È stimato che oggi sulla terra sono presenti da 10*10 a ... MED 11/01... · organismi viventi...
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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
Tutte le cellule sono costituite fondamentalmente da
4 classi di macromolecole
Le macromolecole derivano dalla condensazione delle
biomolecole di base
I costituenti della cellula
H2O – CO2 - NH3 – CH4
Aminoacidi, Nucleotidi, Acidi grassi e Glicerolo, Monosaccaridi
Proteine, Acidi nucleici, Lipidi, Polisaccaridi
• 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.
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 “brodoprimordiale”. Qui ci sarebbero state le condizioni per la sintesi di molecole complesse, simili
agli acidi nucleici.
L’ipotesi dell’atmosfera riducente
Alexander Oparin (1894-1980)
J. B. S. Haldane (1892–1964)
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
RNA racchiuso
in un involucroMetabolismo e
replicazione
Selezione
naturale
EvoluzionePrime
cellule
Mondo a DNA
DNA RNA Proteine
Archivio
duplicazioneMetabolismo
3,5 miliardi di anni fa
•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
ORIGINE della VITA
•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
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
E’ stimato che nel corpo umano sono presenti
circa 1013 cellule che costituiscono i differenti
tessuti, organi e apparati
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 Geni housekeeping
Proteine cellulo-specifiche Geni la cui espressione è regolata
• 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
Il Genoma cellulare specifica inoltre: