IL FLUSSO DI ENERGIA, MATERIA E INFORMAZIONE

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1 3 IL FLUSSO DI ENERGIA, MATERIA E INFORMAZIONE 3.1 Introduzione I sistemi biologici (cellula, organismo, popolazione, ecosistema) sono parte dell'universo e come tali rispondono alle leggi della Fisica. La Vita è però un fenomeno particolare che apparentemente segue una direzione opposta a quella del resto dell'universo. Si pensi ad un mazzo di carte. Nel mazzo nuovo, le carte sono ordinate ed è naturale aspettarsi che il mescolamento rompa l'ordine rendendolo casuale. È altrettanto naturale aspettarsi che è impossibile riordinare la sequenza casuale di un mazzo di carte con il semplice mescolamento: per farlo è necessario un intervento "esterno" che va oltre la casualità. La Vita si può paragonare al rimescolamento di un mazzo di carte disordinato in cui viene ripristinato un ordine. L'apparente particolarità "innaturale" si spiega con le leggi della Termodinamica, che regolano le trasformazioni dell'energia determinando la spontaneità dei fenomeni. L'Universo è un insieme di parti, chiamate sistemi termodinamici, che interagiscono tra loro con scambi di energia e materia: sono sistemi termodinamici una cellula, il corpo di un organismo, un pianeta, un sistema solare, un ammasso stellare. Il più grande sistema termodinamico è l'universo. In relazione agli scambi di energia e materia, i sistemi termodinamici possono essere distinti in tre tipi: 1) Sistemi isolati: non scambiano materia né energia con l'esterno. Es.: l'universo. 2) Sistemi chiusi: scambiamo energia ma non materia con l'esterno. Es.: la Terra. 3) Sistemi aperti: scambiano energia e materia con l'esterno. Es.: gli organismi viventi. 3.2 Energia ed entropia Le leggi della termodinamica mettono in relazione le trasformazioni dell'energia con una grandezza fisica, l'entropia. L'entropia misura lo stato di disordine di un sistema: l'entropia di un sistema aumenta quanto maggiore è il suo disordine. Ad esempio, l'entropia di un mazzo di carte nuovo aumenta dopo il rimescolamento. Sono sistemi a bassa entropia il cubetto di ghiaccio messo in un bicchiere d'acqua, le molecole che formano la benzina, la pizza calda appena sfornata, l'acqua di un serbatoio sul tetto di una casa, l'organismo vivente. Questi esempi, completamente diversi, hanno in comune quattro aspetti: 1) la bassa entropia si è formata perché un altro sistema ha fornito energia: energia meccanica per congelare l'acqua del cubetto, energia solare per trasformare l'acqua e l'anidride carbonica in molecole organiche fossilizzate (petrolio); energia meccanica per spingere l'acqua al serbatoio, energia chimica dell'alimento dell'organismo vivente. In tutti questi sistemi, la fonte primaria di energia è generata e irradiata dal Sole. 2) Il mantenimento dell'entropia bassa di questi sistemi è consentito solo impedendo la dispersione dell'energia o compensandone le perdite con un continuo apporto energetico: il cubetto di ghiaccio resta tale finché si mantiene in frigorifero, la benzina non sarà bruciata finché si conserva in un serbatoio lontano da fonti di calore, la pizza resta calda finché si mantiene in forno, l'acqua resta ad una certa quota finché racchiusa in un serbatoio, l'organismo resta in vita finché si alimenta e si difende. 3) in assenza di barriere fisiche o di apporti energetici, gli eventi spontanei che coinvolgeranno questi sistemi condurranno ad un aumento dell'entropia: la fusione del ghiaccio nel bicchiere d'aqua, la combustione della benzina, il raffreddamento della pizza, la caduta dell'acqua dal serbatoio, la morte dell'organismo vivente. 15 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

2 4) i fenomeni spontanei a cui sono soggetti questi sistemi sono irreversibili: solo a fronte di una nuova spesa energetica si possono ricreare condizioni simili a quelle descritte negli esempi citati. Finora si è messo in evidenza che la spontaneità di un fenomeno in un sistema si deve alla combinazione di due trasformazioni: uno scambio di energia con l'esterno e una variazione dell'entropia, A questo punto possiamo spiegare i fenomeni ricorrendo, con un approccio elementare, alle leggi della Termodinamica. Da queste leggi scaturiscono vari aspetti, di cui mettiamo in evidenza i seguenti: 1. In un sistema isolato l'energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma. Ad esempio, l'acqua del serbatoio ha energia potenziale di