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DNA
PROTEINE
SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO
SVILUPPO E EVOLUZIONE
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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…..
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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:
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AMBIENTE PER CHI?
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AMBIENTE PER CHI?
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AMBIENTI PER SEMI
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UN MUTEVOLE AMBIENTE PER CELLULELA MUCOSA DELLO STOMACO
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AMBIENTI INTERNI DIFFERENZIATIPER CELLULE DIFFERENZIATECON FUNZIONI DIFFERENZIATE
NERVI, ARTERIE,CONNETTIVO…..
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Coagulo sanguigno
UN AMBIENTE PROVVISORIO PER I GLOBULI ROSSI
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UN AMBIENTE MOLTO BEN CONTROLLATO
PER UNA CELLULA NERVOSA
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UNO SCHEMA:
LA MOLECOLA DEL DNA
PURTROPPO SENZA IL SUO AMBIENTE
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DAL CROMOSOMA AL DNA
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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?
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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
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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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"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
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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)
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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
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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
![Page 22: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/22.jpg)
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
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LA CONTINUITA’ DELLA VITA
UN MODELLOAD ALBERO
TAGLIATODAL TEMPO PRESENTE
MA QUALI SONOLE “VERE”ORIGINI DELLA VITA?
TEMPO LINEARE
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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
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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
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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
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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
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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
![Page 29: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/29.jpg)
I PROBLEMI DELLO SVILUPPO EMBRIONALE
LA SEQUENZIALITA’ DELLE FASI
LA ORGANIZZAZIONE DELLE PARTI
LA ORGANIZZAZIONE DELLE FUNZIONI
I CAMBIAMENTI PROGRESSIVI
![Page 30: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/30.jpg)
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
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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
![Page 32: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/32.jpg)
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
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RNA POLIMERASIE DNA
UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE
![Page 34: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/34.jpg)
Regulation of Gene Expression Young Lab Home Page
UN AMBIENTE PER I MECCANISMI DI TRASCRIZIONE
![Page 35: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/35.jpg)
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
![Page 36: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/36.jpg)
Le tante componenti di un complicato sistema di controllo che devono riconoscersi e interagire reciprocamente
![Page 37: DNA PROTEINE SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO SVILUPPO E EVOLUZIONE](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062418/5542eb58497959361e8c2fb1/html5/thumbnails/37.jpg)
Complesso multiproteico di un mediatore di lievito
Complesso multiproteico di un mediatore umano
In scuro sono rappresentatele proteine omologhe
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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
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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)