DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOMEDICHE E BIOTECNOLOGICHE
Corso di laurea in Biotecnologie
Anno accademico 2021/2022 - 1° anno - Curriculum
BIOTECNOLOGIE BIOMEDICHE, Curriculum BIOTECNOLOGIE AGRARIE e Curriculum BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE
BIOLOGIA GENERALE E BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI A - L
12 CFU - 1° e 2° semestre
Docenti titolari dell'insegnamento
MARCO RAGUSA - Modulo BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA - BIO/13 - 6 CFU Email: mragusa@unict.it
Edificio / Indirizzo: Via Santa Sofia 97 - Torri Biologiche, Torre Sud, secondo piano Telefono: 095-4781486
Orario ricevimento: tutti i giorni previo appuntamento via email
FLORIANA CAMPANILE - Modulo BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI - BIO/19 - 6 CFU Email: f.campanile@unict.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche (BIOMETEC) Via Santa Sofia n. 97 Torre Biologica 95123 Catania
Telefono: 0954781238
Orario ricevimento: 9,00-12,00
OBIETTIVI FORMATIVI
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Il corso ha l'intento di fornire le informazioni per comprendere i principi generali su 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 acquisite dallo studente saranno
- l'apprendimento delle basi chimiche e molecolari della vita, e l'applicazione di queste conoscenze allo studio della struttura e delle funzioni della cellula procariotica ed eucariotica
- l'apprendimento dei meccanismi di base di duplicazione, trasmissione ed espressione dell’informazione genica
- l'apprendimento delle nozioni fondamentali riguardanti la produzione di energia e le trasformazioni energetiche nei viventi
-la comprensione dei meccanismi fondamentali dello sviluppo e del differenziamento, e la loro applicazione a studi avanzati di biologia cellulare e biotecnologie
-l'apprendimento di nozioni generali sui Regni dei viventi e sui principali organismi modello di interesse biotecnologico e biomedico
- lo sviluppo della capacità di comunicare le informazioni acquisite tramite una corretta terminologia
- lo sviluppo dell'abilità di esporre in modo sintetico e chiaro le informazioni rilevanti, analizzandole in modo logico e critico.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Fornire le principali conoscenze su batteri, virus e funghi e sulle loro principali caratteristiche morfo-funzionali; fornire le conoscenze di base sui meccanismi della genetica dei microrganismi;
nell’ambito dell’organizzazione strutturale dei microrganismi, individuare le strutture/funzioni necessarie per effettuare i processi metabolici e la replicazione e per determinare
l’infezione/malattia nell’ospite; correlare il fenomeno della variazione e mutazione dei
microrganismi con l’azione patogena e la resistenza a sostanze antimicrobiche; introdurre i concetti di base per l’impiego microbico nei processi di biotrasformazione
MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'INSEGNAMENTO
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATAIl corso è organizzato in 35 ore di didattica frontale tramite lezioni con l’ausilio di diapositive e filmati e 12 ore di esercitazioni in aula
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 syllabus.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI Lezioni frontali.
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 syllabus.
PREREQUISITI RICHIESTI
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Lo studente deve avere acquisito le conoscenze di base nel campo della Biologia fornite dai normali programmi di studio delle scuole superiori.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Conoscenze di Chimica generale e inorganica e Chimica Organica.
FREQUENZA LEZIONI
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Frequenza obbligatoria. E’ richiesta la frequenza del corso per almeno il 70% delle lezioni per
essere ammessi all’esame conclusivo del corso.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI Obbligatoria
CONTENUTI DEL CORSO
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Introduzione alla biologia e metodi di studio della vita. Origine della vita e suddivisione dei viventi.
Procarioti e Eucarioti. Generalità sulla chimica dei viventi: glucidi e lipidi, amminoacidi e proteine, nucleotidi e acidi nucleici. Eubatteri e Archeobatteri. Origine della cellula eucariotica: la cellula animale e vegetale. Organelli degli Eucarioti ed entità biologiche di complessa classificazione.
