Biologia molecolare BIOLOGIA MOLECOLARE

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2 Indice dei capitoli modulo A Dalla scoperta del DNA al codice genetico capitolo 1 - Introduzione alla Biologia Molecolare capitolo 2 - Struttura degli acidi nucleici capitolo 3 - Il codice genetico modulo B Organizzazione ed evoluzione di geni, cromosomi e genomi capitolo 4 - Impacchettamento del DNA genomico: cromosomi e cromatina capitolo 5 - I genomi procariotici ed eucariotici modulo C Replicazione e mantenimento del DNA capitolo 6 - La replicazione del DNA capitolo 7 - La riparazione del DNA capitolo 8 - La ricombinazione modulo D La trascrizione e le sue regolazioni capitolo 9 - Trascrizione nei procarioti capitolo 10 - La regolazione della trascrizione nei procarioti capitolo 11 - Trascrizione e regolazione negli eucarioti modulo E La maturazione dell RNA capitolo 12 - Maturazione mediante tagli endonucleolitici ed esonucleolitici capitolo 13 - Modificazioni chimiche dell RNA capitolo 14 - Modificazioni delle sequenze nucleotidiche modulo F La traduzione e le sue regolazioni capitolo 15 - Apparato di traduzione e suoi componenti capitolo 16 - Meccanismo della sintesi proteica capitolo 17 - Regolazioni della traduzione modulo G Regolazione a livello del DNA e regolazioni epigenetiche capitolo 18 - Meccansimi di regolazione a livello del DNA capitolo 19 - Regolazione epigenetiche: metilazione del DNA e rimodellamento della cromatina capitolo 20 - Modificazioni e regolazioni post-traduzionali modulo H Approcci, tecniche e modelli in Biologia Molecolare capitolo 21 - Le tecniche della biologia molecolare capitolo 22 - Bioinformatica e genomica capitolo 23 - Organismi modello

3 Indice generale modulo A Dalla scoperta del DNA al codice genetico Capitolo 1 Introduzione alla Biologia Molecolare Cos è la Biologia Molecolare? Il gruppo del fago e la nascita della Biologia Molecolare. Dalla scoperta del DNA alla dimostrazione del suo ruolo come materiale genetico. Capitolo 2 Struttura degli acidi nucleici Struttura fisica del DNA: la scoperta della struttura a doppia elica. Stabilità della doppia elica di DNA in soluzione. Strutture alternative e strutture topoisomerasi superiori degli acidi nucleici. La topologia del DNA e le DNA Topoisomerasi. La struttura dell RNA. 1 - The RNA tie club o il Club della cravatta a RNA Capitolo 3 Il codice genetico Il dogma centrale e prime ipotesi sul codice genetico. La decifrazione del codice genetico. Mutazioni e codice genetico. Struttura del codice genetico e sue proprietà. Origine ed evoluzione del codice genetico. 1 - L origine del nome Amber supressor modulo B Organizzazione ed evoluzione di geni, cromosomi e genomi Capitolo 4 Impacchettamento del DNA genomico: cromosomi e cromatina Impacchettamento dei genomi virali. Impacchettamento del genoma batterico. Organizzazione e impacchettamento del DNA eucariotico. Cromatina interfasica e cromosomi mitotici. Organizzazioni atipiche di cromosomi e genomi. Centromeri. Telomeri. Nucleosomi e proprietà funzionali della cromatina. Capitolo 5 I genomi procariotici ed eucariotici L era genomica. I genomi procariotici. I genomi eucariotici. Il genoma mitocondriale. Il genoma dei cloroplasti. modulo C Replicazione e mantenimento del DNA Capitolo 6 La replicazione del DNA La replicazione semiconservativa del DNA. Il modello del replicone. Identificazione delle origini di replicazione. Il meccanismo della replicazione. Il meccanismo della replicazione del DNA negli eucarioti. Il problema della replicazione dei telomeri nella replicazione delle molecole di DNA lineari. 1 - Mappatura fisica delle origini di replicazione 2 - Isolamento di mutazioni temperatura-sensibili in Escherichia coli 3 - Le DNA polimerasi di E. coli 4 - Purificazione di una proteina e saggio di complementazione in vitro 5 - Diversi modalità vengono utilizzate per generare l estremità 3 OH richiesta come innesco da diverse DNA polimerasi Il controllo della replicazione del DNA durante il ciclo cellulare Capitolo 7 - La riparazione del DNA Le mutazioni. I sistemi di riparazione del DNA. La risposta cellulare a danni sul DNA e le connessioni tra riparazione e ciclo cellulare. 1 - I meccanismi di riparazione sono funzionalmente conservati in tutti gli organismi viventi dai procarioti agli eucarioti.

