Molecole della vita e la nascita della cellula

LE MO LE DE VI

Le molecole (biomolecole o macromolecole) che troviamo nel nostro corpo sono : carboidrati, lipidi, proteine ed

acidi nucleici.

carboidrati

— fatti da C, H e O e posso scriverli come (CH O) . Formano polimeri (ogni singola molecola è

n

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un monomero), dimeri, trimeri, tetrameri… Posso aggiungere altre molecole lateralmente

(carboidrati che si rami cano) come amido

(accumulo energia) e cellulosa (strutturale). Il

glucosio è la fonte primaria di energia per la

cellula questa energia può essere accumulata

dalla cellula sotto forma di polimeri ad esempio

il glicogeno è un polimero di glucosio per immagazzinare

energia.

Noi non digeriamo la cellulosa (è bra alimentare per l’uomo).

Funzione riconoscimento (recettore del coronavirus, riconoscimento di bersagli)

Lipidi — aggiungono il fosforo F a C, O e H. Sono stoccaggio di energia come i carboidrati, tanto è vero che se

mangio tanto zucchero assumo glucosio e va a depositarsi nel tessuto adiposo (produco grassi). Il glucosio per

una certa quantità di energia Occupa molto più volume dei grassi Allora il mio corpo non può stoccare questa

quantità di glucosio nel volume richiesto e vie biochimiche questo glucosio viene convertito in lipidi che

hanno una densità energetica maggiore.

A parità di massa ha un contenuto energetico maggiore il grasso rispetto al glucosio.

Funzione di isolamento termico (nelle balene o orsi polari che vivono in climi rigidi) e la formazione delle

membrane cellulari

Proteine — N, C, Z, H e O e sono fatte da amminoacidi, pre sso del gruppo amminico che contiene azoto

(monomero). La maggior quantità di funzioni

sono svolte da proteine e sono alla base della vita.

Sono catalizzatori biologici (enzimi), difesa

immunitaria (anticorpi) e componenti strutturali

(microtubuli). Se la cellula non è sferica nella

cellula i microtubuli gli danno forma con il

citoscheletro (impalcatura di microtubuli). Sono

composte da amminoacidi (il loro monomero). 3

Acidi nucleici — RNA e DNA. Composti da C, H, O, Z e F. contengono l’informazione ereditaria della

cellula (genoma) normalmente stoccato in molecole di DNA che poi esprime i geni che contiene attraverso la

sintesi di molecole di RNA. Il DNA viene trascritto in RNA e permette la sintesi di proteine.

Il DNA è una molecola stabile (contiene in modo stabile l’informazione genetica) e siamo stati in grado di isolare

varie parti del DNA antiche ed hanno mantenuto un’integrità strutturale. L’evoluzione ha portato il DNA ad

essere stabile , l’RNA è molto labile e in laboratorio si degrada molto facilmente però è molto e ciente nello

svolgere molte funzioni.

D A (do ce r de bi i )

contiene l’informazione genetica ed il genoma.

Acido nucleico fatto da base azotata (che possono essere quattro :

adenina, guanina, citosina e timina) e zucchero pentoso

(desossiribosio) e un gruppo fosfato (ha cariche negative), il gruppo

fosfato da natura acida alla molecola. Ogni nucleotide è fatto una

diversa base azotata, il desossiribosio e il gruppo fosfato. Il DNA è

monofosfato (ha solo un gruppo fosfato) a di erenza dell’ATP che è

trifosfato

(tre gruppi fosfato). Il DNA è un Polimero di

nucleotidi ed il legame del lamento è tra zucchero

(C) e fosfato. La timina sa bene chimicamente con

l’adenina così come la citosina con la guanina

formando la doppia elica. Tra queste basi possiamo

scegliere per fare un polimero. Il gruppo OH dello

zucchero attacca un fosfato del nucleotide successivo.

Le estremità del lamento sono di erenti : da una

parte lo zucchero (gruppo OH) (3’) e dall'altra il

fosforo (5’ perché è libera la parte del carbonio 5).

Il polimero è polare ( per una molecola vuol dire che

ha una carica) ma se parlo di un polimero è diverso, lo

è quando le sue estremità sono diverse tra di loro e in

base a questo capisco in che modo è orientato. Per

produrre la doppia elica si prendono due di questi

lamenti che vengono orientati in direzioni opposte

(antiparalleli) e crea due lamenti fatti in modo tale

che ci sia sempre una complementarietà delle basi.

Filamenti antiparalleli per quanto riguarda le

estremità e complementari al livello delle basi. Le basi si appaiono così perché hanno la disposizione di atomi di

idrogeno tali da permettere la formazione di legami a ponte di idrogeno tra di esse a coppie. 4

Elica destrorsa — per via degli enzimi che sono abituati a girare in verso destrorso

Il DNA può essere replicato (replicazione) grazie a l'appaiamento delle basi azotate (complementarietà). Usa un

lamento come stampo, posso riparare il lamento se avviene una mutazione dato che l’altra nell’altro

lamento rimane. Trascrizione— si trascrive l’informazione del DNA in una molecola di

rna (un gene). RNA è un singolo lamento ma può fare localmente un

appaiamento ripiegandosi se trova dei tratti di complementarietà.

Si ottiene una “forcina”.

A seconda della sequenza l’rna si ripiega in modo diverso e non a

doppia elica.

Uso l'informazione contenuta in un gene per codi care una proteina

(polimeri di amminoacidi — atomo di carbonio circondato da gruppo

amminico, gruppo carbossilico, R e H)

La catena laterale dà una caratteristica all’amminoacido (20 in natura)

ed è diversa in ognuno.

Legame peptidico è un legame tra proteine ( tra il gruppo amminico di uno e quello carbossilico dell’altro) e si

libera acqua. Il. Polimero che mi si è formato è polare (estremità N terminale e C terminale). Nelle proteine ho

molta varietà di forme (grazie ad una forma speci ca hanno una funzione). Posizioni di una proteina = 20^n

(n=numero di amminoacidi)

C’è interdipendenza tra RNA e DNA (primer di RNA per replicare il DNA) e servono

anche enzimi (proteine). Non si sa chi sia nato prima poiché tutto serve per tutto.

l’RNA si capì che stava nel mezzo : porta informazioni e può ripiegarsi su se stessa. Tom

Check ha scoperto che ci sono enzimi fatti di RNA e si sapeva che tutti gli enzimi erano

proteine. Le molecole scoperte da lui erano ribozimi — formati sia da proteine che da

RNA (perché ha complementarietà di basi essa si appaia a tratti). Probabilmente è da

questo che nasce il DNA. I ribozimi tagliavano le altre molecole di RNA. Dove

vengono sintetizzate le proteine (nel ribosoma) era presente un RNA (ribosoma è quindi

un ribozima). 5

NA T DE CE L

4,5 miliardi di anni fa — la radiazione solare arrivava a terra (non c’era atmosfera) ed arrivavano anche meteoriti

sulla terra (sempre per l’assenza di atmosfera). Nei meteoriti c’erano molecole organiche o acqua (potrebbe

essere arrivato qualcosa dai meteoriti). C’erano molte esplosioni, terremoti e vulcani.

Miller nel 1952 riproduce la situazione della terra di 4,5 miliardi di anni fa in laboratorio. Esperimento dove c’è

una specie di oceano (acqua) che viene scaldato e quindi evapora. Evaporando l’acqua va in atmosfera (sotto

forma di vapore acqueo) ed è sottoposto a raggi ultravioletti, scarichi elettrostatiche (fulmini) e ad energia che

bersaglia questa miscela di molecole come acqua (vapore acqueo) e vari composti che troviamo intrappolate

nelle bollicine di atmosfera dell’epoca (e sappiamo che contenevano metano, ammoniaca idrogeno molecolare

esplosivo). Successivamente il tutto viene ra reddato e piove (come succede sul pianeta, l’acqua si scalda,

evapora in atmosfera, subisce il trattamento

ad alta energia di fulmini e UV, si ra redda e

precipita).

Miller fa l’analisi di quello che c’è in

quest’acqua e trova una miscela di composti,

quello che si può chiamare “brodo

primordiale” — trova 17 dei 20 aminoacidi.

Trova azoto N (contenuto nell’ammoniaca),

metano (che da il carbonio) e l’acqua che mi

da H ed O. Questi composti permettono di

fare amminoacidi e basi azotate.

Miller scoprì che in queste condizioni

spontaneamente si formavano queste

molecole che sono alla base della vita.

La probabilità di formare molecole

organiche dalle basi non è zero perchè è

successo anche se ci sono voluti milioni di anni di evoluzioni.

Ma come si assemblano queste molecole organiche?

Inizialmente ci troviamo in una situazione di disordine dove piano piano inizia a comparire l’ordine (il primo

livello di ordine che ottengo è la formazione di legami precisi tra i vari atomi a formare questo tipo di molecole

organiche — le condizioni per produrre queste molecole organiche non sono solamente sulla terra ma anche su

altri pianeti).

Si iniziano a assemblare le molecole nel brodo primordiale, dove si trovano in concentrazione molto bassa (sulla

terra si trovavano nell’oceano, un volume enorme, e derivavano dalla pioggia come aveva stabilito Miller

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nell’esperimento) — per produrre un polimero le molecole si devono scontrare ed associare nel caos termico

della soluzione.

Per far sì che i due amminoacidi si legano tra di loro si devono scontrare nell’orientamento giusto, cioè quello

che gli permette di fare un legame (Teoria cinetica degli urti).

La probabilità che si incontrino è bassa perché è bassa la loro concentrazione.

Per favorire lo scontro tra queste molecole si deve reclutare esse su una super cie (in questo modo aumenta la

loro concentrazione perché si trovano tutte sulla stessa super cie e non si possono staccare da essa). L’acqua si

lega al materiale della super cie, ogni volta che una goccia d’acqua raggiunge la super cie aumenta la

concentrazione. (Invece di essere distribuite in tutto il volume sono distribuite soltanto su una super cie)

si scoprono vari minerali e argille che avevano la capacità di assorbire l’acqua.

Adsorbire = la molecola rimane ancorata sulla super cie ma conserva la sua capacità di muoversi su di essa ( le

molecole adsorbite si possono incontrare).

Se dei nucleotidi che si sono formati con l’esperimento di Miller si depositano sull’argilla possono iniziare ad

urtarsi ed inizieranno a formare polimeri. (Se si scontrano amminoacidi si può formare il legame peptidico).

- A probabilità non zero abbiamo scoperto che esistono condizioni che dal brodo di Miller sulla

super cie di questi minerali portano alla formazione di polimeri — si crea un polimero di RNA

(che è capace di ripiegarsi e svolgere varie funzioni).

Questa molecola di RNA ha una sequenza che si è formata in modo casuale, ad un certo punto si stacca,

ma ha una sua sequenza con