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Oggetto:
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LABORATORIO BIOMOLECOLARE (non attivato nel 2016/17)

Oggetto:

Biomolecular laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
MFN1294
Docenti
Prof.ssa Giovanna Di Nardo (Titolare)
Prof. Santina Cutrupi
Corso di studi
Scienze Biologiche D.M. 270
Anno
3° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
9
SSD dell'attività didattica
BIO/10 - biochimica
BIO/11 - biologia molecolare
Modalità di erogazione
Mista (tradizionale e online)
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Conoscenza delle basi di chimica e chimica biologica
Conoscenza delle chimica del carbonio e reazioni organiche su gruppi aminici, carbonilici, carbossilici, alcoolici.
Funzione degli enzimi
Espressione e funzione di biomolecole
Replicazione, trascrizione, traduzione dell¿informazione genetica.
E' consigliata la conoscenza della biologia molecolare.
Basic knowledge of chemistry and biological chemistry
Knowledge of the carbon chemistry and organic reactions of amino, carbonyl, carboxyl, alcohol groups.
Enzyme function
Expression and function of biomolecules
Replication, transcription , translation dell¿informazione genetics .
It recommended the knowledge of molecular biology
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Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso pone una prima base teorico-pratica all’interfacie tra le conoscenze sulla sequenza dei genomi ed il loro utilizzo per tecnologie del DNA ricombinante, ingegnerizzazione ed espressione di proteine ricombinanti e modellizzazione delle strutture molecolari, anche attraverso i metodi bioinformatici e l’utilizzo di banche dati.

Nel primo modulo, lo studente acquisisce gli elementi di base per capire la funzione delle molecole biologiche sulla base della loro struttura chimica e tridimensionale. Acquisisce esperienza diretta sulla visualizzazione e l'analisi della struttura 3D di proteine. Inoltre, vengono forniti gli elementi teorici di base per la cristallografia ai raggi x e la risonanza magnetica nucleare (NMR) applicati allo studio della struttura delle macromolecole biologiche.

Nel secondo modulo, lo studente acquista la capacità di accedere ed utilizzare le principali banche-dati di genomica, proteine e letteratura disponibili su web e gli elementi introduttivi ad una serie di strumenti per il lavoro bioinformatico.
Inoltre, lo studente conosce le principali metodiche del DNA ricombinante e le applicazioni per l’analisi di struttura ed espressione dei geni e per la manipolazione dei geni negli organismi.
Acquisisce anche pratica diretta nel clonaggio del DNA in E. coli, purificazione ed analisi di plasmidi.
Per ciascuno degli argomenti presentati, lo studente acquisisce gli strumenti di base per un loro utilizzo pratico, attraverso un’esperienza diretta in laboratorio ed applicazioni in aula informatica, basate su
risorse web.

The course presents a first base at the interface between theoretical and
practical knowledge about the sequence of genomes and their use in
recombinant DNA technology, engineering and recombinant protein
expression and modeling of molecular structures, even through
bioinformatics methods and the use databases.


In the first module, the student acquires the basic elements to
understand the function of biological molecules based on their chemical
and three-dimensional structure. The student aquires direct experience on visualization and analysis of protein structures. Moreover, the theoretical and fundamental elements of  crystallography and nuclear magnetic resonance applied to the study of the 3D structure of biomacromolecules are provided.

In the second module, the student acquires the ability to access and use
the main databases of genomics, protein and literature available on the
web and introductory elements in a series of bioinformatic tools for the
job.
Furthermore, the student knows the main methods of
recombinant DNA and applications for the analysis of the structure and
expression of genes and for the manipulation of genes in organisms. He
also acquires direct practice in DNA cloning in E. coli, purification and
analysis of plasmids.
For each of the topics presented, the student acquires the basic tools for
a practical use, through direct experience in the lab and classroom
computer applications based on web resources.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Conoscenza dei diversi livelli strutturali delle proteine e loro rappresentazione grafica. 
Interpretazione in termini  strutturali del ripiegamento nello spazio della catena polipeptidica.
Interpretazione in termini funzionali i siti di legame e i siti catalitici di proteine/enzimi partendo  dalla natura degli amino acidi che li costituiscono
Interpretazione funzionale di una sequenza nucleotidica nei formati più comuni presenti in basi di dati.
Conoscenza dei formati delle principali basi di dati genomici, proteomici e di letteratura. Conoscenza dei principali strumenti di analisi delle basi di dati.
Conoscenza delle principali metodologie del DNA ricombinante e delle loro applicazioni.
Riconoscimento ed interpretazione di plasmidi, trasfezioni e infezioni dei plasmidi ricombinanti. Come vengono create le proteine di fusione e loro applicazioni per la purificazione, localizzazione intracellulare, studio delle interazioni proteina-proteina.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Visualizzare, calcolare e studiare le strutture proteiche con l’uso della grafica molecolare
Interrogare basi di dati genomiche, proteomiche e di letteratura.
Trovare elementi di omologia ed identità in sequenze nucleotidiche e aminoacidiche e disegnare primers per PCR.
Eseguire facili manipolazioni di base per il clonaggio e l’analisi del DNA.  
Interpretazione di semplici dati da restrizione di plasmidi e sequenze lineari.
Capacità di applicare norme di sicurezza nella manipolazione di DNA ricombinante.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Riconoscimento di molecole e di strutture in basi di dati o in rappresentazione grafica.
Interpretazione di protocolli di base di biologia molecolare.
Analisi con metodi bioinformatici dell’identità e delle caratteristiche di un gene / proteina.
Valutazione dell’adeguatezza delle diverse tecniche molecolari per i problemi applicativi proposti.

ABILITÀ COMUNICATIVE
Elaborato scritto illustrato sulle atività pratiche in laboratorio molecolare ed informatico.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Familiarità con banche dati e strumenti disponibili in rete

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

Knowledge of the different structural levels of proteins and their graphic representation.

Structural interpretation of the folding of the polypeptide chain in 3D space.

Interpretation in terms of functional binding sites and catalytic sites of proteins / enzymes, starting from the nature of the amino acids that constitute them.

Functional interpretation of a nucleotide sequence in the formats commonly found in databases.

Knowledge of the sizes of the main bases of genomic, proteomic and literature data.

Knowledge of the main tools of analysis of databases.

Knowledge of the main methods of recombinant DNA and their applications.

Recognition and interpretation of carriers and systems for recombinant DNA.

 

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

Visualize, calculate and study the protein structures with the use of molecular graphics

Search genomic, proteomic databases and relevant literature.

Find elements of homology and identity in nucleotide and amino acid sequences and design primers for PCR.

Perform easy basic manipulations for cloning and DNA analysis.

Interpretation of simple data from restriction analysisi of plasmids and linear sequences.

Ability to apply safety standards in the handling of recombinant DNA.

 

JUDGEMENT

Recognition of molecules and structures in databases or in graphical representation.

Interpretation of basic protocols of molecular biology.

Analysis of identity and distinctiveness of a gene / protein with bioinformatics methods.

Assessment of the various molecular techniques for the proposed application problems.

 

COMMUNICATION SKILLS

Written report on molecular laboratory and in silico computational activities.

 

LEARNING SKILLS

Familiarity with databases and tools available on the web.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali: 40 ore; Esercitazioni di laboratorio: 40 ore.

La frequenza alle lezioni è facoltativa, mentre l'attività pratica in laboratorio è obbligatoria.

 Lectures: 40 hours; Practicals: 40 hours

 Lecture attendance is optional, while practicals is compulsory.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Un test con domande a risposta multipla ed aperte, sui tre moduli del corso, eseguito di norma a computer sulla piattaforma Moodle .

Vengono richieste brevi relazioni scritte – illustrate sulle parti pratiche.

Test e relazioni vengono valutate congiuntamente e quindi discusse nel loro insieme con lo studente, al quale verrà chiesto di chiarire le parti eventualmente incomplete o scorrette.

Il voto finale, espresso in 30esimi, scaturisce dalla media matematica dei voti sui 3 moduli didattici (vedi pagina dei singoli moduli per i dettagli).

A test with multiple choice and open questions on three modules of the course, usually run on a computer platform Moodle (50% of the final grade).

Written reports are required - shown on the practical parts (50% of the final grade).

Tests and reports shall be jointly evaluated and then discussed together with the student, who will be asked to clarify parts that might be incomplete or incorrect.

The final grade, expressed in a maximum of 30, is the average of the three modules (see the page of the different modules for details).

 
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Programma

METODI E APPLICAZIONI DEL DNA RICOMBINANTE E BIOINFORMATICA INTRODUTTIVA

Questo modulo di laboratorio biomolecolare rappresenta una premessa sulle metodologie classiche di applicazione del DNA ricombinante e le moderne tecniche di sequenziamento, mettendo in evidenza le applicazioni pratiche delle diverse metodiche e i modelli sperimentali. Descrizione delle diverse tipologie di plasmidi  per specifiche applicazioni: creazione di proteine di fusione per la purificazione delle proteine, localizzazione intracellulare e studio delle interazioni proteina-proteina. Introduzione ai modelli di animali transgenici. Il modulo si completa con un laboratorio pratico dove viene svolto dagli studenti un clonaggio di un frammento di cDNA dell’angiopoietina in un plasmide ricombinante usando il metodo dello screening blu-bianco.

Nella parte di bioinformatica introduttiva verranno svolti i seguenti argomenti:

• Consultazione delle banche dati ENTREZ e ENSEMBL per trovare le caratteristiche dei geni e dei genomi e analisi post-genomiche.

• Introduzione all'allineamento di sequenze  

• Ricerca di corte sequenze nelle banche dati: disegno di primers, costruzione delle mappe di restrizione e identificazione degli elementi regolatori. 

• Banche dati della letteratura biomedica  (NCBI PubMed) e altre banche dati biologiche.

 

STRUTTURISTICA DI BASE DI MACROMOLECOLE

Amminoacidi: proprietà e classificazione.

Il legame peptidico e la struttura primaria.

