Paolo Tortora Universit  di Milano- .riesce a definire l’oggetto che studia:...

download Paolo Tortora Universit  di Milano- .riesce a definire l’oggetto che studia: noi non possediamo

of 53

  • date post

    15-Feb-2019
  • Category

    Documents

  • view

    213
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Paolo Tortora Universit  di Milano- .riesce a definire l’oggetto che studia:...

La Conoscenza del Mondo Attraverso le Scienze

SUMMER SCHOOL - Napoli 16 luglio 2014

L'origine della vita: singolarit o dinamica inesorabile?

Paolo Tortora

Universit di Milano-Bicocca

http://rds.yahoo.com/_ylt=A9gnMiVW3atFd.0Ai7mJzbkF;_ylu=X3oDMTBjYzZubXM2BHBvcwM4BHNlYwNzcg--/SIG=1ranckkli/EXP=1168977622/**http:/images.search.yahoo.com/search/images/view?back=http%3A%2F%2Fimages.search.yahoo.com%2Fsearch%2Fimages%3Fp%3D%2522DNA%2522%26adult_done%3Dhttp%3A%2F%2Fsearch.yahoo.com%2Fsearch%26adult_cancel%3Dhttp%3A%2F%2Fsearch.yahoo.com%2Fweb%2Fadvanced%26_adv_prop%3Dweb%26ei%3DUTF-8%26vst%3D0%26vf%3Dall%26vm%3Di%26fl%3D0%26n%3D10%26fr%3Dyfp-t-501%26_bcrumb%3D52547cd0a06bfd07d7b2c69b769ec8d9%2C1168891212%26fr2%3Dtab-web&w=669&h=834&imgurl=www.ks.uiuc.edu%2FResearch%2Fvmd%2Fimages%2Fcollections%2Fdof%2Fdna%2Fdna.jpg&rurl=http%3A%2F%2Fwww.ks.uiuc.edu%2FResearch%2Fvmd%2Fimages%2Fcollections%2Fdof%2Fdna%3FD%3DD&size=171.5kB&name=dna.jpg&p=%22DNA%22&type=jpeg&no=8&tt=713,925&oid=8c239ed86df60a62&ei=UTF-8

I TERMINI DEL PROBLEMA

La natura del fenomeno vita (il punto di arrivo)

I tempi e lambiente della comparsa (il punto di partenza)

Gli scenari ipotizzati (prebiotici e della abiogenesi)

Quale la probabilit? Esistono punti di riferimento su cui

fondare una plausibile valutazione? Esiste vita nellUniverso?

I TERMINI DEL PROBLEMA

La natura del fenomeno vita (il punto di arrivo)

I tempi e lambiente della comparsa (il punto di partenza)

Gli scenari ipotizzati (prebiotici e della abiogenesi)

Quale la probabilit? Esistono punti di riferimento su cui

fondare una plausibile valutazione? Esiste vita nellUniverso?

Il minimo indispensabile per la costruzione di un

organismo elementare (unicellulare)

Un deposito di informazione che contenga il progetto per la costruzione

dellorganismo e che possa essere replicato in modo quasi

invariante (di norma il DNA)

I componenti del macchinario per il funzionamento dellorganismo (un ampio repertorio di proteine)

Una rete di reazioni per la fabbricazione

delle molecole necessarie e per

lottenimento di energia necessaria alle

differenti funzioni (metabolismo)

Un sistema di confinamento dellorganismo

per delimitarlo dallambiente (membrana cellulare:

composta da un doppio strato lipidico, in determinate

condizioni capace di autoassemblarsi)

Macromolecole (in biologia sono cos dette molecole aventi funzioni

primarie, normalmente di grosse dimensioni, costruite mediante

assemblaggio di un repertorio limitato di molecole molto pi piccole,

i building blocks o blocchi di costruzione)

1 Le proteine: sono composti di amminoacidi (i blocchi di costruzione) che si

uniscono a dare polimeri filiformi ma raggomitolati a dare strutture compatte.

Sostengono tutte o quasi le funzioni biologiche.

(Una rassegna di strutture proteiche secondo la rappresentazione convenzionale pi frequentemente

utilizzata)

Quattro dei venti amminoacidi che compongono le proteine

Gli amminoacidi condensano insieme formando un

legame peptidico, formando cos lunghi polimeri lineari,

per lappunto le proteine

2 Acidi nucleici: polimeri filiformi di nucleotidi (i blocchi di costruzione). Il

principale ruolo limmagazzinamento dellinformazione per la produzione delle

proteine

La struttura elicoidale a doppio filamento del

DNA (acido deossiribonucleico), il principale

depositario dellinformazione genetica. I geni

sono tratti di DNA che normalmente codificano

proteine.

