C’era una volta una molecola…

Dalla passione per la lettura, la storia, la scienza e la condivisione nasce una nuova pagina di pillole di chimica. C’era una volta una molecola è una sezione che ci racconta di tanto in tanto una storiella sulla scoperta delle molecole più note e anche quelle poco conosciute, i risvolti sociali e le curiosità di molecole che hanno cambiato il corso degli eventi umani! Piccole, affascinanti e simpatiche molecole che dimostrano che i chimici sono anche personaggi simpatici e forse un pochino strani!

Fiabe e chimica della buona notte!



LA MOLECOLA PORTATRICE DI LUCE: LA LUCIFERINA

C’era una volta,

in un lontano e desolato inferno, una molecola chiamata luciferina. Questa molecola era la più bella e luminosa di tutte le molecole luminescenti, il suo stesso nome significava “portatrice di luce”, ma a causa della sua superbia fu scaraventata negli Inferi.   

La luciferina fa parte degli antichissimi composti eterociclici che emettono luce.

La bioluminescenza è la capacità degli esseri viventi di produrre luce sfruttando la chimica.

Non è noto con certezza quanti tipi di luciferine siano presenti in natura. Ma questa è la storia della luciferina più nota: la luciferina della lucciola. Le luciferine sono una classe di piccole molecole che fungono da substrati per reazioni di ossido riduzione in presenza di un enzima chiamato luciferasi. I prodotti della reazione saranno ossiluciferina ed energia sotto forma di luce.

La caratteristica comune di tutte le luciferine è che utilizzano specie reattive all’ossigeno per emettere luce. La molecola che responsabile dell’emissione della luce giallo-verdastra delle lucciole la D(-)luciferina, che viene ossidata dall’enzima in ossiluciferina utilizzando elettroni e ATP. E’ un processo energeticamente costoso! Per questo l’enzima luciferasi usa un processo che libera molta energia per produrre la luce. Contiene il coenzima luciferina che forma un complesso instabile con l’ossigeno O2, e utilizza una molecola di ATP per formarlo. Quando la luciferina ossigenata si rompe formando CO2, dà luogo ad una forma eccitata che poi emette luce.

ll rilascio di luce può essere continuo (es. femmine adulte di Lampyris), oppure intermittente (es. maschi adulti di Luciola).

Alcuni animali, come anche le lucciole, usano la bioluminescenza anche per comunicare o per essere dei partner più attraenti! E che dire dei funghi che brillano al buio? Si avete sentito bene, anche il regno vegetale usa la bioluminescenza, molto probabilmente come difesa. Meccanismo complesso, ma molto affascinante. Ma non sono solo le lucciole ad avere la possibilità di realizzare questa reazione.

Infatti, quasi 2000 specie conosciute oggi possono produrre luce usando la bioluminescenza. Perché? Perché la natura è meravigliosamente strana e diversa in tutte le sue sfaccettature. Esempi più noti sono i calamari, che usano la loro bioluminescenza per vedere meglio. Oppure il pesce lanterna: lo spaventoso animale degli abissi marini. Attira gli altri pesci con la sua torcia per predarli. i suoi fotofori, ovvero organi che emettono luce, sono indispensabili per la caccia.

Conoscete invece la Noctiluca scintillans? Secondo me qualche foto in rete sicuramente è nota della luminescenza di questi spettacolari dinoflagellati.

Eppure le luciferine, nonostante la loro fama di “molecole cadute”, sono utilissime oggi nel campo della ricerca scientifica. Inizialmente studiate per misurare la quantità di ATP nelle cellule,

studi recenti stanno evidenziando la possibilità di utilizzarle in campo oncologico, consentendo l’indagine non invasiva e longitudinale di diversi aspetti della biologia del tumore in vivo. Pertanto, l’attività citotossica di nuove terapie antitumorali può essere valutata entro 24 ore quando si utilizzano questi reporter, che nella maggior parte dei casi è significativamente più veloce dell’osservazione di cambiamenti macroscopici nel tumore.


LA CADAVERINA

C’era una volta,

in un cimitero buio e tetro, una molecola che solo a nominarla incuteva paura a tutti. Si trattava della leggendaria cadaverina nota con il nome chimico di 1,5-diaminopentano o pentametilendiammina. Forse a molti fa più paura questo nome!

La cadaverina aveva un odore sgradevole, una diammina fetida, prodotta dalla degradazione delle proteine.

Dove si aggirava lei c’era sempre una landa desolata!

Quando un organismo muore, dopo il decesso, diviene presto meta di una grande varietà di microrganismi. Oltre alle precedentemente menzionate cadaverina, derivante dalla degradazione microbica delle proteine, alcuni microrganismi possono produrre anche delle tossine quali antrace e botulino. 

Ovunque la cadaverina passi, porta con sé l’odore della morte!

La cadaverina è tossica a dosi elevate. Nei ratti ha un valore basso tossicità orale acuta di 2.000 mg / kg di peso corporeo; il suo livello senza effetti avversi osservati è di 2.000 ppm (180 mg / kg di peso corporeo / giorno).

Fu descritta per la prima volta nel 1885 dal medico di Berlino Ludwig Brieger.

Le ammine biogene sono spesso presenti nei cibi deperibili, fermentati e ad alto contenuto proteico come pesce, carne, salumi, succhi di frutta, vino, cacao, formaggi e latticini e la loro quantità nel cibo è un indicatore del grado di freschezza e della qualità di conservazione.