posizione che, con la caduta, si trasforma in energia di movimento. Per mezzo di una turbina e di un generatore, l'energia di movimento si può convertire in energia di potenziale elettrico. Questa, attraverso dispositivi vari, può essere trasformata in energia di movimento, in calore, in luce. A monte di tutte queste trasformazioni, nel nostro pianeta, ci sono fonti energetiche di natura astronomica: l'energia radiante del sole, l'energia geotermica prodotta dal calore interno della Terra, l'energia di movimento generata dall'attrazione gravitazionale tra i corpi celesti. Alla fine si deduce che qualsiasi forma di energia, apparentemente creata "dal nulla", in realtà deriva dalla trasformazione di una quota dell'energia contenuta nell'intero Universo, l'unico sistema isolato a tutti gli effetti. 2. Un sistema non isolato cede spontaneamente e irreversibilmente energia ad altri sistemi aumentando l'entropia complessiva (maggiore disordine). Ad esempio, un corpo caldo cede spontaneamente calore ad un corpo freddo Fig. 17. Variazione differenziale dell'entropia in due sistemi non isolati: dopo la trasformazione, il primo sistema (a sinistra) aumenta la sua entropia, il secondo (a destra) la riduce. distribuendo uniformemente il calore, la combustione della benzina trasforma spontaneamente l'energia chimica accumulata nei legami in calore o energia meccanica, producendo acqua e anidride carbonica. La distribuzione uniforme del calore e la formazione di molecole che non contengono energia chimica corrispondono ad uno stato di maggiore entropia. 3. Un sistema non isolato può accumulare energia, riducendo la sua entropia interna (maggiore ordine), a spese di un altro sistema che cede energia. Ad esempio, una macchina frigorifera o una pompa di calore, per mezzo del lavoro meccanico prodotto da un compressore, permettono il trasferimento di calore da un ambiente freddo ad un ambiente caldo. Questo trasferimento "contro natura" crea uno stato di entropia più basso nell'ambiente climatizzato. In modo analogo, la fotosintesi è un processo che crea composti organici che abbassano l'entropia della materia accumulando l'energia solare nei legami chimici. Si osservi che in entrambi i processi, completamente diversi, interviene un pardicolare dispositivo che, facendo variare l'entropia dei sistemi, permette il trasferimento non spontaneo dell'energia. Da quanto detto si deduce che i fenomeni spontanei si svolgono unicamente verso la dispersione uniforme dell'energia fino al raggiungimento del massimo grado di entropia. Fenomeni non spontanei sono possibili solo se interviene un particolare dispositivo che permette l'accumulo di energia in un sistema a spese di un altro abbassando l'entropia del primo e aumentando l'entropia del secondo. 16 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

3 In una porzione limitata dell'universo (un sistema solare, un pianeta, un ecosistema, una cellula) sono possibili, in opportune condizioni, anche i fenomeni non spontanei. Nell'Universo preso nella sua globalità, tuttavia, esiste solo la tendenza all'aumento dell'entropia: quando si avrà la massima entropia l'energia sarà completamente dispersa e non più utilizzabile. 3.3 Energia ed entropia nei sistemi biologici I sistemi biologici sono sistemi aperti, in quanto scambiano energia e materia con l'esterno, permettendo lo svolgimento di processi non spontanei. Dal punto di vista termodinamico, questi processi si riducono, nel complesso, a due ordini di fenomeni: A. Riduzione dell'entropia interna. La struttura delle cellule e degli organismi viventi richiede la formazione di macromolecole a partire da molecole più semplici prese dall'esterno e l'eliminazione dei prodotti di scarto del metabolismo. Nel complesso, all'interno del sistema biologico aumenta l'ordine mentre all'esterno aumenta il disordine in misura più che proporzionale: se all'interno di un sistema biologico l'entropia si riduce da 100 a 10, all'esterno aumenta da 100 a B. Accumulo di energia all'interno. La realizzazione e la conservazione di un differenziale fra entropia interna ed entropia esterna crea uno stato di non equilibrio che richiede un continuo apporto energetico. L'organismo deve perciò acquisire energia dall'esterno e convertirla in energia potenziale (trasduzione energetica) mantenendo nel tempo il differenziale di entropia. Un aspetto importante,. sancito dalle leggi della Termodinamica, consiste nel fatto che, anche