventuali Seminari

Sì, in base a disponibilità

Esercitazioni in aula e/o laboratorio

SI

Visite guidate e/o attività di gruppo assistte

No

Attività professionalizzante (solo per i CdS di No Area Medica)

PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO Obiettivi formatvi Obiettivo del modulo di BIOLOGIA APPLICATA è comprendere: - la logica costruttiva delle strutture biologiche ai diversi livelli di organizzazione dei viventi;

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- i principi di diversità ed unitarietà degli esseri viventi; - i meccanismi alla base del funzionamento e della riproduzione della cellula; - i meccanismi fondamentali che governano trasmissione ed espressione dei caratteri ereditari; - il carattere dinamico della materia vivente; - la rilevanza fisiopatologica di alcuni fenomeni cellulari; -la vasculogenesi e l'angiogenesi in condizioni fisiopatologiche; - cellule staminali e loro applicazione Mechanotrastuction e implicazione nella fisiopatologia delle cellule e dei tessuti. Risultat di apprendimento attesi Conoscenza e capacità di comprensione Conoscere e comprendere: la struttura e il ruolo delle principali biomolecole; il ruolo degli enzimi nei metabolismi cellulari; le principali strutture cellulari e le differenze tra cellule eucariotiche e procariotiche; i principali metabolismi ossidativi e la loro localizzazione; i sistemi di trasporto di molecole da-per la cellula e di smistamento intracellulare; le modalità di comunicazione intercellulare e di interazione cellula-ambiente; le fasi e la regolazione della vita cellulare; i principali meccanismi di differenziamento, proliferazione e morte cellulare; le varie fasi del flusso dell’informazione genetica e le modalità di regolazione; i meccanismi che permettono e i principi che regolano la trasmissione dei caratteri genetici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Il corso fornisce la base per comprendere come anomalie nei meccanismi molecolari che regolano la vita cellulare possano influire su aspetti fisio-patologici. Le conoscenze acquisite sono inoltre funzionali a comprendere concetti di genetica medica, istologia e fisiologia. Autonomia di giudizio. Il corso sviluppa la capacità di discernere la diversa rilevanza dei processi cellulari e le loro possibili interconnessioni. Abilità comunicatve. Saper riconoscere (in immagini e/o testo) e descrivere, con linguaggio tecnico-scientifico appropriato, gli argomenti riportati sopra. Capacità di apprendimento. L’apprendimento è stimolato attraverso presentazioni power point con largo ausilio di immagini e schemi. Esempi di domande di esame saranno proposti per sollecitare la discussione e il senso critico e per verificare l’effettiva comprensione degli argomenti trattati. La capacità di apprendimento sarà anche stimolata da supporti didattici integrativi: video e animazioni grafiche di fenomeni cellulari-molecolari. Modalità di erogazione Tradizionale Testi consigliati Per seguire il corso e per la preparazione dell’esame  R. ALBERTS, A. JOHNSON, J. LEWIS, M. RAFF, K. ROBERTS, P. WALTER- Biologia molecolare della cellula (VI ed. Zanichelli)  G. DE LEO, E. GINELLI, S. FASANO - Biologia e genetica (III ed. EdiSES)

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G. KARP – Biologia cellulare e molecolare. (V ed. EdiSES) J. HARDIN, G. BERTONI, L.J. KLEINSMITH– BECKER Il mondo della cellula. (VIII ed. Pearson) A. FANTONI, S. BOZZARO, G. DEL SAL, S. FERRARI, M. TRIPODI – Biologia cellulare e genetica (2 volumi) (ed. Piccin)  Materiale didattico fornito dal docente Modalità di verifica dell’apprendimento   

Prova di valutazione a fine corso con quesiti su tutti gli argomenti trattati, volta a valutare il livello delle conoscenze acquisite e la capacità di trovare collegamenti tra di esse, che non si limita ad una mera abilità mnemonica. Prova orale

Programma dettagliato dell’insegnamento Descrizione Argomenti del Corso

Proprietà fondamentali dei vivent. Organismi ed ambiente. Definizione di ecosistema. Flusso di energia e materia. Organismi autotrofi ed eterotrofi.

