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Daniele Dondi

Università degli Studi di Pavia. Il mondo a RNA. Daniele Dondi. Informazione. Catalisi. É nato prima l’uovo o la gallina?. DNA. Proteine. RNA. ?. ?. Miglior candidato, sia come catalizzatore che come magazzino di informazione (uovo E gallina). Ribozimi. Thomas Cech Sidney Altman.

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Presentation Transcript

  1. Università degli Studi di Pavia Il mondo a RNA Daniele Dondi

  2. Informazione Catalisi É nato prima l’uovo o la gallina? DNA Proteine RNA ? ? Miglior candidato, sia come catalizzatore che come magazzino di informazione (uovo E gallina) Ribozimi

  3. Thomas Cech Sidney Altman Alcuni tipi di RNA possono fungere da enzimi verso se stessi, tagliandosi in due e ricucendosi nuovamente

  4. 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...

  5. Leslie Orgel

  6. Spiegelmann Darwinismo molecolare Isolamento della Qb replicasi, enzima in grado di duplicare RNA a partire dalle basi trifosfate. Incubando sequenzialmente l’RNA 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

  7. Ripetendo l’esperimento 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

  8. E 2 E 1 A 2 E A A 3 3 1 GLI IPERCICLI Ipercicli ed evoluzione Manfred Eigen

  9. Autoreplicazione sequenze semplici di RNA Costituzione ipercicli catalitici Sviluppo compartimentazione (membrane) Manfred Eigen

  10. 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

  11. 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/

  12. Mondo a RNA?

  13. Informazione Catalisi Il mondo a RNA? Una reinterpretazione DNA Proteine RNA

  14. Limitata concentrazione di basi azotate nel brodo primordiale, presenza di analoghi di basi azotate Il problema del ribosio Il problema del fosforo …

  15. Sostituti del ribosio TNA Sono capaci di accoppiare DNA e RNA Eschenmoser

  16. Piranosil-RNA o pRNA Eschenmoser

  17. Altri XNA

  18. Anche legami peptidici possono rimpiazzare il ribosio (PNA achirali) e accoppiare DNA e RNA (Nielsen) H O O H A N H T O 2 O - O N O O P H O O G O C N H O O - O N O O P H O O O G N H C O O O - N O O P H O O O T N H A O O H O N PNA C O N H 2 RNA

  19. 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 l’evoluzione abbia introdotto solo dopo le proteine Prima il metabolismo e poi l’informazione? (coenzimi, mondo a solfuri [de Duve])

  20. Modelli matematici Artificial Life Reti booleane stocastiche ANTICAOS Reti NK K = 2 Attrattori caotici Cellule e attrattori Stuart Kauffman

  21. 2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O Approccio deterministico alle reazioni chimiche Reti caotiche di reazioni chimiche generano attrattori strani?

  22. 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.

  23. Sintesi di elementi pesanti Formazione di molecole semplici (alte energie, alta T) Reazioni fotochimiche (spazio, bassa T) Reazioni termiche e fotochimiche (pianeti) Nascita e sviluppo metabolismo/ autoriproduzione Differenziamento cellulare (morfogenesi)

  24. 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…

  25. Ringraziamenti

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