storia della chimica

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. Continua...

André-Marie Ampère, padre dell’elettromagnetismo e primo chimico teorico moderno

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Andrè-Marie Ampère (1775-1836) fu matematico, fisico, biologo, filosofo…chimico, un autentico genio enciclopedico, sebbene oggi sia ricordato soprattutto come padre dell’elettromagnetismo.

antico amperometro analogicoDue fili percorsi dalla corrente si attraggono o respingono a seconda che il verso delle correnti sia rispettivamente concorde o discorde: è l’osservazione sperimentale fondamentale che spinse Ampère a studiare a fondo l’électrodynamiques dal 1821 al 1831 dimostrando l’omonima legge. Tuttavia, egli fu anche chimico geniale, propose ante litteram il principio di Avogadro ed elaborò una raffinata teoria della struttura molecolare, divenendo di fatto il primo chimico teorico moderno: in questa parte I ci occuperemo della sua biografia e del principio di Ampère-Avogadro.

Andrè-Marie nacque nei pressi di Lione, dove fu educato in una solida fede religiosa e larghezza di vedute. Sin da bambino mostrò una spiccata tendenza al calcolo, interesse per i fenomeni naturali e una formidabile sete di sapere. A soli quindici anni lesse in modo sistematico i venti volumi dell’Encyclopédie di Diderot e d’Alembert, con tanta attenzione che per tutta la vita fu capace di citarne interi brani a memoria. A sedici anni imparò il latino per accedere alle opere di Newton, Euler e Bernoulli ma, in questo modo lesse anche i classici… In quegl’anni abbozzò poemi epici, tragedie, odi e tentò di elaborare un nuovo linguaggio universale. Continua...

Dall’alchimia alla chimica: la teoria del Flogisto

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

E’ tempo di Natale, tempo di raccogliersi davanti al camino, al fuoco… è tempo di raccontare la storia del flogisto, la prima teoria chimica che segnò il definitivo superamento dell’alchimia.

Nella nascente chimica del ‘600-‘700 la calcinazione dei metalli, ovvero la trasformazione mediante il calore di un metallo nella calce (ossido) corrispondente e la successiva riduzione delle calci nuovamente a metallo, furono al centro del dibattito scientifico.

Robert Boyle (1627-1691) nei New Experiments del 1673, osservò un fenomeno molto importante: le calci ottenute pesavano più del metallo di partenza. Boyle interpretò questo risultato ipotizzando i ‘corpuscoli ignei’, questi attraversando i pori del crogiolo, si combinavano coi metalli aumentando il peso della calce prodotta. In accordo con la visione newtoniana, il fuoco veniva considerata una sostanza di natura particellare.

Proprio in questo periodo Georg Ernst Stahl (1660-1734) elaborò la teoria del flogisto. Egli avversò il ‘meccanicismo atomistico’ (che infine avrebbe prevalso) ritenendolo incapace di spiegare interamente le reazioni chimiche. In questo modo implementando le idee del maestro Johann Joachim Becher (1635-1682) sviluppò una teoria chimica basata su ‘entità portatrici di qualità’ ed approdò al flogisto.

La teoria del flogisto rappresentò il primo sforzo di razionalizzare l’insieme dei fatti chimici che la ricerca infaticabile e irrazionale degli alchimisti aveva prodotto fino a quel momento. Continua...

Berzelius, il padre della moderna notazione chimica

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Jons Jacob Berzelius, figlio di un maestro di scuola, nacque nel Gotland in Svezia nel 1779.   Nel 1796 all’università di Uppsala rimase affascinato dalla chimica: “Un giorno stavo preparando dell’acido nitrico fumante e mi accorsi che si svolgeva un po’ di gas. Lo raccolsi per vedere che gas fosse: raramente ebbi un istante di gioia così piena e così pura come quando immessa nel gas una fiammella, la vidi ardere vivacemente illuminando il mio oscuro laboratorio”.  Si trattava di ossido nitroso (N2O), agente ossidante e comburente per motori e razzi che ad alta temperatura si dissocia in azoto e ossigeno.  Tuttavia, la relazione che preparò fu rifiutata dall’Accademia delle Scienze in quanto scritta utilizzando la rivoluzionaria nomenclatura chimica di Lavoisier
Nel 1800, destando grande clamore, Alessandro Volta annunciò l’invenzione della sua pila per produrre energia elettrica.  Il nostro comprese le immense potenzialità della pila voltaica e nel 1803 dimostrò la possibilità di decomporre i composti raccogliendo i metalli al polo negativo e i ‘metalloidi’ (come battezzò gli elementi non metallici) a quello positivo (il concetto di elettricità positiva e negativa era stato da poco introdotto da Benjamin Franklin). Continua...

