È stimato che oggi sulla terra sono presenti
da 10*106 a 100*106 specie viventi
Enorme diversità di forme
Costanza di struttura interna
La cellula è l’unità fondamentale di tutti gli
organismi viventi
Tutti gli organismi viventi sono formati da cellule
Non esiste alcuna forma di vita se non a livello
cellulare
Caratteristiche degli organismi viventi
• Utilizzo dell’energia proveniente dall’ambiente
• Scambio di materia con l’ambiente
• Costruzione delle proprie strutture
• Ereditarietà
I costituenti della cellula
Tutte le cellule sono costituite fondamentalmente da
4 classi di macromolecole
Le macromolecole derivano dalla condensazione delle
biomolecole di base
H2O – CO2 - NH3 – CH4
Aminoacidi, Nucleotidi, Acidi grassi e Glicerolo,
Monosaccaridi
Proteine, Acidi nucleici, Lipidi, Polisaccaridi
Aggregati Macromolecolari
Ribosomi – Sistemi multienzimatici – Membrane cellulari
Cellula Procariotica
Cellula Eucariotica
• Dopo la formazione della Terra 4,5 miliardi di anni fa,
l’atmosfera
era
riducente
ossia
formata
da
composti
dell’idrogeno (metano, ammoniaca, vapore acqueo ) e poi
anidride carbonica e azoto che si erano formati in seguito alle
esalazioni vulcaniche ed alle piogge che formarono i primi
oceani. L’ossigeno era assente e, di conseguenza, anche
l’ozono, per cui i raggi ultravioletti del Sole passavano
indisturbati. Inoltre intensi campi di energia elettrica erano
all’origine
di
fulmini
che,
incessantemente,
squarciavano
l’atmosfera.
• Tutto ciò fornì l’energia necessaria per innescare le
reazioni chimiche che, da semplici composti inorganici
(acqua, anidride carbonica e ammoniaca) portarono alla
formazione di composti organici.
Le molecole semplici, così formate,
vennero poi trasportate dalle piogge
nell’oceano primitivo che diventò ricco
di sostanze organiche:
BRODO PRIMORDIALE definito così da
Haldane e Oparin negli anni venti.
L’ipotesi dell’atmosfera riducente
J. B. S. Haldane
(1892–1964)
Alexander Oparin
(1894-1980)
Oparin teorizza la comparsa della vita in un’atmosfera primordiale riducente, dove non sarebbe
esistito ossigeno libero come oggi, bensì una miscela di gas composta prevalentemente da
idrogeno. In particolare, sviluppando l’idea del contemporaneo John B. S. Haldane, egli postula
che tale atmosfera fosse ricca di metano, ammoniaca e acqua, sostanze in grado di reagire tra
loro sotto l’azione di raggi ultravioletti e fulmini. I composti del carbonio che si formavano come urea, formaldeide e amminoacidi - trasportati in mare, andavano poi a costituire il “brodo
primordiale”. Qui ci sarebbero state le condizioni per la sintesi di molecole complesse, simili
agli acidi nucleici.
L’ipotesi di Oparin, qualche decennio dopo, verrà in parte
confermata sperimentalmente dal biochimico Stanley Miller
Attraverso un esperimento che consisteva nel mettere in un pallone di vetro, dell’acqua
mantenuta in ebollizione, il vapore affluiva in un secondo pallone dove, con l’ammoniaca, il
metano e l’idrogeno, formava una miscela simile all’ipotetica atmosfera primordiale sottoposta
a continue scariche a simulare i fulmini frequenti nell’atmosfera primitiva. Successivamente il
vapore passava in un condensatore nel quale, raffreddandosi, ritornava allo stato liquido
raggiungendo di nuovo il primo pallone. Dopo una settimana di ininterrotto funzionamento si
osservarono la presenza di aminoacidi nel liquido, che dimostrarono che anche nell’atmosfera
primordiale poteva essere avvenuto qualcosa del genere.
Quando il BRODO PRIMORDIALE raggiunse
un’elevata concentrazione, le molecole organiche
cominciarono ad aggregarsi formando i
COACERVATI
successivamente piccole goccioline contenenti
macromolecole si trovarono delimitati da una
membrana che li separava dall’ambiente esterno,
MICROSFERE
REPLICAZIONE
Proteine
Acidi nucleici
Archivio genetico
Mondo a RNA
Attività catalitica
RNA racchiuso
in un involucro
Metabolismo e
replicazione
Prime
cellule
Selezione
naturale
Evoluzione
Mondo a DNA
3,5 miliardi di anni fa
DNA
Archivio
duplicazione
RNA
Proteine
Metabolismo
ORIGINE della VITA
•Sintesi abiotica di piccole molecole organiche (monomeri)
•Assemblaggio dei monomeri in polimeri
•Nascita di molecole che si auto replicano (RNA)
•Formazione di microsfere proteinoidi a RNA
•Evoluzione delle prime cellule
•L’atmosfera primordiale era priva di ossigeno
•Abbastanza precocemente sono comparsi autotrofi fotosintetici
•L’ossigeno si è accumulato negli oceani
•Circa 2 miliardi di anni fa l’ossigeno era presente nell’atmosfera
•Circa 1,5 miliardi di anni fa sono comparsi i primi eucarioti
•Circa 750 milioni di anni fa sono comparsi i primi pluricellulari
Evoluzione molecolare
Membrane
Sintesi ed idrolisi dell’ATP
DNA
RNA
PROTEINE
Rappresentazione schematica delle circa 500 reazioni
metaboliche di una tipica cellula
Degradazione del cibo e
conservazione dell’energia
con produzione di ATP
Costruzione delle proprie
strutture e lavoro cellulare
utilizzando l’energia
immagazzinata nell’ATP
Organismi pluricellulari
E’ stimato che nel corpo umano sono presenti
circa 1013 cellule che costituiscono i differenti
tessuti, organi e apparati
DIFFERENZIAMENTO CELLULARE
Il differenziamento cellulare dipende
dall’espressione selettiva dei geni
Tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso
genoma
(originano tutte dallo zigote).
Le differenze tra i diversi tipi cellulari dipendono dalle
diverse proteine che li costituiscono
dall’espressione selettiva di specifici sets di geni.
Proteine essenziali
Proteine cellulo-specifiche
Geni housekeeping
Geni la cui espressione è regolata
Il Genoma cellulare specifica inoltre:
• La struttura primaria delle proteine
• Destinazione delle proteine all’interno
della cellula
• Presenza o assenza della proteina in un
determinato tipo cellulare o in un
determinato momento della vita cellulare
• La struttura primaria di RNA non
tradotti
