ITALIANO

Gli elementi chimici della vita: composizione elementare e
molecolare delle cellule.
Macromolecole: struttura, forma e informazione. Struttura e proprietà chimico-fisiche degli acidi
nucleici, dei polipeptidi
e delle membrane biologiche. Meccanismi genetici di base. Meccanismi di riparo del DNA ed
aberrazioni cromosomiche.
Replicazione del DNA, trascrizione e traduzione. cenni sulle tecniche di colture cellulari. Curve di crescita. Conoscenze
di base delle principali
tecniche di analisi di danno radioindotto alle biomacromolecole (tecniche immuno-istochimiche ed ibridazione molecolare).

Molecular Biology of the Cell - 7th edition. B. Alberts
Ed. Garland Science

Il corso si propone di fornire allo studente nozioni di base sui principali processi alla base della vita
cellulare ed illustrare
meccanismi biofisici tramite cui l’informazione genetica èpreservata, trascritta e trasmessa;
particolare enfasi viene posta
sulla comprensione della risposta a livello biomolecolare ad alterazioni spontanee o endogene
introducendo lo studente
all’approfondimento delle tematiche inerenti all’esposizione umana alla radiazione ionizzante ed
alle sue applicazioni in
campo biomedico

Conoscenze di base di Fisica e Chimica

Lezioni frontali ed esercitazioni

Scopo della prova di esame (orale) sarà valutare il grado di conoscenza e padronanza critica degli
argomenti trattati durante il corso.

Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso intende fornire allo studente capacità di comprensione e conoscenze di base concernenti
la biofisica molecolare e cellulare.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del corso lo studente avrà acquisito una visione generale delle principali applicazioni della
fisica per lo studio dei sistemi biologici

1. Modellizzazione di sistemi biologici .Gli elementi chimici della vita: composizione elementare e molecolare delle cellule. Cellule procariote ed eucariote. Energie e legami chimici di rilevanza biologica
2. Macromolecole: struttura, forma e informazione.
3. Proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici. Relazione tra le varie macromolecole cellulari.
4. Struttura e funzione delle proteine: unità strutturale; legame peptidico; amminoacidi e loro classificazione; differenti strutture proteiche: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria (domini proteici). Il folding o ripiegamento proteico. Principali funzioni delle proteine: enzimatiche, proteine strutturali e di trasporto.
5. Struttura e proprietà chimico-fisiche degli acidi nucleici: nucleotidi, basi puriniche e pirimidiniche. Struttura dell’RNA; ribonucleotidi e basi azotate; RNA messaggero, di trasporto e ribosomale
6. Fasi del ciclo cellulare. Meccanismi di riparo del danno al DNA sia endogeno che esogeno.
7. Cromosomi: aberrazioni e loro classificazione. Importanza delle aberrazioni cromosomiche spontanee quale biomarcatori del rischio di cancro. Loro utilizzo nella dosimetria biologica (saggio dei dicentrici e tecniche FISH.
8. Replicazione del DNA. End-replication problem: telomeri e loro ruolo nella senescenza cellulare. Senescenza cellulare radioindotta.
9. Trascrizione. Esoni ed introni. Splicing dell’mRNA. Trasporto del trascritto maturo attraverso i pori nucleari
10.Sintesi proteica: traduzione, codice genetico.
11.Regolazione dell’espressione genica
12. Struttura e funzione delle membrane biologiche: doppio strato fosfolipidico, carboidrati, proteine e altre molecole costituenti le biomembrane; compartimentazione, selezione e regolazione nel trasporto transmembrana; proprietà elettriche di membrana.
13. Preparazione e caratterizzazione di singole cellule: isolamento e crescita in coltura; tecniche di piastraggio, clonaggio e conteggio; curve di crescita per la determinazione sperimentale del tempo di duplicazione


Il programma è interamente trattato nelle slide illustrate dal docente a lezione. Per ulteriori approfondimenti è facoltativo l’utilizzo del testo “Molecular Biology of the Cell” by Alberts et al.

Italian

Chemical elements of life: elemental and molecular composition of cells. Macromolecules: structure, shape, and information. Structure and physicochemical properties of nucleic acids, polypeptides, and biological membranes. Basic genetic mechanisms. DNA repair mechanisms and chromosomal aberrations. DNA replication, transcription, and translation. Overview of cell culture techniques. Growth curves. Fundamental knowledge of the main analytical techniques for radiation-induced damage to biomacromolecules (immunohistochemical techniques and molecular hybridization).

Molecular Biology of the Cell - 7th edition. B. Alberts
Ed. Garland Science

The main goal is to provide the student with the basic notions on the main cellular processess and
illustrate the biophysical mechanisms by which the genetic information is preserved, transcribed
and trasmitted: emphasis is placed on the biomolecular processes in response to endogenous or
external alterations, thereby introducing the student to the broader field of the human exposure to
ionizing radiation and thereof applications in the biomedical field.

Basic knowledge of physics and chemistry

Lectures and exercises

An oral exam will assess the student's critical ability to discuss the taught topics.

Knowledge and understanding
The course intends to allow the student to learn and understand the basic concepts of molecular
and cellular biophysics.
Applying knowledge and understanding
At the end of the course, the student is expected to be able to apply the acquired theoretical
knowledge in the field of biophysics to the broader field of the biological effects of ionizing
radiation.

1. Modeling of biological systems. The chemical elements of life: elemental and molecular composition of cells. Prokaryotic and eukaryotic cells. Energy and chemical bonds of biological relevance.
2. Macromolecules: structure, shape, and information.
3. Proteins, lipids, carbohydrates, and nucleic acids. Relationships between various cellular macromolecules.
4. Protein structure and function: structural units; the peptide bond; amino acids and their classification; levels of protein structure: primary, secondary, tertiary, and quaternary (protein domains). Protein folding. Main functions of proteins: enzymatic, structural, and transport proteins.
5. Structure and physico-chemical properties of nucleic acids: nucleotides, purine and pyrimidine bases. RNA structure; ribonucleotides and nitrogenous bases; messenger, transfer, and ribosomal RNA.
6. Cell cycle phases. Mechanisms of DNA repair for both endogenous and exogenous damage.
7. Chromosomes: aberrations and their classification. Importance of spontaneous chromosomal aberrations as biomarkers for cancer risk. Their use in biological dosimetry (dicentric assay and FISH techniques).
8. DNA replication. The end-replication problem: telomeres and their role in cellular senescence. Radiation-induced cellular senescence.
9. Transcription. Exons and introns. mRNA splicing. Transport of the mature transcript through nuclear pores.
10. Protein synthesis: translation and the genetic code.
11. Regulation of gene expression.
12. Structure and function of biological membranes: phospholipid bilayer, carbohydrates, proteins, and other constituent molecules of biomembranes; compartmentalization, selection, and regulation in transmembrane transport; electrical properties of the membrane.
13. Preparation and characterization of single cells: isolation and growth in culture; plating, cloning, and counting techniques; growth curves for the experimental determination of doubling time.
Note on Study Materials:
The program is fully covered in the slides presented by the professor during lectures. For further in-depth study, the textbook “Molecular Biology of the Cell” by Alberts et al. is recommended as optional reading.