Membrane cellulari e trasporto di membrana. Il nucleo eucariotico e la struttura del cromosoma eucariotico. Struttura e replicazione del DNA. Trasmissione dell’informazione genetica: il codice genetico e la trascrizione. Ribosomi, traduzione e sintesi proteica. Controllo dell’espressione genica: modificazioni post-trascrizionali e post-traduzionali. Il citoscheletro e la comunicazione cellulare. Ciclo cellulare e mitosi. Meiosi e gametogenesi. Sviluppo embrionale, tipi di uova e stadi di sviluppo negli animali. Virus a DNA e a RNA, retrovirus e prioni. I Protisti. Energia, metabolismo e produzione di energia nei viventi. I mitocondri, la fosforilazione ossidativa e il genoma
mitocondriale. Elementi di biologia delle piante. La fotosintesi, il genoma del cloroplasto e il mondo vegetale. Basi biologiche dell’estrema diversità del mondo animale. Lo sviluppo e i principali phyla animali. I principali organismi modello e i loro genomi.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
1) Microbiologia: origine ed evoluzione
Definizione; scopi ed importanza della microbiologia; i microrganismi e i loro ambienti naturali; i microrganismi come causa di malattie; gli effetti indotti dai microrganismi sulla sostanza organica ed inorganica.
Storia della microbiologia: le origini, l'era della microbiologia generale; la scoperta della diversità microbica; gli inizi della microbiologia moderna; l'avvento delle biotecnologie: il presente ed il futuro.
L'albero della vita; le prime forme di vita; la teoria dell'endosimbiosi; la vita ad RNA; la tassonomia classica; l'orologio molecolare; come si misura l'evoluzione molecolare; il concetto di specie in microbiologia.
2) L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi
Il microscopio ottico; la microscopia tridimensionale: a contrasto di fase, a forza atomica, confocale;
la microscopia elettronica e a fluorescenza; preparazione e colorazione dei campioni.
3) Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica
Il peptidoglicano e la parete cellulare; la membrana cellulare ed i sistemi di trasporto; la membrana esterna dei Gram -
Le strutture di superficie, gli annessi citoplasmatici; l'apparato di locomozione: flagelli e
chemiotassi
4) Metabolismo microbico: I parte energetica.
La torre biologica; gli enzimi come catalizzatori; le reazioni energetiche; la fosforilazione ossidativa 5) Metabolismo microbico: II parte biosintetica
Respirazione aerobica, anaerobica e fermentazioni: Glicolisi e ciclo di Krebs, via dei pentoso-fosfati, shunt dell'esoso-monofosfato;
6) Diversità metabolica:
La fototrofia (fotosintesi anossigenica); la chemiolitotrofia; la fissazione dell'azoto.
7) Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita
Moltiplicazione cellulare; misura dell’accrescimento dei microrganismi; valutazione della massa cellulare; accrescimento batterico; matematica dell’accrescimento batterico; curva di crescita di una coltura batterica; crescita sincrona e metodi di sincronizzazione; colture continue; fattori che influenzano la crescita dei microrganismi; crescita dei microrganismi in ambiente naturale.
8) I metodi della microbiologia
Isolamento e coltura pura; i principi della nutrizione microbica, i terreni di coltura; la sterilizzazione;
parametri chimico-fisici che regolano la crescita microbica.
9) Antibiotici
Meccanismi d’azione e meccanismi di resistenza 10) Mutazioni
Adattamento fisiologico; adattamento genetico; origine della variazione genetica; test di fluttuazione, replica plating; tasso di mutazione; mutazioni puntiformi; origine e natura chimica delle mutazioni spontanee, reversioni; mutagenesi indotta; tipi di mutanti; nomenclatura dei mutanti.
11) Genetica dei microrganismi
Ricombinazione omologa e sito specifica. Sistemi di trasferimento di materiale genetico nei batteri:
trasformazione e competenza nei batteri Gram-positivi e negativi. Plasmidi: organizzazione e struttura; coniugazione; Formazione ceppi Hfr; Traduzione generalizzata e specializzata. Elementi genetici trasponibili: sequenze d’inserzione (IS) e trasposoni; sistemi di replicazione: conservativa e replicativa.