Gli angoli ψ, φ e il plot di Ramachandran.

Elementi della struttura secondaria delle proteine.

I principali motivi strutturali: esempi di motivi conservati.

Predizione della struttura secondaria delle proteine: metodo di Chou-Fasman.

Struttura terziaria e quaternaria.

Il folding delle proteine.

Forze che guidano il folding.

I domini: classificazione e significato funzionale di alcuni domini conservati.

Fondamenti di NMR.

Fondamenti di cristallografia.

Strumenti bioinformatici: visualizzazione di proteine tramite pdb viewer, modelling per omologia.

Banche dati proteiche

Expasy: mezzi per l’analisi della sequenza proteica

Allineamenti di sequenza (multialin)

Utilizzo del software SPDB Viewer per la visualizzazione e l'analisi di strutture proteiche.

METHODS AND APPLICATIONS OF RECOMBINANT DNA AND INTRODUCTORY BIOINFORMATICA

This module of biomolecular laboratory course represents a premise on classical methods of application of recombinant DNA and modern sequencing techniques, highlighting the practical applications of the different methods and experimental models.Description of different types of plasmids for specific applications: creation of fusion proteins for the purification of proteins, intracellular localization and study of protein-protein interactions. Introduction to models of transgenic animals. The module is completed with a practical laboratory where a cloning of a cDNA fragment of angiopeptine in a recombinant plasmid using the method of blue-white screening is carried out by the students.

Introductory bioinformatics will comprise:

• Genes, genomes and post-genomic analysis. Using genomic databases: ENTREZ and ENSEMBL.

• Introduction to basic sequence alignment and euristic algorithms. 

• Search of short sequence in databses: primer design, restriction site mapping and regulatory elements mapping.

• Databses for biomedical literature (NCBI PubMed) and other biological databases.

  

BASICS IN MACROMOLECULES STRUCTURE

Amino acids: properties and classification.

The peptide bond and the primary structure.

The angles ψ, φ and the Ramachandran plot.

Elements of the secondary structure of proteins.

The main structural reasons: Examples of conserved motifs.

Prediction of the secondary structure of proteins: method of Chou-Fasman.

Tertiary and quaternary structure.

Protein folding.

Forces driving the folding.

Domains: classification and functional significance of some conserved domains.

Fundamentals of NMR.

Fundamentals of crystallography.

Bioinformatics tools: visualization of proteins by pdb viewer, modeling by homology.

Protein databases

ExPASy: means for analysis of the protein sequence

Sequence alignments (multialin)

Using software SPDB Viewer for viewing and analysis of protein structures.

 


Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sulla piattaforma
Moodle di Facoltà:
http://biologia.i-learn.unito.it/

Su questa piattaforma sono disponibili:
• pdf presentazioni delle lezioni
• pdf articoli utilizzati
• esercizi on-line
• simulazioni di test d’esame on-line
• Forum degli studenti su argomenti del corso.

Alla piattaforma si accede attraverso credenziali SCU ed è necessaria la registrazione al corso.
I testi base consigliati per il corso sono:
- Branden e Tooze: Introduction to protein structure . Second Edition - Garland Publ Inc..
- Dale and von Schantz, Dai geni ai genomi, EdiSes Napoli, 2003 oppure
ReeceRJ, Analisi dei geni e genomi, EdiSes Napoli, 2006.

E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per
approfondimenti e integrazioni:
- Pdf delle presentazioni e appunti delle lezioni;
- articoli presi dalla letteratura come specificato durante le lezioni.

Infine sono di seguito indicati altri siti internet di interesse:
- www.expasy.ch
- www.rcsb.org/pdb
- http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html
- www.ncbi.nlm.nih.gov
- http://tools.nebs.com
- http://www.genome.ou.edu/protocol_book/protocol_index.html

The teaching material presented in class is available on the platform Moodle Faculty:

http://biologia.i-learn.unito.it/

On this platform the followinf items are available:

• pdf presentations of lessons

• pdf items used

• exercises online

• simulations of test exam online

• Forum of the students on the course topics.

 The platform is accessible via SCU credentials and registration is required for the course.

The basic texts recommended for the course are:

- Branden and Tooze: Introduction to protein structure. Second Edition - Garland Publ Inc .

- Dale and von Schantz, From genes to genomes, EdiSES Naples, 2003, or ReeceRJ, analysis of genes and genomes, EdiSES Naples, 2006.

 It is strongly recommended the use of the following material insights and additions:

- PDF presentations and lecture notes;

- Articles taken from literature as specified in class.

Finally other websites of interest are listed below: 

- www.expasy.ch

- www.rcsb.org/pdb

- http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html

- www.ncbi.nlm.nih.gov

- http://tools.nebs.com

- http://www.genome.ou.edu/protocol_book/protocol_index.html



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Orario lezioni

Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.

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Note

Curriculum Biomolecolare Cellulare.

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Moduli didattici

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Altre informazioni

http://biologia.i-learn.unito.it/course/view.php?id=330
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Ultimo aggiornamento: 04/06/2019 09:58
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