I quattro nucleotidi canonici che compongono il

DNA (composti ciascuno di una diversa base azotata,

dello zucchero deossiribosio e di un fosfato)

I due filamenti di DNA hanno sequenze complementari; vale a dire, le basi si appaiano in

modo tale per cui una adenina (A) su un filamento si leghi mediante legami idrogeno con

una timina (T) sullaltro filamento; una guanina (G) su un filamento si leghi mediante

legami idrogeno con citosina (C) sullaltro filamento (sono le cosidette regole di Chargaff)

Questa struttura ha immediatamente suggerito a Watson e Crick

che la proposero una modalit di replicazione del DNA. In effetti

ciascuno dei due filamenti mantiene la stessa informazione (come

sequenza di basi), sia pur in modo complementare. Di

conseguenza, durante la replicazione ciascun filamento funge da

stampo per la sintesi di un filamento complementare.

3 - Un altro acido nucleico, lRNA (acido ribonucleico) strutturalmente molto

simile al DNA, ma pu presentare anche tratti a singola elica.

Al posto della timina, possiede una base leggermente diversa luracile (U). Si

tratta di una timina non metilata.

LRNA ha un ruolo fondamentale nella

traduzione, cio nel processo di

decodificazione dellinformazione

contenuta nel DNA, che alla base della

sintesi delle proteine.

Il codice genetico

Il DNA immagazzina (in forma lineare) linformazione per la sintesi

delle proteine (esse stesse polimeri lineari) codificandola mediante

una specifica sequenza di tre nucleotidi per ogni amminoacido

Il (cosidetto) dogma centrale della biologia molecolare:

il flusso dellinformazione unidirezionale, nella direzione

DNA RNA proteine

Replicazione

Proteine

Le proteine presiedono alla

loro propria sintesi,

partecipando a trascrizione e

traduzione. Presiedono anche

alla replicazione del DNA

che codifica il progetto

dellorganismo, incluse

sequenze e strutture di tutte

le proteine!

Il dogma centrale della biologia molecolare solo uno degli esempi (con

ogni probabilit il pi prominente) che mette in evidenza un problema

chiave e ineludibile legato alla comparsa degli organismi nel corso della

evoluzione molecolare:

difficile immaginare un processo evolutivo che porti alla comparsa di una

classe di molecole biologiche per volta (es. prima DNA e poi proteine, o

viceversa). Infatti tutti i componenti molecolari, qualsiasi sia la loro natura

chimica, debbono cooperare interagendo tra loro in modo perfettamente

coordinato.

come analogia di un sistema vivente non si pu quindi

prendere un edificio o una macchina, perch questi possono

essere assemblati pezzo per pezzo, mentre un sistema

vivente richiede la presenza contemporanea di tutti (o

quasi) i pezzi per sostenere tutte le sue funzioni.

Come conseguenza metodologica, il problema dellorigine

della vita non pu essere affrontato considerando lorigine e

levoluzione di ogni singola parte (o classe di molecole)

indipendentemente dalle altre.

Le propriet emergenti nei sistemi viventi

1)Lirriducibilit. Un organismo ben pi ed altro che la

sommatoria delle singole parti. Ad esempio, un tratto di DNA

pu essere caratterizzato per le sue propriet chimico-fisiche,

ma la sua caratteristica essenziale, la sua capacit di

codificare una proteina. Quindi il suo significato estrinseco

alla molecola stessa in quanto pu essere compreso in base al

codice genetico e si comprende in vista del ruolo che essa ha nel

sistema biologico in cui si trova.

2)Lindividualit. Laspetto pi profondo di tale propriet che

non si pu disaggregare o scomporre una cellula in pi parti

senza perderne laspetto essenziale. In breve: nessuna delle

parti che compone una cellula vivente in se stessa.

Alcune riflessioni di Erwin Chargaff

sul fenomeno vita

Probabilmente non un caso che fra tutte le

scienze sia proprio la biologia quella che non

riesce a definire loggetto che studia: noi non

possediamo una definizione scientifica della vita.

In effetti sono solo cellule e tessuti morti quelli

che vengono sottoposti alle analisi pi

dettagliate.

Lanalisi delle parti che compongono un

organismo vivente comporta, salvo poche

eccezioni, il venire meno dellelemento essenziale

della vita stessa.

Nella nostra caccia ai frammenti abbiamo

smarrito le sublimi fattezze della vita.

(Erwin Chargaff. Tratto da: Mistero impenetrabile)

1905-2002

Chargaffs rules

I TERMINI DEL PROBLEMA

La natura del fenomeno vita (il punto di arrivo)

I tempi e lambiente della comparsa (il punto di partenza)

Gli scenari ipotizzati (prebiotici e della abiogenesi)

Quale la probabilit? Esistono punti di riferimento su cui

fondare una plausibile valutazione? Esiste vita nellUniverso?

La scala dei tempi

(stabilita in base a diverse metodologie; soprattutto in base alla

radiodatazione delle rocce)

Eobacterium

isolatum (impronta

fossile)

Let delle rocce pi antiche: 4.5-4.6 milardi di anni

Le prime testimonianze fossili:

3.5-3.8 miliardi di anni

Stromatoliti

Depositi fossili macroscopici di

microrganismi, che risalgono ad

almeno 2 miliardi di anni fa

Rinvenuti in vari continenti

Earth forms 4.6 billion years ago

So