dna proteine sistemi di regolazione e controllo sviluppo e evoluzione

DNA

PROTEINE

SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO

SVILUPPO E EVOLUZIONE

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 TESSUTIAMBIENTE PER CELLULEAMBIENTE PER MOLECOLE GRANDI E PICCOLEAMBIENTE PER IL DNAAMBIENTE PER IONI…..

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 ANCHELA QUALITA’ DELLA VITA

LA PRECISIONE DEI SUOI FUNZIONAMENTILE POSSIBILITA’ DI EVOLUZIONE

APPROFONDIMENTO:

AMBIENTE PER CHI?

AMBIENTE PER CHI?

AMBIENTI PER SEMI

UN MUTEVOLE AMBIENTE PER CELLULELA MUCOSA DELLO STOMACO

AMBIENTI INTERNI DIFFERENZIATIPER CELLULE DIFFERENZIATECON 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 DNAsi devono guardare aspetti

di differenziamento di funzionamento e interpretare i segnali che li condizionano

I sistemi di segnalazione, di controllo, di comunicazionerappresentano una rete di permessi e proibizioni correlate. ASPETTO STATICO: ASPETTO DINAMICOQuali messaggi Efficacia dei messaggiQuali segnali Efficacia dei segnali Cioè:Come cominciano come finisconoQuando cominciano quando finisconoDove cominciano dove finisconoIn relazione a che cosa, perché cambiano

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 mezzoCambiamento di forma … provocato da… che provoca…

ESSERE SENSIBILI AL SEGNALEa 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 SEGNALEIN MODO CONDIZIONANTE E OBBLIGATORIOmodificarsi, 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/assenzaComportamenti attivati o stimolati da presenza/assenza… Segnale: i gradienti morfogenetici Risposta: a sogliaRicerca 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 LINEARECOME 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

LA CONTINUITA’ DELLA VITA

UN MODELLOAD ALBERO

TAGLIATODAL TEMPO PRESENTE

MA QUALI SONOLE “VERE”ORIGINI DELLA VITA?

TEMPO LINEARE

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 costruitoEVOLUZIONE

Forma e strutturaNON SOLO DOPPIA ELICA

Prospettive di interventoDIFETTI GENETICITERAPIE GENICHEFECONDAZIONE IN VITRO

BIOTECNOLOGIECome si trasmette DUPLICAZIONESEMICONSERVATIVA

Come funzionaTRASCRIZIONE REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

Cosa contiene ZONE CODIFICANTIZONE NON CODIFICANTIZONE SENSIBILI AI SEGNALI DI CONTROLLO

Le ricerche in corsoLa decifrazionePROTEOMATRASCRITTOMAI MICRO-RNA

La manipolazioneINGEGNERIA GENETICAOGM

GENOMA UMANO

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 CONSERVAZIONEDEI MODELLI

(la stabilità delle specie) RESPONSABILE DEI CAMBIAMENTIDEL MODELLO

(l’evoluzione delle specie)  SENSIBILE AI CAMBIAMENTI

DEL SISTEMA AMBIENTE

in cui attua le sue potenzialità 

La specificità individualeI cromosomi parentali hannoalleli diversi in quanto hannosubito storie evolutive diverseNella meiosigli omologhi si scambiano deipezzi, dando origine a gametiaploidi con associazioni digeni totalmente nuove.Nella fecondazione siricostituisce un organismodiploide

La specificitàindividuale

I cromosomi parentali hanno alleli diversi in quanto hanno subito storieevolutive diverse.

Nella meiosi (parentale)i cromosoçmi omologhi si scambiano dei pezzi,dando origine a gameti aploidi, maschili o femminilicon 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

LE TRASFORMAZIONI PROGRESSIVE

IL CONTINUO CAMBIAMENTO NEL

TEMPO

LA CRESCITA COERENTE

LE DIFFERENZE CON GLI ADULTI

PER FORMARE UN INDIVIDUO

BISOGNA FARE LE PROTEINE GIUSTENEL MOMENTO GIUSTOAL 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 CONTROLLISONO PROTEINE CODIFICATE DAL DNA STESSOSONO MICRO-RNA

CAPACI DI ATTIVARE, BLOCCARE, REGOLARE LE SINTESI DI ALTRE PROTEINE

INTERVENGONO RESPONSABILI GENETICI:

I GENI STRUTTURALIe I GENI DEI CONTROLLORI DEI GENI

INTERVENGONO RESPONSABILI AMBIENTALI:

CAMBIAMENTI E MUTAZIONI CASUALI DEI RESPONSABILI GENETICI

LA SELEZIONE SUGLI ORGANISMICAMBIAMENTI DEGLI AMBIENTI ESTERNI ED INTERNIINTERFERENZE SUL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI DI

CONTROLLO

NELLO SVILUPPO E NELLA EVOLUZIONE

RNA POLIMERASIE DNA

UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE

 Regulation of Gene Expression Young Lab Home Page  

UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE

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 rappresentatele 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 basiLe 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 ORGANISMOI GENI SONO UGUALI

NELLE DIVERSE SPECIELE DIFFERENZE TRA I GENI SONO POCHE

MALE 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)