John Dalton, padre della teoria atomica moderna

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

In chimica i primi anni dell’800 furono dominati dalla teoria atomica proposta da Dalton che spiegò in modo semplice ed efficace le leggi fondamentali delle combinazioni chimiche.
John nacque nel 1766 da un povero tessitore quacchero. Appena dodicenne, già impartiva lezioni di fisica e matematica nel piccolo paese natale di Eaglesfield. Si narra che avesse stupito i contadini dimostrando loro che 60 metri quadri erano diversi da 60 metri al quadrato…
Presto si appassionò alle osservazioni meteorologiche, interesse che coltivò per tutta la vita.
Nel 1793 fu chiamato ad insegnare matematica e filosofia naturale al New College di Manchester, la non-conformist accademy dove aveva insegnato Priestley. Tuttavia, per poter disporre di più tempo per le sue ricerche diede le dimissioni per continuare con le lezioni private.

Nel 1800 fu nominato segretario della Manchester Literary and Phylosophical Society dove operò fino alla fine.
Da bravo quacchero condusse una vita molto misurata. Unica sua distrazione fu il gioco delle bocce: è verosimile che la familiarità che aveva con le bocce lo condusse a pensare agli elementi chimici in termini di particelle sferiche che rotolano, si urtano, si raggruppano…
Come conseguenza delle sue osservazioni meteo arrivò a riflettere sulla composizione dell’aria: ossigeno, azoto, anidride carbonica e acqua erano uniti chimicamente o semplicemente mescolati? Continua...

Antoine-Laurent de Lavoisier, padre della chimica moderna

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

Lavoisier, scoprì il ruolo dell’ossigeno nella combustione e calcinazione dei metalli archiviando la teoria del flogisto, enunciò il principio di conservazione della massa nelle reazioni, riformò la nomenclatura, propose le tableau des substances simples, fondò la chimica moderna su basi quantitative.

Antoine-Laurent nacque il 1743 in una famiglia benestante. Giovanissimo, fu soggiogato dal fascino della sperimentazione chimica e dal rigore per la classificazione naturalistica: presto si dedicò appassionatamente alla chimica lavorando nel suo laboratorio lunghe alla fornace.

Entrato nelle Fermes Générales (la nostra ‘Equitalia’) diventò frequentatore del salotto di Jaques Paulze, un illuminato aristocratico che riuniva intellettuali come Laplace, Franklin e Condorcet. Di amabili maniere, ivi conobbe e sposò Marie-Anne Pierrette, quattordicenne figlia del padrone di casa. Ella avrà un ruolo importante nella sua opera: fu musa ispiratrice e disegnatrice delle bellissime tavole delle sue relazioni e del Traité.

A ventidue anni ricevette la medaglia d’oro dall’Accademia per aver trovato il miglior sistema d’illuminazione delle strade di Parigi, lavorandoci accanitamente per mesi.

Quindi, si dedicò alla falsificazione dell’antica credenza che l’acqua potesse trasformarsi in terra e roccia. Fin dai tempi di Talete di Mileto che vide nell’acqua l’archè di tutte le cose, si era ritenuto che l’acqua per evaporazione si trasformasse in pietra e terra. Continua...

La ‘logica del vivente’ e la nascita della biologia molecolare

di Sergio Barocci

[  continua dalla 1° e dalla 2° parte:
Storia della scoperta degli acidi nucleici: prima della strutturistica di Watson e Crick
La scoperta della doppia elica del DNA”  ]

Kornberg e la scoperta della DNA polimerasi

La ricerca di un enzima che sintetizzasse il DNA fu iniziata da A. Kornberg e dai sui collaboratori nel 1956. Questa ricerca si dimostrò presto fruttuosa soprattutto perché vennero fatte tre scelte ispirate:

1.  Quali erano i precursori attivati del DNA ? Venne correttamente dedotto che i deossiribonucleotidi 5’ trifosfato erano gli intermedi attivati

2.  Quale era il criteri di sintesi del DNA ? Si riteneva che la quantità di DNA sintetizzato doveva essere piccola e che pertanto era essenziale un metodo di dosaggio molto sensibile per cui si utilizzarono come precursori dei nucleotidi radioattivi. L’incorporazione di questi precursori nel DNA era rivelata misurando la radioattività di un precipitato acido della miscela di incubazione. ( Il DNA viene precipitato dall’acido tricloacetico mentre i nucleotidi rimangono in soluzione)

3.  Quale specie di cellule si dovevano analizzare?

Si utilizzarono delle cellule batteriche dopo esperimenti iniziali di cellule di animali. Il batterio Escheria coli fu scelto in quanto possedeva un ampio tempo di replicazione di soli 20’ e poteva essere ottenuto in grande quantità e come ci si aspettò questo batterio rappresentava un’ottima fonte di enzimi che sintetizzavano il DNA
L’esprimento di Kornberg consistette in un estratto di E.coli che conteneva come enzima la DNA polimerasi che aggiunse ad una soluzione salina contenente molecole di DNA e quattro deossinucleotidi comprendenti timina marcata radioattivamente ( marcata con 14 C ) . Continua...

