Il trasporto e l’attività, a livello molecolare

Oggi è possibile creare in laboratorio piccoli oggetti capaci di creare un moto ordinato e direzionale. Un campo tutto da esplorare

“Tutti gli organismi, compresi gli esseri umani, utilizzano motori molecolari costituiti da proteine per svolgere compiti fondamentali per la vita. Negli ultimi decenni noi chimici abbiamo imparato a creare macchine molecolari sintetiche, ma non siamo ancora riusciti ad utilizzarle nel mondo reale”. Crediti immagine: Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari dell’Università di Bologna

RICERCA – Oggi siamo sempre più capaci di creare in laboratorio quello che vediamo in natura. Accade anche a livello nanometrico, cioè per oggetti così piccoli che hanno le stesse dimensioni delle molecole che ritroviamo nelle nostre cellule. Oltre alla produzione di molecole, ci sono altre due proprietà che catturano l’interesse degli scienziati afferenti a diverse discipline: fisica, chimica, biologia. La prima è la possibilità di far compiere un lavoro alle molecole create; la seconda è quella di controllare il lavoro svolto, in modo che sia ordinato e direzionale.

Il gruppo di ricerca guidato da Alberto Credi, docente al Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari dell’Università di Bologna,  è impegnato nella ricerca di molecole che possano essere “messe in moto” da un impulso luminoso. Far dipendere il movimento o il cambiamento di forma di una molecola da un impulso esterno è fondamentale per trasformare il moto in un processo controllato. “Tutti gli organismi, compresi gli esseri umani – spiega Credi -, utilizzano motori molecolari costituiti da proteine per svolgere compiti fondamentali per la vita. Negli ultimi decenni noi chimici abbiamo imparato a creare macchine  molecolari sintetiche,  ma non siamo ancora riusciti ad utilizzarle nel mondo reale”. Ora il team guidato da Alberto Credi ha l’opportunità di fare passi avanti concreti in questa direzione.

Lo European Research Council (ERC) ha voluto premiare il progetto LEAPS (Light effected autonomous molecular pumps: Towards active transporters and actuating materials)  con un finanziamento di quasi 2,5 milioni di euro. In cinque anni il gruppo di Credi dovrà trasformare il moto molecolare in un trasporto attivo di molecole, che possa essere controllato, lungo una direzione precisa e capace di far percorrere alcuni nanometri alla sostanza trasportata.

“Le pompe molecolari sono sistemi orientati, ovvero hanno una precisa direzione di entrata e uscita. Una sfida difficile è l’inserimento delle pompe molecolari in modo orientato in una struttura che separa due compartimenti, ad esempio una membrana, in modo che tutti i nanodispositivi effettuino il trasporto nella stessa direzione”, ha spiegato Alberto Credi. “Nel progetto abbiamo individuato alcune strategie per raggiungere questo obiettivo e, sebbene  la maggior parte delle competenze necessarie per realizzare il progetto siano disponibili nel mio gruppo” ha aggiunto Credi, “sarà preziosa la collaborazione con esperti in settori specifici quali le membrane biologiche, la chimica dei polimeri e il modeling computazionale”.

Se si riuscisse a riprodurre in laboratorio quanto avviene a livello delle membrane delle nostre cellule, l’invenzione di Credi potrebbe trovare importanti sviluppi in campo biomedico. Ma il passaggio forzato di molecole da una parte all’altra di una membrana è anche un metodo sfruttato in natura per immagazzinare energia. Funziona ad esempio nel caso della fotosintesi. E infatti le molecole di  LEAPS cambiano conformazione quando colpite dalla luce: inforcano una molecola a forma di anello, modificano la loro forma per non farla più scappare e poi, ancora per azione della luce, la rilasciano per riprendere la forma originaria. Funzionano quasi come un filo infilato nella cruna di un ago.

Il movimento del trasportatore potrebbe essere ulteriormente sfruttato, se si riuscissero a creare macromolecole formate da lunghe catene, nelle quali integrare la pompa messa a punto come entità singola in un sistema più complesso. “Il progetto prevede di creare due tipi di catene polimeriche, ciascuno contenente un diverso componente della pompa”, ha spiegato Credi. In un materiale del genere l’azione della luce potrebbe causare l’interconnessione delle macromolecole, cambiandone le proprietà.  “E le difficoltà potrebbero presentarsi soprattutto a livello della compatibilità dei due tipi di catene polimeriche”. Le due componenti infatti, anziché mescolarsi, potrebbero creare due fasi separate con catene dello stesso tipo.  Anche l’analisi di un materiale del genere potrebbe rivelarsi molto complessa.

La domanda che ancora Credi si pone è “come fare per capire cosa succede al polimero quando le pompe molecolari vengono azionate dalla luce”? Anche in questo secondo caso, Credi ha pensato però alle possibili applicazioni future. Del resto per vincere un bando ERC, come ha detto lo stesso Credi, servono “esperienza e visibilità a livello internazionale, creatività e indipendenza scientifica, ma anche la giusta combinazione di innovazione e concretezza in fase di scrittura del progetto”.

Nel caso del polimero dunque “si potrebbe convertire l’energia solare e immagazzinarla sotto forma di energia chimica”, ha spiegato Credi. Si verrebbe a creare un sistema più complesso, quasi una fibra, che potrebbe trasformare l’energia solare in movimento. “Con materiali di questo tipo” ha concluso Credi – “si possono costruire fibre muscolari artificiali azionate dalla luce. E magari un giorno potremmo usare queste fibre per costruire robot alimentati direttamente con l’energia del sole…”

@AnnoviGiulia

Leggi anche: Ribosomi ingegnerizzati per produrre molecole

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   

Informazioni su Giulia Annovi (149 Articles)
Data-journalist and science writer

2 Commenti su Il trasporto e l’attività, a livello molecolare

  1. fiorenzo masotti // 23 giugno 2016 alle 22:45 // Rispondi

    Probabilmente non si riesce a riprodurre in laboratorio quanto avviene a livello delle membrane delle nostre cellule,per un motivo molto semplice;all’interno della cellula le proteine come tutte le altre molecole,a parte qualche eccezione dovuta alla loro specifica funzione,non possono assorbire direttamente l’energia luminosa,questa vi arriva mediata dalla molecola d’acqua,che a sua volta ha una gamma di assorbimento e emissione di energia che è mediata dalla sua acidità.Le proteine hanno una loro specifica composizione e interagiscono tra loro proprio perché utilizzano lo stesso tipo di energia ,anche se, con intensità variabili.
    Anche la direzione di una proteina dovrebbe dipendere dalla composizione dell’ambiente cellulare,oltre che dalla chiralità degli amminoacidi.
    Riuscire a muovere una proteina o una molecola generica nella direzione voluta al di fuori di un ambiente cellulare dovrebbe essere difficile,perché si deve progettare una molecola complementare energeticamente alla prima,ancorarla da qualche parte,e farla interagire con questa con una fonte di energia di tipo diverso.

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: