DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE.

Presentazione sul tema: "DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE."— Transcript della presentazione:

1 DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE

2 CE SEMPRE BISOGNO DI UN AMBIENTE per prendere dallesterno quello che serve per funzionare o per vivere AMBIENTE PER CHI??? PER LORGANISMO (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…..

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4 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 APPROFONDIMENTO:

5 AMBIENTE PER CHI?

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7 AMBIENTI PER SEMI

8 UN MUTEVOLE AMBIENTE PER CELLULE LA MUCOSA DELLO STOMACO

9 AMBIENTI INTERNI DIFFERENZIATI PER CELLULE DIFFERENZIATE CON FUNZIONI DIFFERENZIATE NERVI, ARTERIE,CONNETTIVO…..

10 Coagulo sanguigno UN AMBIENTE PROVVISORIO PER I GLOBULI ROSSI

11 UN AMBIENTE MOLTO BEN CONTROLLATO PER UNA CELLULA NERVOSA

12 UNO SCHEMA: LA MOLECOLA DEL DNA PURTROPPO SENZA IL SUO AMBIENTE

13 DAL CROMOSOMA AL DNA

14 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 DELLEVOLUZIONE (DAGLI ANTENATI) MA LONTOGENESI RECAPITOLA LA FILOGENESI? CHI SONO I RESPONSABILI DELLO SVILUPPO E DELLEVOLUZIONE?

15 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

16 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)

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18 "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: ASPETTO DINAMICO Quali messaggi Efficacia dei messaggi Quali segnali Efficacia dei segnali Cioè: Come comincianocome finiscono Quando comincianoquando finiscono Dove comincianodove finiscono In relazione a che cosa, perché cambiano

19 L'ORGANIZZAZIONE DEI SEGNALI E DELLE RISPOSTE: SI PUO SE…. ALLORA…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)

20 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

21 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

22 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

23 LA CONTINUITA DELLA VITA UN MODELLO AD ALBERO TAGLIATO DAL TEMPO PRESENTE MA QUALI SONO LE VERE ORIGINI DELLA VITA? TEMPO LINEARE

24 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

25 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

26 Come si è costruito EVOLUZIONE Forma e struttura NON SOLO DOPPIA ELICA Prospettive di intervento DIFETTI GENETICI TERAPIE GENICHE FECONDAZIONE IN VITRO BIOTECNOLOGIE Come si trasmette DUPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA Come funziona TRASCRIZIONE REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE Cosa contiene ZONE CODIFICANTI ZONE NON CODIFICANTI ZONE SENSIBILI AI SEGNALI DI CONTROLLO Le ricerche in corso La decifrazione PROTEOMA TRASCRITTOMA I MICRO-RNA La manipolazione INGEGNERIA GENETICA OGM GENOMA UMANO

27 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 (levoluzione delle specie) SENSIBILE AI CAMBIAMENTI DEL SISTEMA AMBIENTE in cui attua le sue potenzialità

28 La specificità individuale I cromosomi parentali hanno alleli diversi in quanto hanno subito storie evolutive diverse. Nella meiosi (parentale) i cromosoçmi omologhi si scambiano dei pezzi, dando origine a gameti aploidi, 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

29 I PROBLEMI DELLO SVILUPPO EMBRIONALE LA SEQUENZIALITA DELLE FASI LA ORGANIZZAZIONE DELLE PARTI LA ORGANIZZAZIONE DELLE FUNZIONI I CAMBIAMENTI PROGRESSIVI

30 IMMAGINARE LINVISIBILE LE PARTI CHE PRENDONO FORMA LE PARTI CHE SI ORGANIZZANO LE PARTI CHE FUNZIONANO LE TRASFORMAZIONI PROGRESSIVE IL CONTINUO CAMBIAMENTO NEL TEMPO LA CRESCITA COERENTE LE DIFFERENZE CON GLI ADULTI

31 PER FORMARE UN INDIVIDUO BISOGNA FARE LE PROTEINE GIUSTE NEL MOMENTO GIUSTO AL POSTO GIUSTO LINFORMAZIONE 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

32 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 NELLO SVILUPPO E NELLA EVOLUZIONE

33 RNA POLIMERASI E DNA UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE

34 Regulation of Gene Expression Young Lab Home Page UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE

35 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

36 Le tante componenti di un complicato sistema di controllo che devono riconoscersi e interagire reciprocamente

37 Complesso multiproteico di un mediatore di lievito Complesso multiproteico di un mediatore umano In scuro sono rappresentate le proteine omologhe

38 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 delluomo 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 l1,2 % (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 delluomo che, per il 96% si trovano anche nello stesso ordine

39 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)