SVILUPPO E EVOLUZIONE
DNA
PROTEINE
SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO
C’E’ SEMPRE BISOGNO DI UN “AMBIENTE”
per prendere dall’esterno
quello che serve per funzionare o per vivere
AMBIENTE PER CHI???
PER L’ORGANISMO
(AMBIENTE ESTERNO)
PER LE SUE SOTTO-STRUTTURE (AMBIENTE NTERNO)
AMBIENTE PER TESSUTI
AMBIENTE PER CELLULE
AMBIENTE PER MOLECOLE GRANDI E PICCOLE
AMBIENTE PER IL DNA
AMBIENTE PER IONI…..
APPROFONDIMENTO:
GLI AMBIENTI INTERNI
SONO STRETTAMENTE CORRELATI
AGLI AMBIENTI ESTERNI
DALLA LORO QUALITA’
DIPENDE IL FUNZIONAMENTO DELLE
SOTTOSTRUTTURE INTERNE,
FINO ALLE MOLECOLE PIU’ SEMPLICI
MA DA LORO DIPENDE ANCHE
LA QUALITA’ DELLA VITA
LA PRECISIONE DEI SUOI FUNZIONAMENTI
LE POSSIBILITA’ DI EVOLUZIONE
AMBIENTE PER CHI?
AMBIENTE PER CHI?
AMBIENTI
PER SEMI
UN MUTEVOLE AMBIENTE PER CELLULE
LA MUCOSA DELLO STOMACO
AMBIENTI INTERNI DIFFERENZIATI
PER CELLULE DIFFERENZIATE
CON FUNZIONI DIFFERENZIATE
NERVI, ARTERIE,CONNETTIVO…..
Coagulo sanguigno
UN AMBIENTE
PROVVISORIO
PER I
GLOBULI ROSSI
UN AMBIENTE
MOLTO BEN
CONTROLLATO
PER UNA CELLULA
NERVOSA
UNO SCHEMA:
LA MOLECOLA
DEL DNA
PURTROPPO
SENZA IL SUO
AMBIENTE
DAL
CROMOSOMA
AL DNA
COSA CI RACCONTA IL DNA?
IL DNA DI OGNUNO PORTA TRACCE,
IN UNO STESSO TEMPO,
DI DUE STORIE:
LA STORIA DELLO SVILUPPO (DAI GENITORI)
LA STORIA DELL’EVOLUZIONE (DAGLI ANTENATI)
MA L’ONTOGENESI RECAPITOLA LA FILOGENESI?
CHI SONO I RESPONSABILI
DELLO SVILUPPO E DELL’EVOLUZIONE?
DNA GENOMICO NEL SUO AMBIENTE
Sequenza in basi…. ma non solo
Doppia elica…. ma non solo
Codificazione di messaggi…. ma non solo
Il progetto genoma potrebbe parlarci di questi tre aspetti
Individualità
Appartenenza ad una specie
Appartenenza alla categoria dei viventi
Il marchingegno che serve a fare “le sostanze
specifiche e personalizzate” che compongono le
cellule di ogni organismo.
Deve funzionare in ogni cellula (quindi deve essere
presente e attivo in ogni cellula)
Deve essere uguale in ogni cellula (quindi si deve
ricopiare e trasmettere)
Deve restare fermo nel nucleo (quindi deve formare
molecole che si spostano)
Deve funzionare quando serve (quindi deve essere
sensibile a segnali e controlli ambientali)
"DENTRO" il vivente
“DENTRO “ il DNA
si devono guardare aspetti
di differenziamento
di funzionamento
e interpretare i segnali che li condizionano
I sistemi di segnalazione, di controllo, di comunicazione
rappresentano una rete di permessi e proibizioni correlate.
ASPETTO STATICO:
Quali messaggi
Quali segnali
ASPETTO DINAMICO
Efficacia dei messaggi
Efficacia dei segnali
Cioè:
Come cominciano
come finiscono
Quando cominciano
quando finiscono
Dove cominciano
dove finiscono
In relazione a che cosa, perché cambiano
L'ORGANIZZAZIONE DEI SEGNALI E DELLE RISPOSTE:
SE…. ALLORA…
SI PUO’
NON SI PUO’
NON SI PUO’ PIU’
Segnale (esterno, interno)
Presenza o assenza di una sostanza nel mezzo (induzione)
Cambiamento di forma di una sostanza nel mezzo
Cambiamento di forma … provocato da… che provoca…
ESSERE SENSIBILI AL SEGNALE
a livello di organismo, di cellula, di molecola…..
avere/essere una struttura che “si accorda” con la struttura del
segnale ( es: complementarità molecolare)
PERMESSI E PROIBIZIONI
Quale regola per il funzionamento dei viventi?
Tutto è permesso tranne quello che è proibito
(blocchi opportuni sul funzionamento)
Tutto è proibito, tranne quello che è permesso
(rimozione opportuna di blocchi esistenti
RISPONDERE AL SEGNALE
IN MODO CONDIZIONANTE E OBBLIGATORIO
modificarsi, attivarsi, funzionare da stimolo per altri processi
Si risponde con:
Trasformazioni indotte da cambiamenti di forma
Interazioni indotte dal cambiamento di forma….
Attività indotta da presenza/assenza
Comportamenti attivati o stimolati da presenza/assenza…
Segnale: i gradienti morfogenetici
Risposta: a soglia
Ricerca di multifattorialità
Cancro: malattia molecolare causata dalla mutazione di geni che regolano
la sensibilità delle cellule somatiche a particolari segnali
LA STORIA EVOLUTIVA:
I TEMPI BIOLOGICI
TEMPO LINEARE
COME FRECCIA ORIENTATA
PROCESSI CHE SI SUSSEGUONO: LA STORIA DELLA VITA
TEMPO CICLICO
PROCESSI RICORSIVI :
SI NASCE… SI CRESCE …SI VIVE
COME HANNO FATTO I NOSTRI ANTENATI
TEMPO LINEARE
LA CONTINUITA’
DELLA VITA
UN MODELLO
AD ALBERO
TAGLIATO
DAL TEMPO PRESENTE
MA QUALI SONO
LE “VERE”
ORIGINI DELLA VITA?
NEL MONDO DEI VIVENTI
LA RIPRODUZIONE
SESSUATA O ASESSUATA
ASSICURA LA CONTINUITA’ DELLE SPECIE
SOSTITUENDO GLI INDIVIDUI
CHE MUOIONO
CON NUOVI NATI
CHE RIPERCORRONO
IL CICLO VITALE
DEI LORO GENITORI
TEMPO
CICLICO
La vita degli
individui di una
stessa specie
come un ciclo
che ripercorre
sempre le stesse
fasi,
con la stessa
durata
con gli stessi
ritmi
Come si è costruito
EVOLUZIONE
Prospettive di intervento
Forma e struttura
DIFETTI GENETICI
TERAPIE GENICHE
FECONDAZIONE IN VITRO
BIOTECNOLOGIE
Le ricerche in corso
La decifrazione
INGEGNERIA
GENETICA
OGM
Come si trasmette
GENOMA UMANO
PROTEOMA
TRASCRITTOMA
I MICRO-RNA
La manipolazione
NON SOLO DOPPIA ELICA
DUPLICAZIONE
SEMICONSERVATIVA
Come funziona
Cosa contiene
TRASCRIZIONE
REGOLAZIONE
DELLA TRASCRIZIONE
ZONE CODIFICANTI
ZONE NON CODIFICANTI
ZONE SENSIBILI AI
SEGNALI DI CONTROLLO
PATRIMONIO GENETICO
GARANZIA DI INDIVIDUALITA’
Ciascuno è diverso dagli altri
GARANZIA DI APPARTENENZA
I meccanismi biologici essenziali
sono comuni a tutti i viventi
RESPONSABILE
DELLA CONSERVAZIONE
DEI MODELLI
(la stabilità delle specie)
RESPONSABILE
DEI CAMBIAMENTI
DEL MODELLO
(l’evoluzione delle specie)
SENSIBILE AI CAMBIAMENTI
DEL SISTEMA AMBIENTE
in cui attua le sue potenzialità
La specificità
individuale
La specificità individuale
I cromosomi parentali hanno
I cromosomi
parentali
alleli
diversi inhanno
quantoalleli
hanno
diversi in quanto
hanno
subito storie
subito storie
evolutive
diverse
Nella meiosi
evolutive diverse.
gli omologhi si scambiano dei
pezzi, dando origine a gameti
Nella meiosi
(parentale)
aploidi con
associazioni di
geniomologhi
totalmente nuove.