E’ intorno a noi, gira indisturbata cercando carne in putrefazione…


ACIDI TITANICI

C’era una volta, in un tempo lontano nell’ Antica Grecia dei colossi che imperversavano sul mondo. Abbiamo loro notizie da tutto il mondo, dall’Australia, Canada, Brasile, Norvegia fino al Sud Africa. Questi erano gli acidi titanici. Un nome generico per questi composti inorganici, dato che loro erano tantissimi. Abbiamo notizie nella letteratura antica di queste molecole, anche se per molti di loro non esistono sufficienti prove analitiche.

Si conoscono due di questi acidi: differenti tra loro per i caratteri, per la loro solubilità negli acidi, e per la loro composizione.

Nella storia antica troviamo tracce di acido metatitanico: H2TiO3 . Questa molecola è preparata artificialmente, un solido che emerge oltre i 140°C dalla lava dell’acido titanico. Un mostro insolubile. Ma tutto sommato un gigante buono, venne in soccorso dell’uomo nella tecnologia come materiale di setaccio ionico per la concentrazione selettiva di litio da soluzioni.    

L’ acido ortotitanico (H4TiO4), è descritto come una polvere bianca simile al sale sotto “TiO2·2,16H2O”.

Il metallo da cui sono costituiti questi acidi è il titanio, che costituisce il 0,63% della crosta terrestre ed è il quarto metallo strutturale più abbondante, dopo alluminio, ferro e magnesio.

Il titanio, fu scoperto nel 1791, oggi  viene utilizzato nelle leghe leggere resistenti. Il suo nome? Deriva proprio dal  latino Titanus, Titano, nome del dodicesimo figlio di Gea e Urano tra i titani. 

Ancora oggi i loro nomi riecheggiano nei laboratori di tecnologia e ingegneria chimica, giganti di un lontano passato…


DRACULINA

C’era una volta, nei meandri più oscuri di un castello nei lontani Carpazi, una molecola tenebrosa chiamata draculina. Questa molecola era diversa da tutte le altre, aveva una aura malvagia e incuteva timori e paure.

La draculina è una glicoproteina, già questo nome incute reverenziale paura agli studenti nei primi corsi di chimica! Ma sappiate, che una glicoproteina, è una semplice proteina alla cui catena peptidica è legata una catena oligosaccaridica, cioè uno zucchero.

La draculina non era una molecola cattiva, ma la sua cattiva reputazione ormai aveva fatto il giro del mondo! Portata dai pipistrelli!

Infatti i pipistrelli “vampiro”, si distinguono dagli altri Microchirotteri, oltre che per il tipo molto speciale di alimentazione, per alcune caratteristiche molto particolari, tra cui la capacità unica tra tutti i pipistrelli di camminare a terra, correre, saltare e arrampicarsi sugli alberi.

Ci sono tantissime specie, come il sudamericano Vampyrum spectrum che devono addirittura il loro nome scientifico al conte narrato da Bram Stoker, anche se a onore del vero, il vampiro spettro non succhia il sangue come nei film. 

Mentre altre specie, come Demodus rotundus, alimentano le macabre storie che narrano le loro gesta nutrendosi di sangue di vertebrati più grandi. 

La draculina è un anticoagulante e, se non si fosse già capito dal suo nome, è presente nella saliva dei pipistrelli e di altri chirotteri. Perché avere una proteina anticoagulante? Semplice, serve a far sì che il sangue continui a scorrere dalla ferita delle sue prede, in modo che il sangue non coaguli e che di conseguenza ne continui ad uscire, così che i pipistrelli possano soddisfare la loro fame di sangue!

Eppure, prima di armarci con la luce del sole e paletti di frassino, la draculina è molto importante non solo per i vampiri, da questa molecola e dal suo meccanismo biochimico sono stati ricavati importanti farmaci per le persone a rischio d’infarto o che comunque necessitano la somministrazione di anticoagulanti.

E se in fondo dal buio della notte, i mostri sono i veri eroi di questa favola?  


ADAMANTANO

C’era una volta una molecola che voleva assomigliare proprio al suo eroe preferito: l’adamantio, una lega metallica immaginaria virtualmente indistruttibile, presente in alcuni personaggi dei fumetti o film come nella struttura ossea di Wolverine. E se vi dicessi che i fumetti e i film della Marvel Comics ci hanno mentito spudoratamente su Wolverine e l’adamantio? E se vi dicessi, invece che in fondo, ma molto in fondo c’è una piccola verità? Oggi vi racconto la storia dell’adamantano, chimicamente un cicloalcano di formula C10H16 , la cui struttura molecolare è analoga a quella cristallina del diamante, ma le sue proprietà differiscono sostanzialmente.

Inoltre, il diamante è uno degli allotropi a partire dal carbonio e così a differenza di adamantano non ce ne sono legami carbonio-idrogeno presente. Questa somiglianza ha portato al nome adamantane, che deriva dal greco adamantinos (relativo ad acciaio o diamante). È un solido bianco con un odore simile alla canfora. Insomma alla Marvel piace la chimica, e probabilmente qualche piccolo Nerd fumettista è affascinato dalle molecole! È stato scoperto nel 1933 nel petrolio da Landa e Machácek dove è presente anche se in piccole quantità. Oggi può essere preparato a partire dal ciclopentadiene:

Non tutti i supereroi indossano dei mantelli e volano. Lui è un supereroe delle molecole! E’ di particolare interesse per le applicazioni nanotecnologiche e in medicina. I suoi derivati potrebbero essere usati pensate un po’, come promettenti farmaci antivirali ed antiparkinsoniani. I polimeri di adamantano sono stati brevettati come agenti antivirali contro l’HIV. 

Alla fine qualche superpotere lo ha questo adamantano!

Buona notte!


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