in biologia, la trasduzione energetica ha un rendimento basso: dell'energia utile acquisita dall'esterno, la maggior parte non viene convertita, bensì si disperde nell'ambiente in una forma non più utilizzabile, contribuendo ad aumentare l'entropia esterna. Da questo punto di vista i sistemi biologici possono perciò essere paragonati a macchine sofisticate che trasformano la materia organizzandola in uno stato di maggior ordine al loro interno e di maggior disordine al loro esterno, in una complessa rete di reazioni che consumano energia. Affinché tutto ciò possa avvenire, i sistemi biologici devono disporre di barriere che permettano il confinamento dei processi biochimici, affinché questi possano svolgersi separatamente, e permettano di scambiare le sostanze in modo selettivo, lasciando entrare le materie prime e facendo uscire i prodotti. Queste barriere sono le membrane biologiche. 3.4 Trasduzione biologica dell'energia Dal punto di vista termodinamico, le reazioni chimiche si distinguono in due tipi: 1. Reazioni esoergoniche. Liberano energia. Queste reazioni convertono l'energia accumulata nei legami chimici di reagenti a bassa entropia (energia potenziale chimica) in lavoro, energia potenziale, luce, calore, aumentando l'entropia complessiva. Ad esempio, una reazione che provoca un'esplosione libera l'energia potenziale chimica producendo lavoro (aumento di pressione per l'espansione dei gas), luce e calore. I prodotti dell'esplosione sono composti chimici che hanno una maggiore entropia e, come tali, non possono più generare energia (es. acqua, anidride carbonica). 2. Reazioni endoergoniche. Assorbono energia. Queste reazioni convertono altre forme di energia in energia potenziale chimica abbassando l'entropia dei prodotti. Sono reazioni non spontanee perché richiedono un dispositivo che assorbe energia generando il differenziale di entropia. La trasduzione dell'energia, in tutte le cellule, si svolge secondo lo schema di fig.18: a) la cellula riceve dall'esterno composti organici in cui è accumulata energia potenziale chimica; b) le molecole del composto organico, a basso stato di entropia, vengono demolite a tappe, per mezzo di reazioni esoergoniche; l'energia sviluppata viene in parte recuperata e accumulata in molecole ad alto contenuto energetico (ATP); c) a causa del basso rendimento, gran parte dell'energia potenziale si disperde in calore, una forma che sarà definitivamente persa; 17 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

4 d) l'energia contenuta nell'atp sarà sfruttata dalla cellula, al momento opportuno, per qualsiasi fenomeno biologico: produzione di lavoro (es. i movimenti delle cellule, il trasporto attivo di molecole attraverso le membrane), emissione di luce, costruzione di macromolecole. 3.5 Eterotrofia e autotrofia Per svolgere i processi vitali, gli organismi sfruttano l'energia chimica dei composti organici. Ci si dovrebbe perciò attendere che i composti organici nel tempo si esauriscano determinando la fine del flusso biologico dell'energia. Alcuni organismi si sono però evoluti nello sfruttamento di altre fonti energetiche per accumulare energia chimica producendo nuovi composti organici. La maggior parte di questi organismi sfrutta la luce solare, disponibile da miliardi di anni. In relazione a questa Fig. 18. Flusso di energia nella cellula. proprietà, gli organismi si distinguono in due grandi gruppi: eterotrofi e autotrofi. Gli eterotrofi utilizzano esclusivamente energia potenziale chimica, perciò producono ATP solo con la demolizione delle molecole organiche attraverso i processi di respirazione cellulare (in presenza di ossigeno) e di fermentazione (in assenza di ossigeno). Gli autotrofi sfruttano l'energia contenuta nella luce solare in un processo endoergonico, la fotosintesi, attraverso il quale producono ATP e, soprattutto, glucosio. Dal glucosio si originano tutti gli altri composti organici. Anche gli autotrofi sfruttano la respirazione per produrre ATP, ma a differenza degli eterotrofi non hanno bisogno di alimentarsi a spese di sostanza organica già esistente, perché la creano trasformando l'acqua e l'anidride carbonica per mezzo dell'energia contenuta nella luce. Il rendimento di questa trasduzione energetica è bassissimo, tuttavia è in grado di rigenerare, per miliardi di anni, la fonte energetica necessaria per il mantenimento della Vita. 3.6 Metabolismo Il metabolismo è l'insieme dei processi biochimici