Breve Lezione di Biologia - Il brodo primordiale - Esperimento di Miller-Urey sull'origine delle Biomolecole

Il brodo primordiale, noto anche come brodo prebiotico, è un ipotetico ambiente ancestrale nel quale, si pensa, possano essere avvenuti gli eventi chimico-fisici che avrebbero poi dato origine alla vita sulla terra. Dal punto di vista chimico, il brodo primordiale altro non sarebbe che una miscela acquosa di sali inorganici e vari composti chimici semplici a base di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, sia di natura organica (idrocarburi, amminoacidi, acidi carbossilici, brevi polimeri) che inorganica (ammoniaca, anidride carbonica).

Prima della comparsa della vita, l'atmosfera terrestre era prevalentemente costituita da azoto, anidride carbonica, vapore acqueo e pochi altri gas, mentre l'idrosfera era caratterizzata quasi esclusivamente da acqua allo stato liquido, considerando le elevate temperature del "giovane" pianeta terra. Sotto l'azione di fonti di energia libera quali i raggi ultravioletti solari e le scariche elettriche dei primi temporali, i gas atmosferici e le sostanze presenti negli oceani avrebbero dato luogo ad una serie di reazioni chimiche con la conseguente formazione delle prime molecole complesse. Tali molecole si sarebbero quindi accumulate in grande quantità negli oceani, dal momento che l'assenza di ossigeno e di qualsiasi organismo in grado di metabolizzarle ne limitava significativamente il degrado (attualmente, un terreno di coltura con le caratteristiche del brodo primordiale, abbandonato in natura, verrebbe rapidamente ossidato e metabolizzato). In questo ambiente ancestrale, con dinamiche ancora oggi non del tutto chiare, si sarebbero formati i primi agglomerati di molecole organiche abbastanza complessi da poter essere definiti cellule.

L'esperimento di Miller-Urey rappresenta la prima dimostrazione che le molecole organiche si possono formare spontaneamente, nelle giuste condizioni ambientali, a partire da sostanze inorganiche più semplici. L'esperimento portò di fatto alla formazione di una miscela organica aventi le caratteristiche chimiche del "brodo primordiale". L'esperimento fu condotto nel 1953 da Stanley Miller e dal suo docente, Harold Urey, per dimostrare la teoria di Oparin e Haldane, i quali ipotizzavano che le condizioni della Terra primordiale avessero favorito reazioni chimiche conducenti alla formazione di composti organici a partire da componenti inorganiche.

Il brodo primordiale

Il brodo primordiale, noto anche come brodo prebiotico, è un ipotetico ambiente ancestrale nel quale, si pensa, possano essere avvenuti gli eventi chimico-fisici che avrebbero poi dato origine alla vita sulla terra. Dal punto di vista chimico, il brodo primordiale altro non sarebbe che una miscela acquosa di sali inorganici e vari composti chimici semplici a base di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, sia di natura organica (idrocarburi, amminoacidi, acidi carbossilici, brevi polimeri) che inorganica (ammoniaca, anidride carbonica).

Prima della comparsa della vita, l'atmosfera terrestre era prevalentemente costituita da azoto, anidride carbonica, vapore acqueo e pochi altri gas, mentre l'idrosfera era caratterizzata quasi esclusivamente da acqua allo stato liquido, considerando le elevate temperature del "giovane" pianeta terra. Sotto l'azione di fonti di energia libera quali i raggi ultravioletti solari e le scariche elettriche dei primi temporali, i gas atmosferici e le sostanze presenti negli oceani avrebbero dato luogo ad una serie di reazioni chimiche con la conseguente formazione delle prime molecole complesse. Tali molecole si sarebbero quindi accumulate in grande quantità negli oceani, dal momento che l'assenza di ossigeno e di qualsiasi organismo in grado di metabolizzarle ne limitava significativamente il degrado (attualmente, un terreno di coltura con le caratteristiche del brodo primordiale, abbandonato in natura, verrebbe rapidamente ossidato e metabolizzato). In questo ambiente ancestrale, con dinamiche ancora oggi non del tutto chiare, si sarebbero formati i primi agglomerati di molecole organiche abbastanza complessi da poter essere definiti cellule.

L'esperimento di Miller-Urey rappresenta la prima dimostrazione che le molecole organiche si possono formare spontaneamente, nelle giuste condizioni ambientali, a partire da sostanze inorganiche più semplici. L'esperimento portò di fatto alla formazione di una miscela organica aventi le caratteristiche chimiche del "brodo primordiale". L'esperimento fu condotto nel 1953 da Stanley Miller e dal suo docente, Harold Urey, per dimostrare la teoria di Oparin e Haldane, i quali ipotizzavano che le condizioni della Terra primordiale avessero favorito reazioni chimiche conducenti alla formazione di composti organici a partire da componenti inorganiche.

Ammoniaca

NH3

Modello 3D della molecola dell'Ammoniaca NH3 - In blu l'atomo di Azoto in Bianco gli atomi di Ifrogeno

L'ammoniaca è un composto dell'azoto di formula chimica NH3. Si presenta come un gas incolore, tossico, dall'odore pungente caratteristico. Molto solubile in acqua, le impartisce una netta basicità.

Ammoniaca - Formula di struttura

La forma della molecola dell'ammoniaca anidra è tetraedrica deformata; l'atomo di azoto vi compare con ibridazione sp3, occupa la posizione centrale e lega i tre atomi di idrogeno. La base è un triangolo equilatero occupato dai tre atomi di idrogeno mentre il quarto vertice del tetraedro è occupato da una coppia elettronica di non legame (lone pair), che è la principale responsabile di tutte le proprietà della molecola (formazione di legami a idrogeno, basicità secondo Lewis e secondo Bronsted-Lowry, elevata permittività elettrica e momento dipolare, elevata solubilità in acqua).