Caratteristiche degli organismi viventi
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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
