Rubrica: Bioingegneria e Biotecnologie
Titolo o argomento: Macchine meccaniche delle dimensioni di molecole
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Il Biologo esplora la Natura. Egli identifica, studia e caratterizza le molecole naturali, ne analizza i fondamenti, il funzionamento, le particolarità al punto da aver dato seguito alla sua figura professionale con un’altra (non sostitutiva ma complementare), il Biotecnologo. Quest’ultimo si occupa, mediante tecniche avanzate derivate dagli sviluppi della Biologia Molecolare, di realizzare in laboratorio, su ordinazione, nuovi tipi di molecole sintetiche dotate di caratteristiche prefissate quali composizione, forma e dimensioni.
La tecnologia che permette di operare su scala molecolare, quindi nell’ordine del nanometro, è la Nanotecnologia. Attraverso la “miniaturizzazione” azioni, compiute normalmente nel mondo macroscopico, vengono riproposte a livello microscopico con tutte le ovvie difficoltà che ne seguono. Gli approcci verso la costruzione a livello microscopico sono di due tipi: top down, ovvero “approccio dall’alto” e bottom up, “approccio dal basso”.
Il primo procedimento, top down, è quello seguito dall’Uomo, ad esempio, nello sviluppo di microprocessori sempre più piccoli (con un limite attualmente individuato intorno a qualche centinaio di nanometri per le parti che lo costituiscono -immaginate di dividere un capello circa mille volte- e con un margine di miniaturizzazione che può ancora spingersi fino alle dimensioni delle vere e proprie molecole, qualche centinaio di volte più giù).
Il secondo procedimento, bottom up, è quello impiegato dalla Natura dove, ad esempio, gli organismi di Uomini e Piante si costruiscono a partire da poche molecole che andranno poi a svilupparsi, seguendo una sorta di codice che permette “integrazione strutturale” e “interazione funzionale”, per formare sistemi più grandi e complessi denominati “supramolecolari” (supramolecolare, ovvero aggregati molecolari di più alta complessità risultanti dall’associazione di due o più specie chimiche legate assieme da forze intermolecolari).
Le Macchine Molecolari Naturali (come i congegni, gli interruttori, gli attuatori ed i motori che vedremo in questa rubrica) si formano in Natura per autoassemblaggio ovvero per assemblaggio “spontaneo” di componenti più semplici che vanno a formare cellule, tessuti, organi, apparati, fino agli individui completi ed autonomi così come Qualcuno li ha “disegnati”, “progettati”, “concepiti”…
Ora immagina un software… un software è costituito da un’interfaccia che utilizzi regolarmente, più o meno facilmente, e da un codice detto “codice sorgente” che la casa produttrice non fornisce al cliente. Tu, da utente, puoi saper fare un uso blando del tuo software così come un uso avanzato, ma non riesci a risalire al codice sorgente per rifarne da zero uno simile o uguale. Lo stesso avviene nella Biologia, gli scienziati sono capaci di manipolare a vari livelli la vita ma non sono capaci di costruirla, di ripercorrere da una loro orgine la scala che va dall’atomo all’uomo né tantomeno riproporre la forma di vita più elementare quale è quella del batterio.
Però gli scienziati hanno imparato a fare un uso avanzato del “software biologico” a loro disposizione realizzando così, a partire da molecole già pronte, complessi sistemi supramolecolari in grado di assolvere le funzioni richieste. Questo significa che gli scienziati sono oggi in grado di costruire Macchine Molecolari Artificiali, ben più semplici di quelle che si trovano in Natura, ma comunque sorprendenti se rapportate alle poche conoscenze che si hanno a disposizione.
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;
Immagine
Nell’immagine osserviamo la scala nanometrica, essa non si differenzia dalla tradizionale scala di lunghezza del metro usata a scuola nelle equivalenze se non per una cosa: permette la misura del mondo microscopico ossia di quel mondo che non è direttamente visibile dall’occhio umano. Così, invece di esservi rappresentati mm, cm, dm, m, dam, hm, km, vi sono rappresentati nm (nanometri), µm (micrometri), mm (millimetri)… e, perdonate la mia blanda espressione, tutto quel che c’è nel mezzo.
Se non siete pratici con le equivalenze e gli esponenziali, tenete semplicemente conto di quanto segue:
il millimetro è la millesima parte del metro (quindi un metro diviso mille);
il micrometro è la milionesima parte del metro (quindi un metro diviso un milione);
il nanometro è la miliardesima parte del metro (quindi un metro diviso un miliardo).
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Macchine Molecolari Naturali, Parte 1: Congegni, interruttori, attuatori e motori – Intro
Macchine Molecolari Naturali, Parte 2: Biologia e Nanotecnologia
Macchine Molecolari Naturali, Parte 3: Una fabbrica dentro le cellule
Macchine Molecolari Naturali, Parte 4: Conseguenze della fisica alla scala nanometrica
Macchine Molecolari Naturali, Parte 5: L’energia chimica
Macchine Molecolari Naturali, Parte 6: I movimenti meccanici
