Chimica: Scienza della vita
La fotosintesi, la respirazione, il metabolismo, la vista, e finanche la possibilità di captare odori e sapori, di provare dolore e piacere sono il risultato di una serie complessa di reazioni chimiche, in cui ogni molecola ha la sua specifica funzione, proprio come in una macchina, una macchina molecolare. Tutti gli essere viventi, dai batteri agli uomini, posseggono meravigliose macchine molecolari, che con armonia ed un ingegno incantevoli regolano tutte le funzioni vitali. Le leggi che governano queste macchine molecolari sono leggi chimiche e la scoperta dei meccanismi alla base del loro funzionamento aprirà orizzonti inimmaginabili per il futuro dell’umanità.
La struttura tridimensionale del DNA, la macromolecola che contiene il codice genetico di un organismo, è stata individuata utilizzando la diffrazione di un fascio di raggi X, una delle tecniche principali per studiare la struttura di una molecola. Tale scoperta rappresenta la pietra angolare della biologia molecolare, avendo permesso di capire i meccanismi di replicazione del codi- ce genetico. Il DNA è costituito da quattro basi azotate, due di tipo purinico, la guanina G e l’adenina A e due di tipo pirimidinico, la citosina C e la timina T. La sequenza con cui queste quattro basi azotate si susseguono nel filamento contiene l’informazione per la sintesi delle proteine; ad esempio, la sequenza GGG innesca la sintesi della glicina e quella AGA quella dell’arginina. Il codice genetico contenuto nella molecola di DNA consiste di parole formate da tre lettere, chiamate codoni.
Molto di più è ancora dietro l’angolo: se fossimo in grado di replicare le funzioni di un centro di reazione, la proteina che nei batteri e nelle piante dà inizio al complesso processo della fotosintesi, immagazzinando l’energia ricevuta dalla radiazione solare e trasformandola in energia chimica (molecole ad alto contenuto di energia libera), potremmo sfruttare l’energia solare con altissima efficienza, risolvendo in buona parte il problema energetico. I chimici hanno isolato diversi centri di reazione, sia da batteri che da piante, ne hanno individuato la struttura supramolecolare, il modo in cui le diverse molecole sono spazialmente organizzate nella macchina molecolare, ed ora stanno cercando di carpire i segreti contenuti in tali strutture: in che modo la natura trasforma la radiazione solare in energia chimica.
La struttura molecolare di un semplice centro di reazione di un battere anaerobio è caratterizzata da un’altissima organizzazione. Ci sono due rami che collegano la cosiddetta coppia speciale, un dimero della clorofilla in grado di catturare tutta la luce assorbita, a due molecole di chinone. Quando arriva un fotone della radiazione solare, la coppia speciale trasferisce un elettrone ad una batterioclorofilla adiacente, creando così una coppia ionica P+-BCl−. L’elettrone viene successivamente trasferito al chinone coordinato al ferro, passando attraverso la molecola di feofitina intrapposta. L’energia del fotone assorbito dalla radiazione solare è stata così trasformata in energia elettrostatica, avendo effettuato un lavoro per separare due cariche di segno opposto; tale energia servirà per la sintesi dell’ATP, un composto ad alta energia richiesto dalla stragrande maggioranza delle reazioni metaboliche dell’organismo.