Origine dell'Universo e Biochimica

Origine dell'Universo e della Vita

• L'universo ha avuto origine circa 14 miliardi di anni fa con un'enorme emissione di calore e particelle subatomiche.
• In pochi secondi si sono formati gli elementi più semplici.
• Materiali si sono condensati per gravità, formando stelle, alcune delle quali sono esplose, rilasciando energia per creare elementi complessi.
• Atomi e molecole hanno formato polveri, che si sono accumulate formando rocce, asteroidi e pianeti.
• La vita è comparsa circa 4 miliardi di anni fa sotto forma di microrganismi capaci di estrarre energia da composti organici o luce solare, utilizzata per produrre biomolecole.
• Tutti gli organismi viventi derivano da questa polvere di stelle.

Biochimica e Organismi Viventi

• La biochimica cerca di spiegare le caratteristiche degli organismi viventi attraverso le biomolecole.
• Le molecole interagiscono per mantenere la vita, seguendo le leggi chimico-fisiche dell'universo non vivente.
• Gli organismi viventi si distinguono per complessità chimica e organizzazione microscopica.
• Sono capaci di estrarre, trasformare ed utilizzare energia dall'ambiente per costruire e mantenere le loro strutture complesse, svolgendo lavoro meccanico, chimico, osmotico ed elettrico.
• Ogni componente cellulare ha funzioni speciche e interazioni controllate, coinvolgendo sia strutture microscopiche che macroscopiche.
• Meccanismi di percezione e risposta alle alterazioni ambientali.
• Capacità di autoriproduzione e auto-organizzazione.
• Possibilità di cambiamento nel tempo attraverso l'evoluzione graduale.
• La biodiversità è enorme, rendendo di cilile la generalizzazione sui sistemi viventi.
• La biochimica descrive le strutture molecolari, i meccanismi e i processi chimici comuni a tutti gli organismi, con principi organizzativi validi per tutte le forme di vita.
• Sebbene la biochimica o ra prospettive per applicazioni pratiche in medicina, agricoltura, nutrizione e industria, lo scopo è scoprire le leggi che regolano la materia vivente.
• L'uniformità e l'eterogeneità degli organismi viventi si manifestano anche a livello cellulare.
• Alcuni organismi sono costituiti da una singola cellula microscopica, mentre altri sono composti da più tipi di cellule differenziate per dimensioni, forma e funzione.
• Tutte le cellule condividono proprietà fondamentali, apprezzabili soprattutto a livello biochimico.

Struttura Cellulare di Base

• La membrana plasmatica de nisce i contorni cellulari e separa il contenuto cellulare dall'ambiente esterno.
• È composta da molecole lipidiche e proteiche, formando una barriera sottile, resistente, flessibile e idrofobica, che impedisce il passaggio di ioni inorganici e della maggior parte delle molecole cariche o polari.
• Proteine di trasporto facilitano il passaggio di alcuni ioni e molecole attraverso la membrana.
• Recettori proteici trasmettono segnali all'interno della cellula.
• Il citoplasma, racchiuso dalla membrana è una soluzione acquosa (citosol) contenente varie particelle in sospensione con funzioni speciche.
• Tutte le cellule, tranne che per una parte del loro ciclo vitale, possiedono un nucleo in cui il genoma completo è replicato e conservato insieme alle proteine associate.
• I batteri e gli archea hanno il nucleoide non separato dal citoplasma da una membrana.
• Negli eucarioti il nucleo è racchiuso da una doppia membrana (involucro nucleare).
• I microrganismi senza nucleo, un tempo classificati come procarioti, sono oggi suddivisi in due gruppi: batteri e archea.
• La maggior parte delle cellule è microscopica: le cellule animali e vegetali hanno un diametro tra 5 e 100 micron, molti batteri sono lunghi solo 1 o 2 micron.
• La dimensione cellulare inferiore è probabilmente limitata al numero minimo di biomolecole necessarie.
• La dimensione cellulare superiore è legata alla velocità di di usione delle molecole di soluto nei sistemi acquosi e al rapporto super cie/volume che diminuisce.
• Quando la cellula si ingrandisce troppo, il metabolismo che richiede ossigeno diventa impossibile.
• Il controllo esercitato dal rapporto super cie/volume si applica anche a molecole diverse dall'ossigeno.

Domini della Vita

• Gli organismi viventi derivano da tre domini distinti.
• Lo sviluppo di tecniche per determinare la sequenza del DNA ha migliorato notevolmente la comprensione delle relazioni evolutive tra gli organismi.
• Le somiglianze tra le sequenze geniche forniscono una migliore conoscenza del corso dell'evoluzione.
• Tutti gli organismi viventi ricadono in uno dei tre gruppi principali, i rami dell'albero evolutivo della vita provenienti da un antenato comune.
• Batteri e archea sono organismi unicellulari distinguibili in base alle loro caratteristiche biochimiche e genetiche.
• Gli eucarioti si sono evoluti dallo stesso ramo da cui derivano gli archea.
• All'interno dei domini iniziali, esistono sottogruppi distinguibili in base agli habitat:
  • Gli organismi aerobici ottengono energia dal trasferimento di elettroni dalle molecole combustibili all'ossigeno all'interno della cellula.
  • Gli organismi anaerobici ottengono energia dal trasferimento di elettroni al nitrato, al solfato o all'anidride carbonica.
• Gli organismi si classi cano anche in base all'energia e agli atomi di carbonio necessari per sintetizzare materiale cellulare:
  • I fototro assorbono e usano la luce solare.
  • I chemiotro traggono energia dall'ossidazione dei combustibili chimici.
  • I fototro possono essere autotro (utilizzano anidride carbonica) o eterotro (richiedono nutrienti organici).
  • La modalità di nutrizione si descrive combinando questi termini. fi fi