CFU corrispo ndenti 2

Livelli di organizzazione della materia vivente. La cellula come unità fondamentale. Classificazione generale dei viventi. Concetto di specie. Evoluzione e selezione naturale. Organismi modello. La base chimica della vita. Atomi, legami chimici e molecole. L'acqua e le sue proprietà, il legame a idrogeno. Interazioni idrofobiche. pH. Molecole organiche. Struttura e funzione delle molecole biologiche: carboidrati, lipidi, acidi nucleici, proteine. Aminoacidi e legame peptidico. Struttura proteica primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Ripiegamento e dominio proteici. Proteine coniugate. Denaturazione. Regolazione dell’attività biologica delle proteine. Misfolding proteico e malattie degenerative. Gli enzimi. Ruolo dei catalizzatori biologici. Energia di attivazione e catalisi enzimatica. Regolazione ed inibitori degli enzimi. Effetti allosterici. Ribozimi. Organizzazione cellulare. Struttura della cellula procariotica ed eucariotica: differenze e 2 analogie. Cenni di biologia dei batteri. Virus, viroidi e prioni. Cenni di microscopia. Struttura e funzione dei compartment cellulari eucariotci. Le membrane biologiche: la membrana plasmatica. Organelli delimitati da membrane: nucleo, involucro nucleare e nucleolo; reticolo endoplasmatico liscio e rugoso; apparato di Golgi; lisosomi; perossisomi. Citoscheletro. Sistemi di trasporto attraverso le membrane. Osmosi. Diffusione semplice e facilitata;

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meccanismi di trasporto attivo; canali, carrier e pompe. Esempi dei vari tipi di trasporto. Energia per le attività cellulari e metabolismi energetci. Reazioni eso- ed endo-ergoniche. ATP e lavoro cellulare. Molecole ad “alto contenuto energetico”. I mitocondri come organelli semiautonomi. Teoria endosimbiotica. Analogie morfo-funzionali tra mitocondri e cloroplasti. Comunicazione intercellulare. Molecole segnale e recettori; meccanismi di trasduzione del segnale. Cascate di amplificazione e secondi messaggeri. Neuroni e trasmissione dell’impulso nervoso: potenziale di membrana a riposo e di azione; sinapsi chimica ed elettrica. Canali voltaggio- e ligando-dipendenti. Adesione intercellulare e adesione cellula-matrice extracellulare. Componenti della matrice extracellulare e della lamina basale. Giunzioni intercellulari; giunzioni cellula-matrice. Recettori adesivi meccanismi e signalling legati alla meccanotrasduzione. Parete cellulare batterica. I cambiament di forma e la motlità cellulare. Movimenti cellulari e/o di componenti interni; ruolo delle adesioni focali e del citoscheletro. Meccanismi e vie di smistamento delle proteine nei compartment cellulari. Sequenze segnale e meccanismi di indirizzamento verso RE, Golgi, lisosomi, membrana, nucleo e mitocondri. Traffico vescicolare, meccanismi di eso- ed endocitosi. Proteine di rivestimento ed accessorie. Fagocitosi ed autofagia. Sistema ubiquitina-proteasoma. Controllo qualità nel RE. Riproduzione e ciclo cellulare. Fasi e regolazione del ciclo cellulare. Cellule proliferanti e quiescenti. Meccanismi molecolari dei principali checkpoint. Cicline, chinasi ciclinadipendenti (CDK) e inibitori di chinasi (CKI). Mitosi e sue fasi. Fuso mitotico. Citochinesi. Meiosi: fasi ed origine della variabilità genetica. Crossing over. Riproduzione asessuata e sessuata. Gametogenesi e fecondazione. Differenziamento, proliferazione e morte cellulare. Equivalenza dei genomi. Cenni sui meccanismi di differenziamento e morfogeni. Cellule staminali. Pattern di metilazione del DNA durante lo sviluppo. Necrosi. Apoptosi: via estrinseca ed intrinseca; caspasi e BCL-2. Alterazione dei sistemi di controllo della proliferazione cellulare. Caratteristiche delle cellule tumorali. Base genetica del cancro: proto-oncogèni, oncogèni, oncosoppressori e geni mutatori. Virus e batteriofagi; prioni e virioni. Rapporto virus-ospite e cicli vitali esemplari. Basi 1 essenziali dell’immnunologia. Vasculogenesi, angiogenesi e morfogenesi: Cellule progenitrici, fattori di crescita e fattori morfogeni, formazione dei primi vasi e angiogenesi in condizioni fisiopatologiche. Frontere terapeutche: terapia cellulare e terapia genica; cellule staminali e loro applicazioni; terapia genetica.

