20/03/15

La molecola della vita

Se un alieno vi chiedesse una prova della vostra origine terrestre, cosa mostrereste loro?

Beh, io direi il DNA, la carta d'identità che accomuna ogni essere vivente qui sulla Terra.

Ogni essere vivente, qui sulla Terra, è infatti apparentato con tutti gli altri: dalle mosche alle balene, dai ragni ai serpenti, dai batteri all'uomo, ecc.

Questa parentela è fortemente evidenziata dai meccanismi che sono alla base della vita e che in biologia vengono comunemente chiamati con la seguente espressione: dogma centrale della biologia.

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Il DNA viene trascritto nel RNA che, a sua volta, viene tradotto in proteina. Il DNA inoltre, si autoreplica, cioè produce copie di se stesso. Questo processo è ubiquitario ed è ciò che ci rende terrestri.

L'universalità e l'ubiquitarietà con cui il DNA si trova in tutti gli esseri viventi è la prova che la sua comparsa è stata fondamentale per la origine ed evoluzione della vita.

Il DNA infatti è il depositario delle informazioni genetiche, una sorta di libro di istruzioni grazie alle quali è possibile costruire le componenti di ogni essere vivente.
L'RNA è l'intermediario dell'informazione genetica, colui che legge e fornisce una "fotocopia" del codice genetico grazie alla quale si avranno le istruzioni per formare la proteina.

Le proteine sono indispensabili nella cellula poiché svolgono ruoli fondamentali alla sua sopravvivenza. Sono un pò come gli operai di una fabbrica. Senza di essi la fabbrica crolla.

In parole povere, il DNA fornisce le informazioni per poter produrre personale specializzato (le proteine) che si occupi del funzionamento della cellula.

Questo è il dogma della biologia e su questo si basa il funzionamento di ciascuno di noi e degli esseri viventi.

Si sostiene poi che il DNA è egoista nel senso che usa l'organismo vivente come mezzo per riprodursi e perpetuarsi nel tempo. A volte subisce mutazioni importanti tanto che questo organismo si evolve in un una nuova specie. Insomma è come se il DNA passasse da un auto ad un'altra.

COME è FATTO IL DNA

Il DNA è costituito da sequenze di nucleotidi, i componenti di base della macromolecola.

Ogni nucleotide è caratterizzato da una base azotata.

Nel DNA le basi azotate sono 4: Adenina (A), Guanina(G), Timina (T) e Citosina (C). L'adenina è in grado di legarsi alla timina (AT) mentre la citosina si lega alla guanina (CG). Al posto della timina nell'RNA troviamo l'uracile (U) che si lega sempre all'adenina.

Nell’uomo queste sequenze di nucleotidi costituiscono due filamenti che si avvolgono tra di loro in modo da formare una doppia elica. Il legame tra i due filamenti si instaura poiché i nucleotidi di un filamento legano i nucleotidi di un altro filamento in virtù della complementarietà delle basi azotate.

Esempio: il nucleotide con adenina di un filamento legherà il nucleotide con timina dell’altro e il nucleotide con la citosina legherà il nucleotide con la guanina dell’altro filamento.

ACCOPPIAMENTO

RNA è a singolo filamento e al posto della timina vi è un’altra base azotata, l’uracile. In questo caso gli accoppiamenti tra basi avvengono nello stesso filamento ripiegandolo e formando vari tipi di RNA.

I filamenti si formavano facilmente nel brodo primordiale. La difficoltà sta, però, nel fatto che agenti chimici, come l'ossigeno, impediscono loro di unirsi e formare la struttura classica di un DNA.

Fortuna che c'era poco ossigeno all'epoca della Terra primordiale e che in aiuto sono intervenute le famose sferule, primitive membrane cellulari che avrebbero poi delimitato i confini delle cellule (i lipidi ballerini descritti in precedenza).

Le sferule avrebbero creato l’ambiente protetto che avrebbe, poi, favorito la nascita della macromolecole.
Trovato l'ambiente accogliente il prossimo passo è quello dell’autoreplicazione del DNA, creare cioè copie di se stesso. Non è stata affatto una questione facile. Ci voleva una giusta combinazione di nucleotidi per far succedere questo. È plausibile che i nucleotidi abbiamo compiuto tante combinazioni prima di trovare una giusta allo scopo. Però alla fine ci riuscirono. La prova? Noi siamo qui.

Il successo del DNA è legato alla capacità di autoreplicarsi e al fatto di essere una molecola stabile.


Dopo tante parole ecco un bel video che potrebbe chiarire le idee.

FASE 1: DAL DNA AL RNA
Intorno a 00:23 si può notare la doppia elica del DNA che nei secondi successivi si apre per permettere agli enzimi di costruire una molecola di RNA messaggero. Il filamento di DNA funziona da stampo. La complementarietà tra le basi (AU) e (CG) permette la formazione dell'RNA usando appunto lo stampo di DNA. È stato cosi trascritto il dna. Quindi, sfruttando la complementarietà delle basi si costruisce un filamento di RNA usando il filamento di DNA come stampo. Tale RNA è detto RNA messaggero (m RNA)

FASE 2: RNA ESCE DAL NUCLEO DELLA CELLULA
Intorno a 01:00 si forma l'mRNA (RNA messaggero cioè che porta il messaggio del DNA per costruire la proteina). In questa fase ci troviamo nel nucleo. L’mRNA si stacca dallo stampo di DNA per raggiungere i confini del nucleo della cellula. Il filamento fuoriesce nel citoplasma attraverso un poro nucleare (1:21 si vede questo poro, non so se riuscite a distinguere quella sorta di canestro).
N.B. Le cellule più evolute sono costituite di un nucleo, un involucro simile alla membrana esterna che avvolge la cellula, al cui interno vi è il DNA.

FASE 3: COSTRUZIONE DELLE PROTEINE
1:30 l'mRNA nel citoplasma raggiunge e si lega al ribosoma, formato da quelle due cose giallastre che si intravedono. Il ribosoma è la fabbrica dove si costruisce la futura proteina, seguendo le istruzioni del DNA.
Un gruppo di tre nucleotidi dell mRNA codifica per un amminoacido, il mattone della proteina (le proteine sono costituite da una sequenza di amminoacidi).

Questo amminoacido viene trasportato da un RNA di trasporto (ce ne sono vari a seconda dei tipi di amminoacidi), in grado di legare una sequenza di tre nucleotidi (le RNA di trasporto è quella sorta di calza con tre fili che sporgono). In questo modo le varie associazioni permettono agli amminoacidi di legarsi insieme e formare la proteina che. a seconda della sua funzione, avrà vari destini.

Il DNA si trova nel nucleo della cellula. Gli enzimi agiscono in modo da creare un filamento di RNA a partire da un filamento di DNA che funge da stampo. Grazie alla complementarietà delle basi azotate, vari nucleotidi si associano insieme costruendo il cosiddetto RNA messaggero. Quest’ultimo subisce varie modificazioni ed esce dal nucleo. Viene accolto nel ribosoma dove espone i propri nucleotidi a un altro tipo di RNA: RNA di trasporto. Ogni tipo di questo RNA trasporta con sé un amminoacido. Questi si legano per complementarietà con rna messaggero e permettono ai vari amminoacidi che trasportano di allinearsi affinché si uniscano.  Si crea una sequenza di amminoacidi ovvero la proteina.

 Questo è il macchinario generale per far funzionare la cellula. Col tempo si è evoluto e caratterizza tutti gli esseri viventi sul pianeta Terra. Esso è già piuttosto complesso.

Chiaro che si cerchi di trovare prove di macchinari più semplici perchè più facili da realizzare da pochi elementi disponibili, magari con reazioni spontanee.

Questo potrebbe favorire l'ipotesi del mondo a RNA, secondo cui la vita è iniziata grazie a speciali RNA che facevano sia da codice genetico che da piattaforma ed enzimi per costruire le proteine. In pratica non esisteva ancora il DNA.
Ricordiamo che gli enzimi sono proteine. Quindi come si possono essere formati questi enzimi se bisognava prima costruirli?. Secondo l'ipotesi del mono a RNA, l'RNA sostituiva inizialmente questi enzimi.
Questo mondo a RNA però meriterà un approfondimento a parte.

Chiedo scusa se ho un po’ sconfinato nella biologia pura. Ho ritenuto necessario fare ciò per evitare eventuali equivoci in futuro nel momento in cui si andranno a descrivere i meccanismi dell’evoluzione della vita terrestre. Il macchinario, come si può notare, è piuttosto complesso. Ai primordi della vita tutto doveva essere più semplice per raggiungere in seguito tale complessità.

La vita terrestre ha dunque progettato tutto questo. Altrove? È possibile tutto ciò? Sarà qualcosa di simile a mantenere la vita o qualche altro strano macchinario?

(peppe)

 

17 commenti

  1. bene, molto bene... e grazie Peppe :wink:

  2. Mik

    Questa cosa della parentela tra tutti gli esseri viventi terrestri è quasi ovvia e banale ma ha dello sconvolgente. Significa che è esistito in passato un essere antenato sia di me sia del mio cane, milioni di generazioni fa, e che questo è vero per tutti. Siamo tutti cugini, noi, gli animali, gli insetti, le piante e i batteri. Pensateci...

