Presentazione di PowerPoint

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Università degli Studi di Pavia
Il mondo a RNA
Daniele Dondi
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É nato prima luovo o la gallina?
DNA
Proteine
RNA
?
?
Miglior candidato, sia come catalizzatore che
come magazzino di informazione (uovo E gallina)
Ribozimi
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Thomas Cech Sidney Altman
Alcuni tipi di RNA possono fungere da enzimi
verso se stessi, tagliandosi in due e ricucendosi
nuovamente
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1986 Walter Gilbert introduce il termine mondo a
RNA
Brachet 1959 Woese 1967 Crick 1968 Orgel 1968
White 1976 Pace and Marsh 1985 Sharp 1985
Alberts 1986 Gilbert 1986 Cech 1986 Lewin
1986 Weiner and Maizels 1987 Benner et al.
1989 Gibson and Lamond 1990 Joyce 1989, 1991
Kenneth and Ellington 1995...
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Leslie Orgel
6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
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Spiegelmann
Darwinismo molecolare
Isolamento della Qb replicasi, enzima in grado di
duplicare RNA a partire dalle basi trifosfate.
Incubando sequenzialmente lRNA sintetizzato, a
partire da RNA complessi dopo qualche ciclo si
otteneva solo un RNA dalla lunghezza di 220 basi.
Questo frammento, generato da errori casuali, era
in grado di duplicarsi più velocemente degli
altri.
X

X

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Ripetendo lesperimento ma diminuendo la quantità
di RNA stampo fino alla sola presenza dei soli
monomeri, si può generare RNA ex novo. La
sequenza di 220 basi è uno dei possibili
risultati ma ne sono stati isolati altri variando
le condizioni sperimentali.
Quasispecie
Una quasispecie si ottiene quando il processo di
replicazione non è perfetto, ma gli errori non
sono sufficienti a far estinguere la specie. I
virus possono essere un esempio di quasispecie
Manfred Eigen
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GLI IPERCICLI
Ipercicli ed evoluzione
Manfred Eigen
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Autoreplicazione sequenze semplici di RNA
Costituzione ipercicli catalitici
Sviluppo compartimentazione (membrane)
Manfred Eigen
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Il mondo a lipidi
Interazioni non covalenti Self assembly di
molecole anfipatiche, che sono sempre presenti
nel brodo primordiale
http//ool.weizmann.ac.il/
Doron Lancet
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RNA e lipidi
Selezione di opportune membrane lipidiche atte
alla permeazione di ioni Mg2, catalizzatore
della duplicazione di RNA
La montmorillonite catalizza la formazione di
vescicole da micelle e tende a sequestrare RNA
Selezione artificiale di RNA catalitici
Jack W. Szostak
http//genetics.mgh.harvard.edu/szostakweb/
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Mondo a RNA?
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Il mondo a RNA? Una reinterpretazione
DNA
Proteine
RNA
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Limitata concentrazione di basi azotate nel brodo
primordiale, presenza di analoghi di basi azotate
Il problema del ribosio
Il problema del fosforo

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Sostituti del ribosio
TNA
Sono capaci di accoppiare DNA e RNA
Eschenmoser
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Piranosil-RNA o pRNA
Eschenmoser
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Altri XNA
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Anche legami peptidici possono rimpiazzare il
ribosio (PNA achirali) e accoppiare DNA e RNA
(Nielsen)
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Critiche e riflessioni
Il mondo a RNA dovrebbe aver interagito molto
presto con aminoacidi e proteine, e forse, come
PURO mondo a RNA, non è mai esistito.
Se il mondo a RNA si fosse autosostenuto, sarebbe
difficile spiegare perché levoluzione abbia
introdotto solo dopo le proteine
Prima il metabolismo e poi linformazione?
(coenzimi, mondo a solfuri de Duve)
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Modelli matematici
Artificial Life
Reti booleane stocastiche
ANTICAOS
Reti NK
K 2
Attrattori caotici
Cellule e attrattori
Stuart Kauffman
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(No Transcript)
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2 C4H10 13 O2
8 CO2 10 H2O
Approccio deterministico alle reazioni chimiche
Reti caotiche di reazioni chimiche generano
attrattori strani?
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Reti Chimiche
N specie M reazioni chimiche
Diminuendo il numero di reazioni M su quello
delle specie coinvolte N, si passa da reti di
reazione insensibili alle concentrazioni iniziali
(si formano i prodotti più stabili) a situazioni
in cui sono presenti solo alcune miscele, fino ad
arrivare ovviamente al caso in cui sono presenti
essenzialmente i reagenti.
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(No Transcript)
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Per concludere

• La generazione in vitro di sistemi autoreplicanti
  e metabolismi artificiali non è condizione
  sufficiente per spiegare la comparsa della vita
  sulla terra

• La maggior parte degli effetti è non lineare,
  quindi è difficile fare previsioni

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Ringraziamenti