12) Regolazione del metabolismo nei procarioti
Regolazione della sintesi delle proteine; utilizzazione del lattosio in E.coli; Induzione; Geni di controllo; Teoria dell’operone; mutanti costitutivi (I-, Oc); repressore; promotore. Regolazione dell’espressione genica: proteina allosterica, sistemi feed-back. Isoenzimi. Variazione di fase in Salmonella. Sistemi regolazione associati ai fattori sigma; controllo positivo e negativo: operon lac
ed arginina; operon maltosio; operone triptofano; polarità; crescita diauxica; regolazione globale;
attenuazione.
13) La spora batterica, esempio di differenziamento cellulare nei procarioti
Struttura; analisi genetica e molecolare: regolazione del processo di sporulazione e fattori sigma alternativi; germinazione.
14) I virus
Caratteristiche generali e strategie replicative; classi replicative virali.
TESTI DI RIFERIMENTO
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
Hillis et al., Fondamenti di Biologia - Zanichelli Savada et al., Elementi di Biologia e Genetica Ultime edizioni disponibili
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
1) Brock. Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale. Pearson Editore.
2) Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi. Casa editrice Ambrosiana.
ALTRO MATERIALE DIDATTICO
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA Studium
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI Studium
PROGRAMMAZIONE DEL CORSO
BIOLOGIA GENERALE E APPLICATAArgomenti Riferimenti testi
1 Macromolecole biologiche Hillis et al., Savada et al.
2 Origine della vita e suddivisione dei viventi. Hillis et al., Savada et al.
3 Origine della cellula eucariotica: la cellula animale e vegetale.
Hillis et al., Savada et al.
4 Membrane cellulari e trasporto di membrana.
Hillis et al., Savada et al.
5 Il nucleo eucariotico e la struttura del cromosoma eucariotico
Hillis et al., Savada et al.
6 Struttura e replicazione del DNA Hillis et al., Savada et al.
7 Trascrizione e maturazione degli RNA Hillis et al., Savada et al.
8 Ribosomi, tRNA e sintesi proteica Hillis et al., Savada et al.
9 Il citoscheletro e la comunicazione cellulare. Hillis et al., Savada et al.
10 Ciclo cellulare e mitosi Hillis et al., Savada et al.
11 Meiosi e gametogenesi. Hillis et al., Savada et al.
12 Energia, metabolismo e produzione di energia nei viventi.
Hillis et al., Savada et al.
13 I mitocondri Hillis et al., Savada et al.
14 Elementi di biologia delle piante Hillis et al., Savada et al.
15 Le cellule del Sangue Hillis et al., Savada et al.
16 Meccanismi di Trasduzione del Segnale Hillis et al., Savada et al.
17 Apoptosi Hillis et al., Savada et al.
18 Cellule Staminali Hillis et al., Savada et al.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
Argomenti Riferimenti testi
1 Microbiologia: origine ed evoluzione Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
2 L'infinitamente piccolo va osservato per mezzo del microscopio: metodi
Brock. Biologia dei microrganismi
3 Natura del mondo microbico: struttura e funzione della cellula procariotica
Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
4 Metabolismo microbico: I parte energetica. Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
5 Metabolismo microbico: II parte biosintetica Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
6 Diversità metabolica Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
7 Sviluppo e colture batteriche - La crescita microbica - Influenza dell’ambiente sulla crescita
Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
8 I metodi della microbiologia Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
9 Antibiotici Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei
microrganismi.
10 Regolazione del metabolismo nei procarioti Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
11 La spora batterica, esempio di
differenziamento cellulare nei procarioti
Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
12 Mutazioni Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e
Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
13 Genetica dei microrganismi Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
14 I virus Brock. Biologia dei microrganismi Gianni Dehò e
Enrica Galli. Biologia dei microrganismi.
VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA
La verifica dell'apprendimento avverrà con un esame orale alla fine del corso.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA
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. E' possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche.
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI
- Test in itinere (se le condizioni lo permettono).
- Colloquio orale.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA
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. E' possibile rivolgersi anche al referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI BIOLOGIA GENERALE E APPLICATA Struttura e funzione delle membrane Ruolo dei mitocondri
Regolazione genica post-trascrizionale Struttura del genoma umano
BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI Nessuno
