Recenti ricerche hanno portato alla luce un’affascinante connessione tra la chiralità biologica, cioè l’esistenza di due versioni di una stessa specie molecolare e una forma geometrica nota come “sfinge”, basata su triangoli intrecciati
Cosa si intende per chiralità
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La chiralità, dal greco χείρ, “mano”, è una proprietà fondamentale della materia. Il termine fu introdotto nel 1904 dal fisico irlandese W. Th. Kelvin, per indicare una figura geometrica o una struttura materiale non sovrapponibile alla propria immagine speculare.
Per intenderci, pensiamo alle nostre mani: nonostante sembrino quasi specchi l’una dell’altra, non possono sovrapporsi perfettamente.
In realtà, il concetto ha avuto origine negli studi di Louis Pasteur nel 1848.
Il chimico e biologo francese, osservando le proprietà ottiche dell’acido tartarico aveva infatti scoperto che le molecole organiche contenenti un atomo di carbonio legato a quattro sostituenti diversi, possono esistere in due forme non sovrapponibili, chiamate enantiomeri.
Ma perché è così importante conoscere la chiralità?
Importanza della chiralità
Conoscere la chilarità è essenziale perché influisce profondamente su vari aspetti della chimica e della biologia. È importante ad esempio nella biomedicina, per progettare farmaci efficaci e sicuri, poiché le molecole chirali possono avere effetti biologici diversi a seconda della loro configurazione.
A tal proposito, precisiamo che la scoperta della chiralità ha avuto implicazioni significative anche nella farmacologia. Il 90% dei farmaci chirali consiste infatti in un miscuglio racemico dei due enantiomeri.
Anche in numerosi settori, inclusi la sensoristica e la produzione di energia, la conoscenza del fenomeno ha avuto il suo peso.
Ma la chiralità non si limita alle molecole organiche. Anche i minerali, quando strutturati in sistemi biologici, possono manifestare questa peculiare disposizione. Il guscio a spirale di una lumaca o i minerali incastonati nelle nostre ossa sono solo due esempi di questa straordinaria fenomenologia.
In questo ambito, la recente scoperta di oligomeri con chiralità intrinseca, offre nuove opportunità per sviluppare membrane altamente selettive e sensori capaci di riconoscere e separare molecole chirali. Questi oligomeri potrebbero anche essere utilizzati per promuovere la crescita neurale e per la produzione di energia solare efficiente.
Infine, nel contesto dei materiali, come nel caso del polipropilene isotattico studiato dall’ingegnere chimico Giulio Natta (Nobel 1963) la conoscenza della chiralità è stata fondamentale per ottenere proprietà desiderate, come la resistenza e la duttilità.
Ma quale enigma si nasconde dietro la chilarità?
Studio sulla chiralità
L’intricato concetto, che si snoda attraverso le geometrie e le fisiche più elementari, è al centro di una ricerca che affronta le fondamenta stesse della vita.
A condurre l’esplorazione, un piccolo team di ricercatori provenienti da Stati Uniti e Germania.
«La chiralità è uno dei grandi misteri del cosmo », afferma,Greg Huber, biofisico del Chan Zuckerberg Biohub
«Sebbene l’universo non dovrebbe manifestare una preferenza per una direzione rispetto a un’altra, emergono preferenze chirali su scala microscopica e macroscopica ».
Ma veniamo allo studio.
Per sondare le origini e le peculiarità di questo fenomeno affascinante, i ricercatori hanno esplorato le intricate geometrie e le sottili interazioni fisiche che sottendono alla chiralità.
Guidati da Huber, il team ha focalizzato la propria attenzione su una forma geometrica particolare: la sfinge. Composta da quattro triangoli, la sfinge rappresenta il più semplice esempio di struttura chirale che può essere ottenuta attraverso la disposizione di tassellazioni triangolari.
Utilizzando quindi dei sofisticati modelli computerizzati, i ricercatori hanno esplorato le complesse interazioni tra le tessere della sfinge, così da scrutare il comportamento delle molecole in uno spazio biologico affollato e dinamico.
Ciò che ha reso questa ricerca particolarmente affascinante è stato il tentativo di comprensione delle dinamiche che guidano l’organizzazione e l’orientamento delle tessere della sfinge in condizioni di alta e bassa energia. In un contesto simile a una stanza affollata, ad alta temperatura, le tessere della figura geometrica tendono a muoversi in modo disordinato, formando strutture caotiche e poco definite. Tuttavia, con il calare delle temperature e l’aumentare dell’ordine, si osserva un fenomeno sorprendente. Le tessere della stessa chiralità tendono a raggrupparsi insieme. Formando cioè strutture coerenti e ordinate. Ma non finisce qui…
Le origini della vita
La vera rivelazione è giunta quando i ricercatori hanno osservato come, anche in un sistema simmetrico, le tessere della sfinge tendano a organizzarsi in base alla loro chiralità. Questo suggerisce che anche in un contesto privo di asimmetrie esterne, le molecole chirali mostrano una tendenza naturale a raggrupparsi con altre molecole simili. In questo modo, generano modelli di complessità e ordine dal caos più assoluto.
Questa ricerca, oltre a svelare le dinamiche del fenomeno nel mondo biologico, apre la strada a una comprensione più approfondita dei fenomeni che caratterizzano la vita stessa, dall’architettura dei virus all’origine dell’asimmetria molecolare.
La vita stessa è infatti omochirale, il che significa che le bio-molecole assumono una sola delle due configurazioni chirali disponibili. Ad esempio, tutti gli amminoacidi presenti negli esseri viventi sono levogiri. Cosa significa? Quando una molecola è levogira, significa che la sua struttura è configurata in modo tale che, se la guardiamo frontalmente, la molecola sembra ruotare verso sinistra. Questo può essere paragonato al movimento delle lancette dell’orologio. Se una molecola è levogira, sembra muoversi in senso antiorario.
Di contro, gli zuccheri sono destrogiri.
Comprendere questa caratteristica è importante perché influisce sul modo in cui queste molecole interagiscono con altre molecole nel corpo e svolgono funzioni biologiche vitali per il funzionamento degli organismi viventi e del loro sviluppo.
In conclusione, la scoperta della chiralità da parte di Louis Pasteur ha aperto nuove prospettive di ricerca sulla natura della vita e delle sue origini. La comprensione di questo fenomeno è fondamentale per molti settori scientifici, dalla biologia alla farmacologia, e continua a suscitare interesse e indagini approfondite.
Fonti
Physical Review Research.