4 Capitolo 8 La ricombinazione Introduzione e ricombinazione in meiosi. Ricombinazione omologa o generalizzata. La trasposizione. 1 - La conversione genica 2 - Le proprietà e il ciclo vitale del batteriofago 3 - Gli elementi genetici mobili nei batteri modulo D La trascrizione e le sue regolazioni Capitolo 9 Trascrizione nei procarioti L RNA polimerasi Le tre fasi della trascrizione La struttura della RNA polimerasi La fase di inizio della sintesi dell RNA Promotori e il fattore sigma Diversi fattori sigma controllano promotori diversi Topologia e trascrizione La terminazione della trascrizione nei procarioti Terminatori intrinseci e terminatori Rho dipendenti L antiterminazione Terminatori e attuazione Capitolo 10 La regolazione della trascrizione nei procarioti La regolazione dell espressione dei geni L operone lac Operoni inducibili e reprimibili, controlli negativi e controlli positivi Attivazioni e modificazioni allosteriche Operone del triptofano Il controllo dell espressione genica nel fago lambda 1 - Gli esperimenti di Jacob e Monod 2 - Identificazioni di mutanti della regione di controllo Capitolo 11 Trascrizione e regolazione negli eucarioti Tre sistemi di trascrizione nel nucleo Il promotore dei geni per gli rrna e i fattori che regolano la trascrizione della RNA polimerasi I RNA polimerasi III: i promotori di Pol III interni ed esterni e i suoi fattori di trascrizione RNA polimerasi II: la struttura del promotore minimo di Pol II Regolazione Struttura modulare e domini dei fattori di trascrizione (trans-attivatori) Domini funzionali dei transattivatori: domini di legame al DNA 1 -La scoperta del mediatore modulo E La maturazione dell RNA Capitolo 12 Maturazione mediante tagli endonucleolitici ed esonucleolitici Processing degli rrna nei procarioti e negli eucarioti. Processing dei trna nei procarioti e negli eucarioti. Ribozimi autocatalitici a testa di martello. Capitolo 13 Modificazioni chimiche dell RNA Modificazioni chimiche degli rrna eucariotici. Aggiunta del Cap agli mrna eucariotici. Poliadenilazione e terminazione della trascrizione degli mrna eucariotici. Funzioni della coda di poly(a). Turnover della coda di poly(a). Poliadenilazione nei procarioti e negli organelli. 1 - Il nucleolo Capitolo 14 Modificazioni delle sequenze nucleotidiche Gli eventi post-trascrizionali nella maturazione degli mrna eucariotici. Splicing dell RNA. Il meccanismo dello splicing. Lo spliceosoma. Gli introni autocatalitici di gruppo I e II. RNA splicing. Trans-splicing. Accoppiamento tra splicing e trascrizione. Lo splicing alternativo. Regolazione dello splicing. Editing dell RNA. Traslocazione nucleo-citoplasmatica degli RNA. Maturazione dei microrna. 1 - Splicing e patologie.

