biochimica

Le tappe storiche che hanno condotto alla scoperta delle vitamine

di Sergio Barocci

Le cellule viventi, oltre ai loro componenti principali (carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici), contengono anche alcune sostanze organiche che svolgono la loro azione in piccole quantità, chiamate vitamine. Sebbene esse siano essenziali per molte forme di vita, la loro importanza biologica venne riconosciuta per la prima volta solo in quanto alcuni organismi non erano in grado di sintetizzarle e dovevano quindi rifornirsene da fonti esogene. Insieme agli enzimi partecipano alle reazioni chimiche necessarie al funzionamento del nostro organismo e agiscono anche da catalizzatori per la formazione o la rottura dei legami chimici tra le molecole
alimenti fonti primarie delle diverse vitamineLa storia delle vitamine, uno degli episodi più importanti nella storia della biochimica, ha avuto un notevole effetto sul benessere e sulla salute dell’uomo e sulla comprensione dei processi catalitici che avvengono nel metabolismo degli organismi viventi. Il fatto che la dieta fosse in relazione con alcune malattie, era già noto al tempo degli antichi egizi in quanto essi conoscevano da tempo che estratti di fegato erano in grado di curare la cecità notturna, una malattia oggi nota per essere causata da una carenza di vitamina A. Durante il Rinascimento, l’inizio dell’era delle navigazioni oceaniche causò ai naviganti prolungati periodi di privazione di frutta fresca e di verdure e pertanto le malattie dovute alle carenze di vitamine divennero abbastanza comuni tra gli equipaggi delle navi.

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Il vivente: dall’ottica meccanica a quella chimica

Articolo 14/15.
Questo articolo si colloca nell’ambito della rassegna “I Lunedì della Cultura Chimica“,
iniziativa curata dal chimico ed epistemologo Giovanni Villani, con il sostegno tecnico-scientifico dell’Associazione Culturale Chimicare 

Giovanni VillaniIn questo lavoro vorrei evidenziare, in un campo non chimico, l’uso delle molecole come mezzo esplicativo. Per quanto detto, molti sono i settori e gli argomenti che potrebbero essere usati per questo scopo in quanto ogni aspetto “materiale” ha una sua controparte chimica. Abbiamo scelto di volgere lo sguardo alle possibilità che il vario e complesso mondo molecolare offre all’animato. Le ragioni sono abbastanza ovvie da non necessitare di ulteriori precisazioni.

robot a forma di artropodeAlla nascita della scienza moderna, il programma scientifico riguardante il vivente, delineato da Cartesio per la prima volta nel Discours de la méthode (1637), era fondato sulla convinzione che tutte le funzioni vitali degli organismi, anche le più complesse e indecifrabili, fossero in definitiva riconducibili a processi e relazioni di tipo fisico-meccanico. Tale programma aveva lo scopo di riportare le misteriose forze della vita all’ambito di tecniche di analisi e di controllo tipicamente fisico. Il principio dell’unità e dell’uniformità della natura, che d’ora in poi costituirà una delle grandi eredità del meccanicismo, puntava a fare della biologia e della medicina una semplice sezione della fisica, soggetta agli stessi procedimenti logico-matematici e alla stessa legalità scientifica.

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Perchè mangiamo? Le ragioni dell’alimentazione, dal punto di vista del chimico

COSA SIGNIFICA ALIMENTARSI

L’alimentazione è il modo con il quale le sostanze chimiche presenti in natura entrano a far parte della realtà biologica di un vivente, costituendo le basi imprescindibili per la sua crescita, il suo mantenimento energetico e la sua corretta funzionalità.
esempio di alimentazione in un organismo eterotrofoRestringendo il campo al seppur vastissimo ambito di noi organismi eterotrofi, le piante e gli animali che mangiamo diventano parte di noi in funzione delle sostanze chimiche che li compongono.   La composizione chimica di un essere vivente diventa per tanto la chiave che giustifica, pilota e traghetta in qualche modo la trasmutazione, per molte culture ritenuta una sorta di magia un po’ macabra ma sicuramente sacra, di un essere vivente in un altro.

La chimica, le sostanze chimiche semplici, quindi non le cellule o i tessuti che pure li contenevano in origine, rappresentano cosa un organismo eterotrofo va a cercare in un alimento, per quanto esso possa essere introdotto nel nostro apparato digerente in forma estremamente complessa.  Possiamo anche pensare di ingoiare un’aringa intera, completa di testa e di coda: se mai riusciremo a digerirla, quello che passerà effettivamente nel nostro corpo, ovvero nel flusso sanguigno, e da lì ai vari organi, saranno sostanze chimiche semplici, specie chimiche ben definite, riportabili ad una struttura molecolare perfettamente definita e di solito neanche particolarmente complessa.  

