organica

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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la Sintesi: il lato creativo della chimica

Una delle meraviglie più inaspettate che la chimica riserva a coloro che per la prima volta si addentrano anche solo poco oltre la sua anticamera descrittiva, è la possibilità di trasformare la materia a proprio piacimento.
Da sempre l’uomo ha osservato i cambiamenti esteriori della materia (e più nello specifico delle sostanze dalle quali essa è composta) basandosi sui mutamenti del suo aspetto esteriore e delle sue proprietà percepibili; solo negli ultimi secoli tuttavia è stato possibile individuare e descrivere in modo coerente e via via sempre più esaustivo l’insieme delle leggi chimiche e fisiche che stanno, direttamente o indirettamente, alla base di queste trasformazioni.
Trasformazioni coerenti e prevedibili quindi, basate in modo esclusivo sulle proprietà delle strutture molecolari delle sostanze coinvolte, la cui conoscenza offre al chimico la padronanza di orientare la“trasmutazione”dirigendola verso i prodotti da lui desiderati.
il laboratorio dell'Alchimista - dipinto di Jan Van der Straet (detto Giovanni Stradano), 1523-1605Sembra il coronamento del sogno degli antichi alchimisti, se non fosse che diversamente da quanto previsto dall’opus alchelicum gli elementi rimangono tal quali (ad esempio l’oro non può essere ricavato che da altre specie chimiche che contengano a loro volta oro) ed i mutamenti riguardano “soltanto” il modo di essere organizzati fra loro di questi elementi, ovvero di essere legati reciprocamente a formare strutture più complesse, alle quali noi oggi diamo il nome di molecole.
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la chimica organica secondo i gruppi funzionali (1° parte)

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INTRODUZIONE

In chimica organica un gruppo funzionale è un raggruppamento caratteristico e riconoscibile di atomi che determina alcune proprietà specifiche (in primo luogo di tipo reattivo) nelle molecole nelle quali ricorre, ed è in grado di influenzare in una direzione precisa ed entro certi limiti anche di una quantità prevedibile molte caratteristiche fisiche e chimiche delle stesse molecole. In taluni casi un gruppo funzionale può anche essere rappresentato da un singolo atomo di un elemento e/o in una posizione caratteristica sulla molecola.

tabella dei radicali più usati nell'editor del software ACD/ChemSketch

tabella dei radicali più usati nell'editor del software ACD/ChemSketch

Da un certo punto di vista si possono identificare proprio nei gruppi funzionali (uno o più di uno per molecola) i punti reattivi della molecola tanto che, secondo un modo semplificato di vedere le cose, lo studio delle reazioni organiche si riconduce spesso allo studio delle interazioni fra gruppi funzionali di molecole diverse o, come vedremo in seguito, in taluni casi anche della stessa molecola. Questa visione riduzionistica del comportamento di una molecola in dipendenza dei gruppi funzionali in essa contenuti, ognuno in qualche modo indipendente nell’attribuire alla molecola determinate proprietà chimico-fisiche e reattive, è alla base di quella sistematicità che caratterizza l’approccio tradizionale all’insegnamento della chimica organica, dove nei corso dei capitoli del testo di riferimento (o delle lezioni tenute dal docente) si considerano uno dopo l’altro le caratteristiche di ciascun gruppo funzionale e “di conseguenza” delle molecole che lo contengono.

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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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il concetto di identità chimica

Uno degli assiomi fondamentali della chimica è che due molecole identiche fra loro nella loro forma, siano di fatto identiche in tutte le loro proprietà.
In tutte.   Questa affermazione, che non sorprenderà di sicuro la maggior parte di noi, porta in realtà con sé delle implicazioni veramente notevoli, che quando saranno affrontate nei dettagli genereranno probabilmente una sorta di rifiuto da parte di quei lettori con una visione filosofica dell’esistenza un po’ meno smaliziata.
(per una trattazione specifica dell’argomento vedasi post sulle relazioni struttura-proprietà delle molecole)

Per inciso, rileggendo la prima affermazione di questo post, per altro di mio pugno (non l’ho mai trovata scritta in modo esplicito e diretto da nessuna parte!), sono rimasto io stesso sbalordito per quanto la nostra scienza chimica sia legata alla forma delle cose.    Si potrebbe quasi dire provocatoriamente, seppur a livello microscopico, che la chimica è la scienza della forma delle molecole.  Tutte le altre proprietà derivano da essa.

molecole_urea Detto meglio: due molecole che hanno una struttura uguale fra loro in tutti i particolari, compresi quelli ispezionabili solo con una proiezione tridimensionale, ovvero due molecole che siano costituite dagli stessi tipi di atomi ed eventualmente isotopi, nello stesso numero, legati nello stesso modo, e che infine non siano la rappresentazione speculare l’una dell’altra, sono di fatto due molecole identiche, appartenenti alla stessa specie chimica, a quella che si potrebbe definire la stessa “sostanza”.

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