Tutte le cellule del tuo corpo sono costituite da molecole, a loro volta formate da atomi legati tra loro. Gli atomi sono le particelle di cui è costituita la materia; in natura esistono diversi tipi di atomi: una molecola è formata da due o più atomi, uguali o diversi, uniti insieme. Atomi e molecole presenti nelle cellule obbediscono alle stesse leggi della fisica e della chimica che governano il mondo inanimato.

Le cellule tuttavia posseggono due caratteristiche peculiari che le distinguono dai sistemi inanimati: si riproducono e si sviluppano secondo un «progetto interno». Ciò è reso possibile dalla presenza in tutte le cellule di due tipi di biomolecole complesse, costituite da piccole subunità: il DNA (o acido desossiribonucleico) e le proteine. Ogni molecola di DNA è una lunga sequenza di subunità chiamate nucleotidi; una proteina, invece, è una sequenza di amminoacidi. È interessante osservare che i nucleotidi e gli amminoacidi sono uguali in tutte le cellule di tutti gli organismi, ma sono organizzati in sequenze diverse per produrre molecole con funzioni differenti.

Le molecole di DNA presenti in una cellula costituiscono il suo genoma. Il compito del DNA è duplice:

1. contiene le informazioni necessarie per costruire e far funzionare correttamente la cellula;
2. permette all’organismo di trasmettere le proprie caratteristiche alla discendenza.

Tratti specifici del DNA, chiamati geni, contengono l’informazione utilizzata dalla cellula per fabbricare le proteine. Le proteine, oltre a costituire gran parte della struttura dell’organismo, sono le molecole che guidano le attività cellulari. Ogni organismo possiede geni specifici e quindi produce proteine specifiche (▶figura 3).

Ogni cellula del tuo corpo contiene lo stesso genoma; eppure, le varie cellule svolgono differenti funzioni e formano strutture diverse. Pensa per esempio alle cellule che «costruiscono» il tessuto osseo, oppure alle cellule dei muscoli, o ancora alle cellule del sangue. Pertanto i vari tipi di cellule di un organismo devono esprimere parti diverse del proprio genoma. Il controllo dell’espressione genica che rende possibile lo sviluppo e il funzionamento di un organismo è uno dei temi principali dell’attuale ricerca biologica.

Il genoma di un organismo è composto da migliaia di geni. Se si altera la sequenza nucleotidica di un gene, è facile che cambi anche la proteina da esso codificata. Le alterazioni dei geni si chiamano mutazioni. Le mutazioni si verificano spontaneamente, ma possono anche essere indotte da vari fattori esterni, come le radiazioni o certe sostanze chimiche. Per lo più le mutazioni sono dannose, ma ogni tanto un cambiamento nelle proprietà di una proteina ne altera la funzione in modo da migliorare l’efficienza dell’organismo nelle condizioni ambientali in cui si viene a trovare. Come vedremo, queste mutazioni vantaggiose sono la materia prima dell’evoluzione.