che si svolgono in un organismo. Alcuni di questi processi generano un maggior ordine con la costruzione di macromolecole e richiedono quindi l'energia necessaria ad abbassare lo stato di entropia, altri demoliscono le molecole organiche acquisite dall'esterno e producono pertanto energia utile ad alimentare i processi endoergonici. Il metabolismo è perciò distinto in tre componenti fondamentali (Fig. 19): 1. Catabolismo. È l'insieme dei processi di demolizione delle molecole organiche e nel complesso è esoergonico, ovvero produce energia utile. I prodotti del catabolismo sono in parte riciclati all'interno dell'organismo per la costruzione di altre molecole organiche oppure eliminati come prodotti di scarto. L'energia dispersa e i prodotti del catabolismo aumentano l'entropia esterna. 2. Anabolismo. È l'insieme dei processi di costruzione delle molecole organiche e nel complesso è endoergonico, ovvero consuma energia utile. L'anabolismo ricicla una parte dei prodotti del catabolismo. L'energia incorporata nei prodotti dell'anabolismo abbassa l'entropia interna. 3. Metabolismo energetico. È l'insieme dei processi che recuperano l'energia liberata dal catabolismo e la incorporano nella molecola dell'atp. È quindi il "motore" che converte l'energia in ingresso nell'energia utile (ATP) necessaria per alimentare l'anabolismo: il metabolismo energetico assorbe quindi energia dai processi catabolici e la cede ai processi anabolici. 18 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

5 Fig. 19. Il metabolismo. In rosso i processi esoergonici, in verde i processi endoergonici. Processi catabolici e anabolici non sono completamente separati, ma sono fra loro collegati attraverso le vie metaboliche, che mettono a disposizione della cellula i prodotti intermedi impiegati nei processi anabolici. Attraverso i sistemi di informazione e regolazione interna, i processi sono continuamente orientati verso una determinata direzione, secondo lo scopo da raggiungere. Ad esempio, nelle cellule muscolari il catabolismo viene spinto fino alla fine in modo da demolire completamente le molecole del glucosio e produrre l'atp necessario per compiere lavoro, mentre nelle cellule adipose la demolizione del glucosio è incompleta ed è finalizzata alla produzione di "frammenti di molecole" che saranno utilizzate per costruire le molecole dei grassi. Dobbiamo perciò immaginarci il complesso sistema del metabolismo come una rete stradale ricca di incroci, attraverso i quali il traffico viene smistato in direzioni predefinite secondo le esigenze. 3.7 Cinetica chimica e catalisi biologica La termodinamica stabilisce se una reazione è spontanea o meno, ma non offre alcuna indicazione sulla velocità con cui può svolgersi. Ad esempio, la reazione tra l'idrogeno e l'ossigeno che porta alla formazione dell'acqua è fortemente esoergonica e procede spontaneamente. Tuttavia la reazione è così lenta che apparentemente i due reagenti convivono nell'atmosfera senza reagire. Molte reazioni, pur essendo spontanee, si avviano e procedono velocemente solo se "innescate": idrogeno e ossigeno reagiscono infatti velocemente, con effetto esplosivo, solo se la miscela dei gas è attraversata da una scarica elettrica. Per capire il concetto si pensi ad una lunga discesa preceduta da un piccolo dislivello in salita: qualsiasi mezzo procederà senza spinta in discesa solo se si supera il piccolo dislivello iniziale. Analogamente, la reazione esoergonica fra idrogeno e ossigeno procede spontaneamente solo se si fornisce un innesco necessario per superare il piccolo dislivello energetico iniziale. Questo dislivello energetico è chiamato energia di attivazione. In generale, le reazioni, non si avviano se non si fornisce l'energia di attivazione. Le reazioni esoergoniche, una volta fornita l'energia di attivazione, si alimentano da sole procedendo spontaneamente. Le reazioni endoergoniche, invece, procederanno solo se si fornisce tutta l'energia necessaria dal punto di vista termodinamico. Diversi sono i fattori che possono far aumentare la velocità di una reazione, ma due sono di particolare importanza: l'aumento della temperatura e la catalisi. 19 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