5 modulo F La traduzione e le sue regolazioni Capitolo 15 Apparato di traduzione e suoi componenti Ribosoma. RNA transfer (trna, RNA di trasferimento). ed amminoacil-trna sintetasi. RNA messaggero (mrna). Capitolo 16 Meccanismo della sintesi proteica Inizio nei procarioti. Inizio negli eucarioti. Allungamento. Terminazione. Bilancio energetico. Velocità e accuratezza della sintesi proteica. La traduzione a livello strutturale. Capitolo 17 Regolazioni della traduzione Regolazione generale della traduzione. Regolazioni traduzionali di geni specifici. Regolazione della stabilità degli mrna. Controllo della traduzione e stabilità degli mrna da parte di RNA regolatori. srna procariotici. Riboswitch. MicroRNA. Trasporto e localizzazione degli mrna. Granuli citoplasmatici di RNA. 1 - Quanti differenti amminoacidi esitono, quanti sono presenti nelle proteine e quanti sono codificati dal codice genetico? 2 - La coda di poli(a) come maniglia per purificare l mrna. 3 - Mimetismo molecolare dei fattori che interagiscono con il sito A del ribosoma. 4 - Sistemi di sintesi proteica in vitro. 5 - Inibitori della sintesi proteica e antibiotici. 6 - Patologie dell apparato di traduzione. modulo G Regolazione a livello del DNA e regolazioni epigenetiche Capitolo 18 Meccansimi di regolazione a livello del DNA Cambiamenti quantitativi delle sequenze genomiche. Amplificazione genica. Politenizzazione. Diminuzione genica. Macro e micronucleo dei protozoi ciliati. Riarrangiamenti delle sequenze DNA. Variazione di fase di Salmonella. Cambiamento del tipo sessuale in lievito (locus MAT). Variazione antigenica in di Tripanosoma (Geni VSG). Ricombinazione V(D)J nei vertebrati. Capitolo 19 - Regolazione epigenetiche: metilazione del DNA e rimodellamento della cromatina Metilazione del DNA ed espressione genica. La metilazione del DNA genomico nei mammiferi. Imprinting genetico. Rimodellamento della cromatina. Modificazioni post-traduzionali degli istoni. Complessi di rimodellamento (Rimodellatori) ATP-dipendenti. Sostituzione di varianti istoniche. 1 - Identificazione delle CpG metilate nel DNA genomico. 2 - Epigenesi, epigenetica e regolazioni epigenetiche. 3 - Regolazioni epigenetiche e patologia. Capitolo 20 Modificazioni e regolazioni post-traduzionali Stabilità e processamento di proteine. Ubiquitinazione di proteine Sumulazione di proteine. Fosforilazione e defosforilazione di proteine Acetilazione di proteine Metilazione di proteine Glicosilazione e modificazioni lipidiche di proteine. modulo H Approcci, tecniche e modelli in Biologia Molecolare Capitolo 21 Le tecniche della biologia molecolare Denaturazione e riassociazione del DNA e tecniche derivate. Uso di sonde di DNA per l identificazione e analisi di sequenze nucleotidiche. Ultracentrifugazione. Tecnologie di base per l isolamento e la manipolazione di geni.

6 Le banche di DNA. PCR (Polymerase Chain Reaction). Determinazione della sequenza nucleotidica del DNA. Le piattaforme di sequenziamento di nuova generazione. Valutazione dell espressione di un gene. Interazioni tra macromolecole biologiche. 1 - La marcatura del DNA con atomi radioattivi. 2 - Ultracentrifuga analitica. 3 - Utilizzo dell elettroforesi per separare molecole di acidi nucleici e proteine. 4 - Il Northern blotting e il Western blotting. 5 - Mutagenesi sito-specifica o mutagenesi mirata. 1 - Rappresentazione di motivi regolatori mediante il sequence logo. Capitolo 23 Organismi modello Il lievito Saccharomyces cerevisiae. Il moscerino della frutta Drosophila melanogaster. Il nematode Caenorhabditis elegans. L anfibio Xenopus laevis e il suo successore Xenopus tropicalis. Il pesce Danio rerio zebrafish. Il topo comune Mus musculus. La pianta Arabidopsis thaliana. Capitolo 22 Bioinformatica e genomica Sequenziamento e assemblaggio di genomi completi. Sequenziamento del trascrittoma. Identificazione e annotazione di geni. Identificazione e annotazione di regioni regolatorie. Confronto e allineamento di sequenze. Annotazione delle sequenze proteiche. Le banche dati e i browser genomici. Evoluzione molecolare. gli autori Francesco Amaldi Università degli Studi di Roma Tor Vergata Piero Benedetti Università degli Studi di Padova Graziano Pesole Università degli Studi di Bari Paolo Plevani Università degli Studi di Milano