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Bachelor Degree or Master Degree Programme: Biomolecular Sciences and Technologies Academic Year: 2019/2020 Subject title: Applied Biology Professor: Domenica Mangieri Academic year

2019-2020

SSD (scientific area)

Applied biology BIO/13

CFU (Credits)

6

Programme year

1st year

Academic period

2nd semester

TEACHING ORGANIZATION: Lectures /seminars

Lectures: 48 hours

Practical activities

yes

Other activities

No

Objectives

learning the: i) different levels of organization of the biological systems; ii) iii) iv)

Expected learning results

the mechanisms underlying cellular function and reproduction; the principles of biological diversification and unity; the mechanisms underlying transmission and expression of inherited traits;

v)

the dynamic character of biosphere;

vi)

vasculogenesis and angiogenesis;

vii)

stem cells and new therapeutic approaches

Understanding abilites. The students shall understand and know: structure and function of the main biomelcules; the role of enzymes in the cell; main cellular structures and differences between

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eukaryotics and prokaryotics; main oxidative metabolisms and their location; transport system into the cell and intracellular trafficking; cell to cell/environment communication systems; cell cycle and regulation; cel differentiation, proliferation and death; the genetic flow and its regulation; genetic traits inheritance. Applicaton skills. The acquired knowledges are functional to understand concepts of histology, genetics and physiology; moreover they allow to understand the basis underlying physiopathological aspects. Critcal thinking. Students shall be able to connect the different cellular processes and estimate their relevance. Communicaton skills. The students are expected to acquire the ability to recognize and describe the above topics, using a proper scientific language; Learning skills. Learning process will be stimulated by power point presentation highlighting the importance of visual language and images. Examples of exmination questions will be proposed to assess the level of comprehnsion; integrative didactic tools, such as video and and animations of cellular processes, will enhance the learning process. Textbooks

Textbooks helpful to attend the lectures and get prepared for the examination  R. ALBERTS, A. JOHNSON, J. LEWIS, M. RAFF, K. ROBERTS, P. WALTER- Biologia molecolare della cellula (VI ed. Zanichelli)  G. DE LEO, E. GINELLI, S. FASANO - Biologia e genetica (III ed. EdiSES)  G. KARP – Biologia cellulare e molecolare. (V ed. EdiSES)  J. HARDIN, G. BERTONI, L.J. KLEINSMITH– BECKER Il mondo della cellula. (VIII ed. Pearson)  A. FANTONI, S. BOZZARO, G. DEL SAL, S. FERRARI, M. TRIPODI – Biologia cellulare e genetica (2 volumi) (ed. Piccin)

Mode of delivery of Traditional teaching (traditional, at a distance, e-learning..) Examination method

Oral exam

TEACHING PROGRAMME (SUMMARY) Fundamental properties of living beings. Organisms and their environment.

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The levels of biological organization. The chemistry of life. Carbon compounds. Classification, structure and function of the biomolecules. Sugars, lipids, nucleic acids and proteins. Structure and function within the cell. Protein structures and regulation of their biological activities. Denaturation. Protein misfolding and disease. Enzymes and catalysis. Ribozymes and the RNA world. Cellular organization in prokaryiotics and eukaryotics. Structure and function of eukaryotic cell compartments. Membrane-enclosed organelles. Nucleus. Cytoskeleton. Plasma membrane and transport systems. Bioenergetics and energetic metabolisms in the cell: the role of ATP and cellular activities. Chloroplasts and mitochondria. The endosymbiotic theory . Main steps of aerobic oxidation. The main steps of photosynthesis. Pigments and photosystems. Similarities between respiration and of photosynthesis. Intercellular communication and cell signalling. Intercellular adhesion and extracellular matrix. Cell motility and shaping. Mechanisms of molecules and protein targeting within the cell. Ubiquitin proteasome system. Vescicles trafficking; Role of Tunneling Nanotubes (TNTs) in cell communication. Reproduction and cell cycle. Cell cycle control. Mitosis and Meiosis. Cell differentiation and cell death. Apoptosis, caspases and bcl-2 genes. Cancer cells features and genetics of cancer. Viruses and their hosts; bases of immunonology. Vasculogenesis, angiogenesis and morphogenesis. Frontiers in therapeutic approaches: principles of cell and gene therapy....