Il corso ha lo scopo di fornire agli studente stimoli utili all’apprendimento delle nozioni fondamentali sull’anatomo-fisiologia della cellula eucariote in rapporto alle peculiarità delle cellule batteriche e dei virus.

Si desidera offrire l’opportunità di apprendere ed utilizzare un linguaggio scientifico corretto e rigoroso ed un metodo di studio che tenda a privilegiare la comprensione del rapporto struttura/funzione esistente per ciascun componente o compartimento cellulare.

Ulteriore scopo del corso è quello di offrire agli studenti strumenti di critica scientifica tali da essere in grado di leggere autonomamente e criticamente un lavoro scientifico.

La valutazione del livello di conoscenze raggiunto in Biologia cellulare avviene mediante un colloquio orale teso a verificare la capacità dello studente di orientarsi correttamente nell’ambito degli argomenti trattati a lezione ed oggetto del presente programma nonché di discutere un lavoro scientifico letto criticamente.

Programma 

Schema generale delle cellule eucariotiche animali e vegetali e dei batteri

Le molecole di importanza biologica

-  l’acqua, il dipolo elettrico, la dissociazione, il pH; molecole polari ed apolari

-  piccole molecole  come ioni e glicidi semplici

-  macromolecole biologiche informazionali e non informazionali

-  monomeri e polimeri, omo ed etero polimeri

-  glicidi semplici (triosi, pentosi – il ribosio, il desossiribosio – esosi – il glucosio), il legame glicosidico, polisaccaridi (amido, glicogeno, cellulosa)

-  acidi nucleici: il legame fosfodiesterico, struttura e funzioni di DNA ed RNA; basi azotate, legge della complementarietà

-  proteine: aminoacidi e loro famiglie chimico-fisiche, legame peptidico, strutture primaria, secondaria e terziaria; struttura quaternaria, l’emoglobina, il gruppo EME, il Fe; concetto di microambiente molecolare; sequenze conservate (aminoacidiche e nucleotidiche); proteine allosteriche: attivazione ed inibizione allosterica; gli enzimi

-  lipidi: acidi grassi, trigliceridi, fosfolipidi di membrana

La membrana biologica:

-  il modello a mosaico fluido; esperimenti di criodecapaggio ed eterocarionte

-  la membrana biologica come membrana semipermeabile all'acqua

-  la permeabilità di membrana per i gas

-  i trasporti: diffusione semplice, diffusione facilitata (il trasposto Na/glucosio), trasporto attivo (la pompa Na/K)

-  la endocitosi

-  fagocitosi: pseudopodi, fagosomi, lisosomi

- endocitosi mediata da recettori

- definizione e caratteristiche dei recettori in generale e dei recettori di membrana in particolare

- la clatrina ed il suo ciclo

-  esocitosi: secrezione e gemmazione

Il citoscheletro: funzioni e componenti

-  i microtubuli, strutture polarizzate, traffico intracellulare (kinesina e dineina), le ciglia, i flagelli, il fuso mitotico

-  i microfilamenti, actina G ed F, la falloidina, l’anello contrattile telofasico, la contrazione muscolare, i microvilli

-  i filamenti intermedi, loro specificità tissutale e loro importanza nella diagnostica oncologica

Le giunzioni: tight, bande aderenti, desmosomi, giunzioni comunicanti

La lamina basale: funzioni e struttura

-  componenti: collegene IV, proteoglicani, elastina, fibronectina, laminina

-  integrine ed interazione con il citoscheletro

-  placche di adesione, statica e moto cellulare in epoca embrionale ed adulta

-  differenziazione, progressione neoplastica epiteliale e metastatizzazione

- Interazione tra cellule in sospensione; il sistema immunitario: attivazione della risposta, il sistema maggiore di istocompatibilità

Bioenergetica

-  dalla luce al glucosio: concetto di fotosintesi

-  glicolisi, ciclo di Krebs, catena respiratoria, fosforilazione ossidativa e loro compartimentalizzazione