Storia della scoperta degli acidi nucleici. 1° parte: prima della strutturistica di Watson e Crick

di Sergio Barocci

INTRODUZIONE

DNA - cromosoma - nucleo - cellulaLa storia dei due acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico) è la storia stessa della biologia molecolare, una scienza che studia e interpreta a livello molecolare i fenomeni biologici, considerando la struttura, le proprietà e le reazioni delle molecole chimiche di cui gli organismi viventi sono costituiti.

E’ infatti, attraverso una serie di scoperte spesso indipendenti e anche spesso ignorate per anni, anche se apprezzate occasionalmente con una certa rapidità, attorno alla doppia elica del DNA, che si è venuta così a costruire negli anni questa scienza quanto mai ricca di interesse e potenzialità.
La biologia molecolare nasce dalle indagini cristallografiche sulle molecole biologiche negli anni ’30 del secolo scorso e incomincia ad affermarsi i maniera definitiva negli anni ’50 come scienza autonoma con gli studi sulla struttura del DNA ad opera di J. Watson e F. Crick anche se non è noto con certezza chi abbia usato per primo il nuovo termine. In effetti, una delle prime menzioni scritte la si trova nel titolo di una “ Harvey Lecture “ dal titolo Avventure in biologia molecolare, tenuta da un certo William T. Astbury, uno strutturista scozzese.

William Thomas Astbury (1898 – 1961), fisico inglese, noto per i suoi pioneristici studi di diffrazione a raggi X sulle molecole biologiche. Continua...

Henry Cavendish: lo scopritore dell’idrogeno che pesò il mondo

di Vincenzo Villani

Continuiamo con la rilettura dei chimici illustri raccontati da Bertrand Jaffe nelle sue biografie.  E’ la volta di Henry Cavendish, milionario eccentrico e geniale che scoprì l’idrogeno e decompose e sintetizzò l’acqua.

Henry nacque nel 1731 in una nobile famiglia inglese di condottieri, dignitari e navigatori, cavendo tutus (sii sicuro esercitando la prudenza) era il loro motto. Egli portò quest’indole a limiti estremi in tutt’altra direzione: riservato e solitario fu assorbito dalla ricerca scientifica in modo completo. Fu abilissimo sperimentatore, la Scienza per lui significò ‘misurare’. Seppe concepire apparecchiature ed esperimenti la cui precisione ha sfidato il tempo.

sviluppo di idrogeno gassoso dalla reazione di un metallo con un acidoGià Paracelso, ultimo degli alchimisti e primo dei chimici, nel ‘500 aveva osservato che l’acido solforico reagiva col ferro liberando misteriose bollicine. Cavendish, si propose di studiare la natura di quel gas incognito che bruciava con una fiammella azzurra: forse si trattava del flogisto, lo spirito imponderabile che si liberava nella combustione. Per indagare, utilizzò acidi e metalli diversi: ferro, zinco e stagno, acido cloridrico e solforico, in tutti i casi ottenne la stessa fiamma azzurra… Era incredibile che lo stesso composto si liberasse in reazioni così diverse: non poteva trattarsi che del fantomatico flogisto, che si riteneva presente nei metalli. Continua...

Anche tra vecchi scaffali si nasconde la Chimica…

di Vincenzo Villani

Tra gli scaffali impolverati di una vecchia libreria, ho scovato il volume di Bernard Jaffe La conquista della materia tradotto da Stefano Fachini per Mondadori nel 1937.  E’ una storia della chimica di carattere divulgativo, scritta con una prosa d’altri tempi, con enfasi romantica. Vi vengono trattate le figure dei chimici più eminenti (a partire dagli alchimisti…) in un racconto avvincente e rigoroso che conserva tutt’oggi una valenza didattica. Così, mi sono riproposto di condividere la mia piccola scoperta riadattando la narrazione in chiave moderna conservando tuttavia, il fascino del passato.

Cominciamo con l’ecclesiastico che scopre l’alimento della vita: Joseph Priestley, lo scopritore dell’ossigeno.  Siamo a Birmingham, è il 14 luglio del 1791, anniversario della caduta della Bastiglia. L’Inghilterra è percorsa da venti di rivolta: Priestley è un pastore dissidente, un presbiteriano. Si era pericolosamente speso a favore dei coloni americani nella lotta per l’indipendenza. La sua casa fu assalita dai conservatori e libreria, manoscritti e strumenti scientifici dati alle fiamme…
Egli fu filosofo, teologo, politico e…chimico: sempre controcorrente, mosso da grandi ideali di giustizia e verità. Sebbene dilettante, fu mosso da grande curiosità scientifica e la sua opera fu tanto vasta da contribuire a rivoluzionare la chimica: scoprì metodiche nuove e dieci nuovi gas. Continua...

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