i cromosoçmi
Nella
si
si scambiano
deifecondazione
pezzi,
ricostituisce un organismo
dando origine
a gameti aploidi,
diploide
maschili o femminili
con associazioni genetiche
totalmente nuove
Nella fecondazione
i gameti maschili e femminili si uniscono
formando un organismo diploide e
portando nel nuovo individuo
i geni dei loro genitori
I PROBLEMI DELLO
SVILUPPO EMBRIONALE
LA SEQUENZIALITA’
DELLE FASI
LA ORGANIZZAZIONE
DELLE PARTI
LA ORGANIZZAZIONE
DELLE FUNZIONI
I CAMBIAMENTI
PROGRESSIVI
IMMAGINARE
L’INVISIBILE
LE PARTI CHE PRENDONO
FORMA
LE PARTI CHE SI
ORGANIZZANO
LE PARTI CHE
FUNZIONANO
LA CRESCITA
COERENTE
LE DIFFERENZE CON
GLI ADULTI
LE TRASFORMAZIONI
PROGRESSIVE
IL CONTINUO
CAMBIAMENTO NEL
TEMPO
PER FORMARE UN INDIVIDUO
BISOGNA FARE LE PROTEINE GIUSTE
NEL MOMENTO GIUSTO
AL POSTO GIUSTO
L’INFORMAZIONE PER FARLE NON BASTA
SERVONO
ACCURATISSIMI SISTEMI DI CONTROLLO
SUL FUNZIONAMENTO DEL DNA:
DI QUESTO SI OCCUPANO I MODERNISSIMI STUDI DI
EPIGENETICA
I CONTROLLI
SONO PROTEINE CODIFICATE DAL DNA STESSO
SONO MICRO-RNA
CAPACI DI ATTIVARE, BLOCCARE, REGOLARE
LE SINTESI DI ALTRE PROTEINE
NELLO SVILUPPO E NELLA EVOLUZIONE
INTERVENGONO RESPONSABILI GENETICI:
I GENI STRUTTURALI
e I GENI DEI CONTROLLORI DEI GENI
INTERVENGONO RESPONSABILI AMBIENTALI:
CAMBIAMENTI E MUTAZIONI CASUALI
DEI RESPONSABILI GENETICI
LA SELEZIONE SUGLI ORGANISMI
CAMBIAMENTI DEGLI AMBIENTI ESTERNI ED INTERNI
INTERFERENZE SUL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI DI
CONTROLLO
UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE
RNA POLIMERASI
E DNA
UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE
Regulation of Gene Expression
Young Lab Home Page
I CONTROLLI SUI MECCANISMI MOLECOLARI
La RNA polimerasi riconosce il posto giusto sul DNA
e i posti giusti per le proteine che regolano la sintesi degli RNA
Le tante componenti di un complicato sistema di controllo
che devono riconoscersi e interagire reciprocamente
Complesso multiproteico
di un mediatore di lievito
Complesso multiproteico
di un mediatore umano
In scuro
sono rappresentate
le proteine omologhe
Le differenze evolutive: qualche conto
Nei tempi evolutivi si sono stabilizzate piccole differenze tra i
DNA delle diverse specie, sia a livello dei geni strutturali che dei
meccanismi di controllo. Le mutazioni efficaci sono solo
quelle che incidono su quel 5% del DNA che svolge funzioni
codificanti.
Il DNA dell’uomo ha circa 3 miliardi di basi
Le differenze tra due umani: circa 3 milioni di basi, lo 0,01%
Le differenze tra uomo e scimpanzè: circa l’1,2 %
(36 milioni di coppie di basi diverse)
Le somiglianze tra uomo e topo: circa il 70%
I cromosomi di topo contengono sostanzialmente gli stessi geni
dell’uomo che, per il 96% si trovano anche nello stesso ordine
NELLE DIVERSE CELLULE DI UN ORGANISMO
I GENI SONO UGUALI
NELLE DIVERSE SPECIE
LE DIFFERENZE TRA I GENI SONO POCHE
MA
LE DIFFERENZE SI GENERANO
DAI CAMBIAMENTI EVOLUTIVI
NEI LUOGHI, NEI MOMENTI E NELLE QUANTITA’
IN CUI I GENI VENGONO ESPRESSI
SONO DIVERSI I MODI
DI ATTIVARE E DI DISATTIVARE AL MOMENTO GIUSTO
I GENI REGOLATORI
E DI ASSEMBLARE FUNZIONALMENTE
I LORO PRODOTTI ( LE PROTEINE DI CONTROLLO)