-  ATP, FAD, NAD, trasportatori di elettroni

-  mitocondrio: struttura e funzioni

-  teoria simbionte del mitocondrio

-  clonazione ed eredità materna

Concetto di organello e compartimento e di specificità compartimentale

Nucleo

-  membrane e pori nucleari; traffico da e per il nucleo

-  duplicazione del DNA; esperimento di Meselson e Stahl

-  cromatina e suoi livelli di organizzazione, gli istoni, il nucleosoma, i cromosomi

-  trascrizione ed espressione genica in eucarioti; introni ed esoni; gli RNA; l’mRNA e la sua maturazione (cap, poliA, splicing)

Sintesi proteica (traduzione):

- codice genetico, sue proprietà  e sue eccezioni mitocondriali e cloroplastiche

-  tRNA, caricamento dell'aminoacido in due tappe

- ribosomi eucariotici (nucleolo) e procariotici; il concetto di coefficiente di sedimentazione

- tappe della traduzione

- poliribosomi e ribosomi del RER

- specificità compartimentale del RER: SRP, recettore dell’SRP, traslocatore, peptidasi del segnale, dolicolo, flippasi, glicosil-transferasi

- maturazioni co-traduzionali: es. glicosilazione nel RER

- maturazioni post-traduzionali: glicosilazione golgiana, taglio proteolitico

- famiglie di proteine sintesizzate sui poliribosomi liberi (destinate a restare nel citoplasma, a nucleo e mitocondri, ai perossisomi) e sul reticolo rugoso e maturate nel Golgi (proteine di secrezione, proteine intrinseche di membrana e proteine destinata ai quattro compartimenti rivestiti da singola membrana: REL, REG, lisosomi, Golgi)

Apparato di Golgi

- struttura e funzioni

- compartimenti (es.: cis, mannosio 6-P, segnale per i lisosomi)

- glicosilazione differenziale (es. gruppo sanguigno AB0)

Secrezione costitutiva e regolata

Lisosomi, idrolasi acide, servomeccanismo

Perossisomi

REL: biosintesi delle membrane biologiche; sintesi asimmetrica, flippasi

Controllo dell’espressione genica in eucarioti: promotori, enhancer, trans-acting factors

Ciclo cellulare (cellule ciclanti e cellule in G0) e divisione cellulare (mitosi)

Controllo della proliferazione ed apoptosi

Meiosi, gametogensi (spermiogenesi ed ovogenesi con le relative differenze), fecondazione e prime fasi dello sviluppo.

Mutazioni geniche e cromosomiche e loro conseguenze.

Procarioti

- Struttura generale

- Rapporti con l'uomo: simbiosi, parassitismo, patogenicità

- Antibiotici e siti di azione; plasmidi ed antibiotico-resistenza

- Enzimi di restrizione

- Contemporaneità di trascrizione e traduzione

- Operoni con controllo positivo e negativo; messaggeri policistronici

Virus

- tipologie di genomi e di organizzazione spaziale capsidica

- meccanismi replicativi

- batteriofagi: cicli litico e lisogenico

- virus vegetali ed animali: dall’endocitosi al budding

- retrovirus e virus oncogeni; concetto di promotore fortissimo

 

Testi

Alberts et al., L’Essenziale di Biologia molecolare della cellula, Zanichelli.

Becker et al., Il mondo della cellula, Pearson.

Brooker et al., Biologia generale, McGraw-Hill.

Brooker et al., Biologia, McGraw-Hill.

Chieffi et al., Biologia e genetica, EdiSES.

Donati et al., Biologia & Genetica, Zanichelli.

Hillis et al., Elementi di Biologia e genetoca, Zanichelli.

Morris et al., Biologia, come funziona la vita, Zanichelli.

Sadava et al., Elementi di biologia e genetica, Zanichelli.

Stefani e Taddei, Chimica, biochimica e Biologia applicata, Zanichelli.

In sede di lezioni viene messo a disposizione degli studenti materiale didattico contenente la gran parte delle immagini utilizzate a supporto delle spiegazioni; detto materiale non sostituisce la frequenza delle lezioni né lo studio su libri di testo.