Struttura primaria e secondaria del DNA: la doppia elica di Crick e Watson; strutture secondarie particolari. Interazioni deboli responsabili della struttura secondaria. La stabilità della doppia elica e la sua dipendenza dalle caratteristiche intrinseche del DNA (composizione, sequenza, lunghezza del duplex) ed ambientali (temperatura, forza ionica, pH, cosoluti), nonchè dall'interazione con proteine o altre biomolecole. Aspetti termodinamici e cinetici nei processi di denaturazione e rinaturazione del DNA; complessità dei genomi, procariotici, eucariotici e virali.

Il DNA circolare covalentemente chiuso e le proprietà collegate alla topologia: numero di connessione, avvolgimento e superavvolgimento. Azione delle topoisomerasi di classe I e II, e topoisomeri plasmidici. Analisi di DNA tramite elettroforesi di DNA in poliacrilammide ed in agarosio. Effetto degli intercalanti tramite modifica dell'avvolgimento; effetto dell'interazione con gli istoni sul superavvolgimento. Struttura della cromatina.

La sintesi chimica di oligonucleotidi su supporto solido. Il metodo del fosforoamidito. Resa della reazione, purificazione, funzionalizzazioni post-sintetiche: derivatizzazione con biotina o fluorofori.

Il sequenziamento del DNA secondo il metodo di Maxam e Gilbert. Marcatura del DNA con radioisotopi. Traccianti isotopici in Biologia molecolare ed in Biochimica: semivita, tipo di decadimento, dosaggio; considerazioni sulla sicurezza nella loro manipolazione.

La replicazione del DNA. Proprietà generali delle DNA polimerasi. DNA polimerasi di Escherichia coli, origini di replicazione, proteine accessorie, terminazione. DNA polimerasi eucariotiche. La replicazione del DNA telomerico negli eucarioti.

Il sequenziamento del DNA secondo il metodo di Sanger. L'amplificazione del DNA tramite la reazione a catena della polimerasi (PCR).

Mutagenesi chimica: alchilanti delle basi, deaminanti delle basi, alogeno-analoghi delle basi, intercalanti, addotti covalenti con le basi, con esempi di sistemi di riparo. Mutagenesi da agenti fisici, in particolare UV: dimeri di pirimidine e loro riparo.

La trascrizione genica e la RNA polimerasi di Escherichia coli. I promotori di trascrizione. Le RNA polimerasi eucariotiche I, II e III; elementi caratteristici dei loro promotori. Il processamento dei trascritti primari per i t-RNA ed r-RNA; autosplicing negli r-RNA; il processamento dell'hn-RNA negli eucarioti e lo splicing.

La biosintesi proteica: struttura dei ribosomi; codice genetico; struttura dei t-RNA, loro modifiche post-trascrizionali, riconoscimento codone-anticodone e wobbling, amminoacil-tRNA-sintetasi e loro azione; fattori di inizio, elongazione e terminazione, in procarioti ed eucarioti.

La regolazione dell'espressione genica nei procarioti: operoni, operatori, repressori, induttori, attivatori; esempi: gli operoni del lattosio e del triptofano.

Il batteriofago lambda: struttura del fago e del suo genoma; ciclo litico, ciclo lisogenico e loro regolazione: promotori, operatori, repressori, antiterminatori, integrasi ed escissionasi.

La tecnologia del DNA ricombinante: endonucleasi di restrizione, vettori plasmidici e fagici; vettori di espressione; trasformazione di batteri; genoteche di c-DNA e di DNA genomico; selezione e vaglio. Tecniche di blotting. Tecniche di mutagenesi mirata.

Il sistema immunitario: linfociti B, immunoglobuline e relativo complesso genico; linfociti T, loro recettori di membrana e relativo complesso genico. MHC: proteine di classe I e II, loro geni e relativo polimorfismo. Filogenesi della famiglia.

La famiglia delle globine e dei loro geni. Filogenesi delle globine, analisi comparative sulle sequenze amminoacidiche e nucleotidiche e teoria dell'orologio molecolare; mutazioni nei geni delle globine nell'uomo e patologie conseguenti dal punto di vista molecolare.

La spettrometria di risonanza magnetica nucleare: scopi, principio fisico: proprietà magnetiche dei nuclei, effetto di una radiofrequenza in presenza di un campo magnetico statico; shift chimico e spettri NMR, rilassamento longitudinale e trasversale, J-J coupling; spettrometri CW e ad impulsi (FID), trasformata di Fourier. L'effetto nucleare Overhauser, spettri bidimensionali NOESY e COSY (cenni). NMR e dinamica molecolare. NMR imaging (cenni). EPR (cenni). Confronto tra NMR e cristallografia quali metodi di indagine sulla struttura di biomolecole.