6 L'aumento della temperatura porta ad un aumento dell'energia media delle molecole. Queste possono perciò superare più facilmente la barriera dell'energia di attivazione. Ciò equivale a dare una spinta più energica al veicolo che deve superare il dislivello in salita prima della discesa. La catalisi è un fenomeno per cui una reazione chimica, in presenza di una sostanza detta catalizzatore, si svolge più velocemente perché segue un meccanismo con energia di attivazione più bassa (Fig. 21). La catalisi equivale ad una strada alternativa senza salite iniziali. Il catalizzatore interviene nel meccanismo di reazione ma non altera il risultato finale, sia nei prodotti della reazione sia nella termodinamica (energia scambiata ed entropia). Nei sistemi biologici la temperatura necessaria per attivare le reazioni biochimiche sarebbe incompatibile con la vita, perciò la quasi totalità delle reazioni, spontanee o meno, si svolgono per catalisi. I catalizzatori biologici sono detti enzimi e sono, almeno in parte, composti da una molecola proteica. La particolarità della catalisi enzimatica è l'alta specificità del catalizzatore: ogni reazione ha un suo enzima specifico e, spesso, ogni enzima catalizza una sola reazione. Nel meccanismo di reazione, la molecola dell'enzima riconosce la molecola del reagente (detto substrato) e si lega ad essa. Con la formazione del complesso enzima-substrato si favorisce la rottura dei legami chimici e la formazione di altri, con conseguente formazione dei prodotti. Una volta completato il meccanismo, l'enzima si libera dalle molecole dei prodotti e si lega ad un'altra molecola del substrato. Per svolgere l'azione catalitica, molti enzimi si combinano con ioni o particolari molecole: Fig. 20. Energia di attivazione (E a ) nelle reazioni esoergoniche e endoergoniche. Fig. 21. Cinetica di una reazione (rosso) e della stessa reazione in presenza di un catalizzatore (blu). La catalisi abbassa l'energia di attivazione (Ec). - il cofattore è uno ione inorganico. Spesso è un microelemento (ferro, rame, selenio, ecc.); - il coenzima è una molecola organica non proteica. I coenzimi sono spesso derivati dalle vitamine. Fig. 22. Fasi di una reazione enzimatica. A, B: reagenti (substrato), P: prodotto. 3.8 Flusso di informazione In base a quanto detto, l'organismo vivente è paragonabile ad una macchina complessa che trasforma energia e materia nello svolgimento di fenomeni non spontanei. Come tutte le macchine sofisticate, l'esistenza ed il funzionamento di un organismo vivente richiedono progettazione, 20 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

7 controllo e regolazione. Al flusso di energia e di materia si affianca perciò un flusso di informazione che in tutti gli organismi viventi presenta le seguenti caratteristiche: 1) definisce e regola lo sviluppo dell'organismo, il quale non si realizza in modo casuale, bensì secondo un progetto biologico; 2) definisce e regola il modo in cui l'organismo funziona, realizzando al suo interno le condizioni che permattano lo svolgimento non casuale dei fenomeni fisici e chimici, bensì secondo il suddetto progetto biologico; 3) è capace di ripetersi trasferendo le nuove copie del progetto biologico alla discendenza, i nuovi organismi prodotti, con copie molto simili al progetto originario (ereditarietà) ma con piccole variazioni che permettono la differenziazione (variabilità) e, nel tempo, l'evoluzione. Il progetto biologico è costituito dal codice genetico, ossia la sequenza di basi azotate che formano la catena del DNA (adenina, timina, guanina, citosina). Ogni gruppo di tre basi consecutive (tripletta) è una lettera del codice genetico. Un insieme di triplette consecutive contiene l'informazione minima per la costruzione di una catena di amminoacidi che farà parte di una proteina. Una molecola di DNA contiene un numero elevato di geni, ciascuno con un suo compito: ad esempio, vi sono geni che regolano l'azione di altri geni. Il codice genetico pertanto, non contiene solo il progetto biologico, ma anche le istruzioni su come il progetto deve essere letto e attuato. In che modo si svolge il flusso d'informazione negli organismi? Sintesi proteica. In ogni organismo, le proteine svolgono funzioni diverse secondo le loro caratteristiche: 1. Sono componenti strutturali, ovvero fanno parte del corpo delle cellule (membrane, citoscheletro, flagelli, ribosomi, cromosomi, ecc.) e dei tessuti. La loro presenza contribuisce a determinare le proprietà di ogni struttura: ad esempio, il passaggio di determinate sostanze attraverso le membrane avviene grazie alla presenza di proteine che fanno da "porta" o da trasportatori, i tendini e i legamenti sono formati dall'addensamento di fibre composte da proteine fibrose. 2. Sono gli effettori di varie funzioni: ad esempio, sono proteine quelle che provocano la contrazione muscolare, quelle che trasportano l'ossigeno nel sangue, quelle che formano gli ormoni, "messaggeri chimici" degli organismi complessi, o gli anticorpi, sostanze che difendono l'organismo da macromolecole potenzialmente nocive. Fig. 23. Schema della sintesi proteica 21 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA

8 3. Sono enzimi oppure componenti fondamentali di enzimi e, quindi, permettono lo svolgimento di quasi tutte le reazioni biochimiche del metabolismo. Le proteine sono perciò essenziali per la costituzione e il funzionamento del corpo di un organismo. La funzione svolta da ogni proteina si deve alla sua struttura, che deriva dalla particolare sequenza degli amminoacidi. Dal momento che una proteina è composta da una o più catene di centinaia o migliaia di amminoacidi, la composizione non è casuale, ma è determinata dal codice di uno o più geni: ogni amminoacido corrisponde ad una specifica tripletta di basi azotate e la sequenza delle basi azotate è l'instruzione di come deve essere montata la catena di una proteina. La catena di montaggio delle proteine (sintesi proteica, fig. 23) è composta dai ribosomi, dal RNA di trasporto, da una copia del progetto, il RNA messagero. Una sola molecola di RNA messaggero è letta in serie da un numero elevato di ribosomi e, quindi, produce un numero elevato di catene proteiche, tutte uguali Trascrizione del RNA messaggero. Il RNA messaggero è il veicolo dell'informazione genetica nella cellula. La molecola di questo acido nucleico è costruita nel nucleo usando come "stampo" il tratto di DNA che forma il gene specifico, attraverso un processo detto trascrizione. Dopo la trascrizione il RNA migra nel citoplasma e viene "letto" dai ribosomi nella sintesi proteica Duplicazione o replicazione del DNA. Il DNA di un organismo è la copia originale del progetto biologico e svolge due funzioni: fornisce le istruzioni per la sintesi proteica e produce le copie da trasmettere alla discendenza. Nelle cellule in corso di differenziazione e in quelle adulte, il DNA è usato esclusivamente come matrice per la trascrizione del RNA e in genere è mantenuto per tutta la vita. Solo alcune cellule, destinate ad una breve vita, possono riassorbire il nucleo e distruggere il DNA dopo essersi sviluppate e aver prodotto tutte le strutture di cui hanno bisogno (es. i globuli rossi del sangue). Nelle cellule destinate a moltiplicarsi, il DNA è usato anche come copia da trasferire alle cellule figlie. In questo caso la molecola si autoduplica producendo copie uguali all'originale. Il progetto originale viene perciò riprodotto in modo che si abbia una copia in tutte le cellule dell'organismo (c. somatiche) e in quelle destinate a formare nuovi organismi (c. riproduttive). Nella replicazione, ogni semielica della molecola del DNA è usata come stampo per produrre quella mancante. In questo modo, da una molecola di DNA se ne formano due nuove, ciascuna con una semielica della molecola originaria. Durante la replicazione possono avvenire degli errori casuali (mutazioni). Alcuni di questi errori possono portare ad un miglioramento e si accumulano nel tempo portando all'evoluzione Conclusioni Il mantenimento del flusso di materia e di energia che abbassa l'entropia dei sistemi biologici è regolato da un sistema informativo basato sul codice genetico: 1) la costruzione del corpo avviene per mezzo di processi biochimici che producono macromolecole e si svolgono solo in presenza di enzimi. Il codice genetico è il progetto dell'organismo che indica come devono essere fatti e assemblati i componenti strutturali; 2) il funzionamento del corpo avviene con l'attivazione di processi biochimici mediati da enzimi prodotti con la sintesi proteica. Il codice genetico è il regolamento che indica come e quando devono funzionare gli enzimi responsabili dei processi e delle funzioni fisiologiche; 3) ogni nuovo organismo riceve una copia del DNA del genitore (o dei genitori). Il codice genetico è la comunicazione che indica quindi come deve essere fatto e come dovrà funzionare il nuovo organismo, attraverso meccanismi riproduttivi che da un lato "conservano" il progetto (eredità) e da un altro lo "innovano" (variabilità). 22 Appunti di Biologia Giancarlo Dessì, Licenza Creative Commons BY-NC-SA