Rubrica: Bioingegneria e Biotecnologie
Titolo o argomento: Macchine meccaniche delle dimensioni di molecole
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Abbiamo quindi visto che all’interno degli organismi viventi vi sono delle vere e proprie macchine dell’ordine di grandezza delle molecole, esse sono degli stupefacenti complessi congegni meccanici, degli aggregati supramolecolari detti macchine molecolari naturali. Queste macchine molecolari sono sorprendentemente simili alle macchine di cui l’Uomo si è dotato nei secoli e nei millenni per ruotare, traslare, formare e deformare dispositivi e oggetti (vedi in basso nei link correlati l’articolo “Non puoi inventare ciò che non esiste”) e che, con la rivoluzione industriale ha esasperato aumentandone la robustezza, la precisione, l’affidabilità ed il carico di lavoro sostenibile.
Negli organismi viventi tali macchine molecolari hanno scopi ben precisi quali la soddisfazione dei bisogni delle cellule (e quindi della vita), ovvero l’attuazione di reazioni chimiche necessarie per trasformare le molecole in altre utili alla vita della cellula, il trasporto del materiale molecolare (ad esempio l’ossigeno nell’emoglobina), la copia e la trasduzione del codice genetico nelle proteine, lo scambio di informazioni con altre cellule, ma non solo.
I movimenti macroscopici compiuti da qualsivoglia organismo vivente compreso tra i batteri e le balene è frutto del movimento microscopico di un interminabile numero di macchine molecolari che operano la deformazione dei nostri tessuti come un’immensa fabbrica superavanzata. Per porre all’attenzione un esempio sorprendente osserviamo la parola ed il pensiero. Essi hanno una componente concreta frutto di precise sequenze di azioni operate da microattuatori molecolari presenti nelle cellule neuronali. Il pensiero è mosso da microattuatori meccanici nelle cellule nervose, il segnale viaggia attraverso una tensione dell’ordine dei milliVolt (il potenziale di riposo dei neuroni è di 70 milliVolt, ebbene sì… siamo “elettrici”) ed il movimento dei muscoli delle labbra è attuato da ulteriori microattuatori specializzati.
La Scienza riconosce circa 10.000 diversi tipi di macchine molecolari solo nel corpo umano, il numero totale è imprecisato ma vi basti pensare che in un organismo umano ci sono circa 60.000.000.000 di cellule ed ognuna di esse contiene 120.000.000.000 di atomi. Nel corpo umano si stimano un totale di circa 7.200.000.000.000.000.000.000 di atomi facenti parte di 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (1 miliardo di miliardi di miliardi) di molecole. Si tratta dell’industria più tecnologicamente avanzata ed estesa dell’Universo conosciuto.
Alcune tipologie di macchine molecolari sono in grado di effettuare movimenti complessi, molte altre svolgono funzioni vitali pur con movimenti semplici come rotazioni, spostamenti lineari e trasformazioni. Il movimento meccanico simile a quelli di bracci robotici o di automatismi industriali avviene in seguito ad interazioni di tipo chimico: legami intermolecolari che si rompono o si formano. Nonostante l’analogia con i robot costruiti dall’uomo, le Macchine Molecolari Naturali sono esteticamente differenti e “meccanicamente” molto più sorprendenti. La loro struttura, ad esempio, può essere avvolta quasi a nascondere alla “vista” certi movimenti, salvando in realtà moltissimo spazio ed operando secondo “metodi” poco intuitivi per l’Uomo che, affascinato e sorpreso li studia con immenso stupore.
Vediamo ora nel seguito di questa rubrica esempi pratici di spostamenti lineari, rotazioni e deformazioni.
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Gran parte delle macchine molecolari naturali è formata da proteine, lunghe molecole costituite da catene di amminoacidi uniti fra loro mediante legami peptidici. Il legame peptidico è un particolare tipo di legame covalente utile alla formazione di proteine. Le catene di amminoacidi delle proteine tendono ad avvolgersi per dare strutture globulari capaci di svolgere ben precise funzioni.
Continua…
Fonti
Alberto Credi, Vincenzo Balsani, Le macchine molecolari. 1088 press, 2018;
Alberto Credi, professore ordinario di chimica all’Università di Bologna e
ricercatore associato al Consiglio Nazionale delle Ricerche;
Vincenzo Balzani, professore emerito presso l’Università di Bologna.
Grande Dizionario Enciclopedico, UTET;
UTET Scienze Mediche;
Fondamenti di Chimica, UTET;
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