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Vivente e non-vivente nell’ottica chimica

di Giovanni Villani

Sulle problematiche della vita, sulle sue definizioni, e sullo studio dei viventi in generale, la chimica ha svolto un ruolo fondamentale, non molto noto nel campo dei “non addetti ai lavori”.  È oggi ben noto che molta parte delle spiegazioni biologiche si fondano sulla biochimica, ma che questo approccio non sia recente e che da secoli la chimica è stata uno dei modi di spiegazione del mondo vivente, questo è sicuramente meno noto.
Salvador DalìLa chimica è da tempo la disciplina scientifica che opera sia nel piano macroscopico sia in quello microscopico con l’ausilio di concetti sistemici. Anche senza saperlo, quando nella seconda metà del XIX secolo furono elaborati nella forma attuale i concetti di composto chimico e di molecola, nacque la prima scienza sistemica: la chimica (Villani, 2010). Nella rimozione della dicotomia tra il vivente e il non-vivente, quindi, essa può svolgere un duplice ruolo. La sua autonomia, la sua irriducibilità alla fisica, moltiplica e stempera le differenze. L’idea è che gli enti strutturati/organizzati sono presenti in tutti gli ambiti e, quindi, creano differenze epistemologiche e non dicotomie. Dall’altro lato, come scienza sistemica, essa lavora con un mondo pluralistico in cui milioni di enti (molecole/composti) sono soggetti e oggetti di spiegazione e fa da ponte tra il mondo “semplice” della fisica e quello “prorompente” della biologia.

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Come si scopre un ciclo biochimico? L’esempio di Krebs, dall’intuizione ai dettagli delle reazioni

di Domenico Cavallero

INTRODUZIONE

Hans Adolf Krebs (1900 – 1981)

Fig. 1 – Hans Adolf Krebs (1900 – 1981)

Hans Adolf Krebs, biochimico inglese di origine tedesca , nacque a Hildesheim in Germania nel 1900 da Alma e Georg Krebs (chirurgo otorinolaringoiatra) (Figura 1).  Dapprima frequentò le scuole della sua città, in seguito studiò  medicina  presso diversi atenei (Università di Gottinga, Friburgo e Berlino)  dal 1918  al  1923. Nel 1925 conseguì la laurea presso l’Università di Amburgo , poi fece ritorno a Berlino per un anno dove si specializzò in chimica e dal 1926 al 1930 divenne assistente del biochimico Otto Heinrich Warburg ( premio Nobel per la Medicina nel 1931 per le sue ricerche sugli enzimi respiratori) al Kaiser Wilhelm Institut für Biologie di Berlino-Dahlem.

Nel 1930 si dedicò all’attività di medico ma nel 1933 in seguito alle discriminazioni razziali in Germania in quanto ebreo per parte di madre, gli fu vietato di praticare la medicina e per questo motivo dovette emigrare in  Inghilterra a Cambridge dove lavorò presso il Dipartimento di Biochimica alle dipendenze di Sir Frederick Gowland Hopkins (1861 – 1947) e poi a Sheffield dove insegnò farmacologia e biochimica.  Nel 1954 ottenne la cattedra di biochimica all’Università di Oxford (Figura 2).
I suoi studi furono dedicati alla comprensione di numerose reazioni metaboliche cioè di quei processi del metabolismo con cui le cellule viventi trasformano energia.  

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le molecole che la natura non sa fare

Ci sono cose che la natura non sa fare.A. Kircher: Magneticum Naturae Regnum. Raffigurazione alchemica della Natura (1667) E fra queste vi sono anche tanti tipi di molecole, che in fondo non sono altro che le unità composizionali fondamentali di “cose” più ampie ed organizzate.   Più nello specifico, ci sono pezzi di molecole, specifici raggruppamenti di atomi che la natura, nella sua espressione vegetale, animale, fungale o batterica, non è in grado di mettere insieme, ovvero di sintetizzare attraverso le vie sintetiche naturali, ovvero le cosiddette vie biosintetiche.

Il fatto che gli esseri viventi si siano evoluti e perfezionati nel tempo per effettuare alcune (a dire il vero moltissime!) trasformazioni biochimiche e non altre pur possibili (tanto che l’uomo oggi le realizza a livello di laboratorio o industriale, talvolta in condizioni neanche così estreme come si potrebbe immaginare) non è in molti casi legato a condizioni di oggettiva incompatibilità con la natura biologica dell’essere vivente, ma ad un semplice fattore di casualità, variabile sempre fondamentale nel gioco dell’evoluzione e che crea molto spesso le basi per la successiva selezione naturale, ed eventualmente ad un fattore di non particolare convenienza evolutiva.

tert-butyl radical Giusto per fare un esempio, è pienamente concepibile che all’interno di un essere vivente, almeno così come li possiamo incontrare sul nostro pianeta, non possano avvenire reazioni di fissione nucleare; più curioso è il fatto che un banale gruppo di atomi formato da 4 carboni, il cosiddetto tert-butile, noto anche come 1,1-dimetiletil (in figura) non compaia, almeno a quanto mi è dato sapere, in nessuna molecola sintetizzata da piante, animali, funghi o batteri.   

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