L'insegnamento è composto da due moduli Fondamenti di chimica organica e Fondamenti di biologia molecolare e microbiologia. Ha i seguenti obiettivi formativi:
- la conoscenza della chimica organica necessaria per un ingegnere chimico, attraverso lo studio dei composti organici (struttura, nomenclatura, tecniche comuni di caratterizzazione spettroscopica) e della loro reattività e l'interpretazione razionale dei meccanismi di reazione (natura dei reagenti, intermedi, aspetti cinetici e termodinamici, stereochimica);
- la conoscenza di base della biologia cellulare e molecolare, con particolare riferimento alla morfologia e fisiologia cellulare, ai meccanismi molecolari inerenti la trasmissione dell'informazione e l'espressione genica, ai fondamenti della biochimica cellulare;
- la conoscenza di base dei meccanismi molecolari che regolano i processi di fermentazione (produzione di monomeri e polimeri, farmaci, alimenti).
The course is made of two parts: Fundamentals of organic chemistry and Fundamentals of molecular biology and microbiology.
The first one focusses on organic chemistry and the main topics are:
– basics of organic chemistry, i.e. the organic compounds and their main reactions with their mechanisms;
– basics of UV, IR and NMR spectroscopies; – the chemical literature for organic chemists.
The second part is on molecular biology and microbiology and the main topics are:
- basics of cellular and molecular biology (cellular morphology and physiology, gene expression and biochemistry;
- basics of fermentation processes (production of: building blocks, biopolymer, biopharmaceuticals).
L'obiettivo di questa parte del corso è acquisire la conoscenza di base della biologia cellulare e molecolare, con particolare riferimento alla morfologia e fisiologia cellulare e ai meccanismi molecolari inerenti la trasmissione dell'informazione e l'espressione genica. L'allievo dovrà inoltre acquisire i fondamenti dell'applicazione dei sistemi cellulari in campo biotecnologico industriale. Quindi al termine dell'insegnamento si richiederà allo studente di: - conoscere le classi di macromolecole biologiche - conoscere la struttura cellulare e i microrganismi - conoscere i fondamenti del metabolismo cellulare.
The main objective of the second part of the course is the basic knowledge of cellular and molecular biology, in particular cellular morphology and physiology and molecular mechanisms of gene expression. Students will be able to recognize the fundamentals of cellular systems in the field of industrial biotechnology. At the end of the second part of the course, the student will be asked for: - knowledge of classes of biological macromolecules - knowledge of cellular structure and microorganisms - knowledge of cellular metabolism fundamentals
L'allievo deve conoscere i fondamenti della chimica generale, in particolare i concetti di legami chimici primari e secondari, la stechiometria, gli equilibri chimici, nonché le basi della termodinamica.
Students should know the basic concepts of general chemistry (atom structure, chemical bonding, stoichiometry, thermochemistry, chemical equilibria, kinetics).
Biologia molecolare e microbiologia Le caratteristiche fondamentali degli organismi viventi Metabolismo, informazione, riproduzione, eredità ed evoluzione. Composizione chimica della cellula Le principali molecole organiche di interesse biologico (amminoacidi, nucleotidi, glucidi, acidi grassi): struttura e funzione. Le macromolecole biologiche (polisaccaridi, lipidi, acidi nucleici e proteine). DNA, RNA e proteine L'informazione genetica e le molecole informazionali: introduzione generale e cenni storici. Struttura, funzione e metabolismo del DNA in procarioti ed eucarioti: meccanismi molecolari e regolazione dei processi di replicazione. Struttura, funzione e metabolismo degli RNA in procarioti ed eucarioti: meccanismi molecolari e regolazione del processo di trascrizione. Sintesi proteica in procarioti ed eucarioti: attivazione degli amminoacidi, codice genetico ed interazione codone-anticodone, struttura dei ribosomi, fasi della sintesi proteica. Struttura e funzione delle proteine: proteine fibrose, globulari, enzimi. Sintesi chimica di peptidi. Cenni di ingegneria proteica: la mutagenesi mirata e la manipolazione delle proteine. La tecnologia del DNA ricombinante Isolamento e caratterizzazione dei geni: enzimi di restrizione, vettori di clonaggio, preparazione e screening di banche genomiche. La manipolazione dell'espressione genica nei procarioti. La produzione di proteine ricombinanti negli eucarioti. Colture cellulari e animali transgenici Metabolismo cellulare Vie cataboliche e vie anaboliche. Energia libera delle reazioni biochimiche. Idrolisi dei composti fosforilati. Legami energetici. ATP e ADP. Metabolismo dei carboidrati: la glicolisi ed i suoi meccanismi di regolazione. La gluconeogenesi. Il ciclo degli acidi carbossilici: regolazione e significato del ciclo, vie anfiboliche, reazioni anaplerotiche. Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Sistemi cellulari in campo biotecnologico e alimentare Proprietà generali delle cellule procariotiche ed eucariotiche: struttura e organizzazione, modalità di riproduzione. Classi di microrganismi di interesse biotecnologico: batteri, lieviti, funghi filamentosi. Microbiologia industriale: principali processi e prodotti biotecnologici (biomasse microbiche, acidi organici, antibiotici) Microbiologia alimentare: microrganismi e trasformazione degli alimenti. Le tossinfezioni alimentari. Controllo della crescita microbica negli alimenti.