  3. Alvermag

    Il vero problema è che la prossimità di parentela si estende a rappresentanti della nostra specie di ... imbarazzante cialtroneria .....

    Pensate a questo! :evil: :twisted:

  4. Mik

    He he Alvy sei sempre pungente come uno scorpioncino! :wink: Chissà secondo me ti si è riattivato qualche gene recessivo....

  5. Alvermag

    Ciao Mik,
    beh, può essere che tu abbia ragione.
    Devo ammettere che invecchiando tendo sempre più verso lo ... yogurt ...

  6. Attenzione... perchè Alvy ha una parte aliena non indifferente (che sia una spia????)

  7. Alvermag

    Ebbene si, provengo dal vostro futuro.
    La mia gente ha scoperto che i viaggi nel passato sono possibili e non esistono contraddizioni logiche nell'affrontarli.

    Siamo in possesso di una tecnologia avanzatissima, infatti possiamo viaggiare a velocità superiori a c.
    Abbiamo risolto molti di quelli che voi chiamate enigmi, compresa la natura della "materia oscura" e tante altre cose.

    L'unica nota stonata è che, in accordo a quella che sembra essere una delle leggi fondamentali dell'Universo, anche la qualità della nostra scuola è scesa in picchiata secula seculorum, ed abbiamo qualche problema con la conservazione del momento angolare... e così mi hanno inviato sulla terra a seguire le lezioni del Prof.Zappalà! :wink:

  8. Gaetano

    Enzo, combinazione in questo periodo mi sto interessando alla biologia e ho letto una frase che mi ha molto colpito: Si possono avere più proteine differenti di quanti atomi ci sono nell'universo! Allora viene da chiedersi che possibilità aveva la vita di svilupparsi? Però, come tu dici, la prova che la vita si è sviluppata è che noi siamo quà a parlarne :wink:

  9. Alvermag

    La tua osservazione, Gaetano, può essere applicata ... all'alfabeto.

    Quante sono le lettere dell'alfabeto (italiano)? 21.

    Quante sono le parole che si possono costruire? infinite.

    Qual'è la probabilità che mettendo insieme (casualmente) più lettere si possa costruire una parola di senso compiuto? pochissime. Questo dipende dal fatto che una parola, per poter essere definita tale, deve sottostare ad alcune (molte) regole che limitano fortemente le possibilità:
    - una parola non può avere più di un tot di consonanti consecutive, altrimenti sarebbe impronunciabile;
    - idem per le vocali;
    - una parola non può essere troppo lunga;
    - una parola deve esprimere qualcosa, legarsi ad un oggetto, ad un sentimento ecc., altrimenti è inutile;
    - ... e molto altro ancora ...

    Beh, se la vita "parla una lingua" con molte regole molto stringenti, diviene assai poco probabile.

  10. e detto da un alieno... vale doppio!!!

  11. peppe

    gaetano mi hai dato un'idea per un articolo :mrgreen: grazie :mrgreen:

  12. peppe

    diciamo che la vita parla bilingue
    una è quella del dna ed rna
    l'altra è quella delle proteine

  13. Gaetano

    Alvermag, diceva proprio più degli atomi dell'universo... a quanto arriviamo a 10 alla 500? Non riesco neanche ad immaginarlo. Peppe, se lo scrivi voglio avere la possibilità di leggerlo.

  14. Alvermag

    Beh Gaetano, certo il numero è davvero impressionante.

    Tieni però presente che ciascuna proteina è composta da molti atomi e che il numero di atomi per proteina non è fisso. Penso che si ottenfa una quantità di combinazioni possibili ... semplicemente spaventoso.
    Se poi si arrivi o meno al numero di atomi dell'Universo non so dire ... :roll:
    ... ma certo deve essere una bella lotta.

    Ciao Gaetano

  15. peppe

    se non ricordo male dalla biologia molecolare, la prof disse che nell'uomo ci sono 30 mila geni e si stima 100 mila proteine diverse anche se sono state analizzate solo una minima parte

  16. Alvermag

    Giusto per giocare un pò, sembra che nell'Universo ci siano circa 10^80 ... cosa?

    Nel web ho trovato questo numero associato sia agli atomi che ai barioni presenti complessivamente nell'Universo. Riguardo a questi ultimi si può ritenere che siano tenuti in conto solo protoni e neutroni, visto che gli altri barioni hanno una vita media straordinariamente bassa; per il resto, possiamo considerare la sola presenza di idrogeno (75%) ed elio (25%) . In questo caso la stima varierebbe da 0,6*10^80 a 1*10^80 atomi totali, secondo l'affermazione che si preferisce.

    Beh, un bel numerino, non c'è che dire.

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