Characteristics of living organisms: cellular structure, metabolism, gene expression, reproduction and evolution. Chemical composition of cell. Biological organic molecules (amminoacids, nucleotides, carbohydrates, fatty acids). Biomacromolecules (polysaccharides, lipids, nucleic acids and protein). Basics of vitamins. DNA, RNA and proteins. Structure, function and metabolism of DNA and RNA: replication and transcription. Protein synthesis: amino-acid activation, genetic code, codon-anticodon interaction, ribosome structure. Protein structure and function: fibrous and globular proteins, enzymes. Chemical synthesis of peptides. Basics of protein engineering. Recombinant DNA technology. Isolation and characterization of genes: restriction enzymes, cloning vectors, microbial and cellular expression systems, pharming. Cellular metabolism. Catabolic and anabolic pathways: control of metabolic flux. ATP and "high-energy" compounds. Coupled reactions. Redox reaction. Metabolism of carbohydrates: glycolysis and gluconeogenesis. Krebs cycle: mechanisms and regulation, electron transport and oxidative phosphorilation. Cellular systems in biotechnology and food microbiology. General features of prokaryotic and eukaryotic cells: cellular structure and organization, reproduction. Microorganism classes: bacteria, yeasts, and filamentous fungi. Industrial microbiology:
biotechnological products (microbial biomasses, organic acids, antibiotics). Food microbiology: microorganisms and food interactions, food pathogens, control of microorganism growth in food.
E' prevista una attività di laboratorio relativa alla determinazione di acidi nucleici e proteine.
Molecular biology lab work includes the determination of nucleic acids and proteins in samples deriving from different sources.
I testi di riferimento consigliati per la parte di biologia sono:
B.Alberts et al., L'essenziale di biologia molecolare della cellula,II edizione, Zanichelli, Bologna 2005
I testi per approfondimenti sono:
T.A.Brown Biotecnologie molecolari Principi e tecniche, I edizione, Zanichelli, Bologna, 2007
D.L.Nelson, M.M.Cox I principi di biochimica di Lehninger, IV edizione, Zanichelli,Bologna, 2006
Handouts will be available on the web page of the course.
T.A. Brown, Biotecnologie molecolari Principi e tecniche, I edizione, Zanichelli, Bologna, 2007
D.L.Nelson, M.M.Cox, I principi di biochimica di Lehninger, V edizione, Zanichelli, Bologna, 2010.
B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter L’essenziale di Biologia molecolare della cellula, III edizione, Zanichelli, Bologna, 2011
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
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La verifica prevede una prova orale (sino ad un massimo di punti 28). Sarà inoltre valutata la relazione di laboratorio (sino ad un massimo di punti 2). Il voto complessivo dell’insegnamento è la media pesata delle valutazioni ottenute per le due parti del corso (50% per la parte di Fondamenti di Chimica Organica e 50% per la parte di Fondamenti di Biologia e Microbiologia).
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
For the part of the course on molecular biology and microbiology: oral test (maximum 28 marks). Report of results obtained in lab tests will be evaluated (maximum 2 marks). The final grade is the weight average of the marks of the two parts (50% Organic Chemistry, 50% Biology and Microbiology).
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
