DALL'EMOGLOBINA ALLA SCOPERTA DEL DNA

CRISTALLI di BLENDA ROSSA
 su MATRICE Tennessee

Nel 1912 Max Von Laue e due suoi giovani assistenti illuminavano con raggi X un cristallo di blenda, osservando la comparsa di una serie di macchie discrete su una lastra fotografica posta alle spalle del cristallo stesso. Questo esperimento fondamentale evidenziò la capacita dei cristalli di diffrangere i raggi X, premettendo due anni dopo al giovane studente ventitreenne William Lawrence Bragg di determinare la struttura cristallina di NaCl. 

Questi due brillanti esperimenti spalancarono la strada a un pensiero nuovo, e diedero inizio a una rivoluzione scientifica che segnò la nascita di un nuovo modo di concepire la chimica, la fisica e la biologia. Se fino ad allora nessuno possedeva strumenti per poter accedere alla struttura tridimensionale della materia a livello atomico, negli anni successivi alle osservazioni di Bragg e Laue la comunità scientifica si gettò con entusiasmo a sperimentare e sviluppare la nuova tecnica, permettendo la determinazione della struttura dei materiali di maggior interesse per la chimica del tempo. 

 struttura a doppia elica del DNA

Kathleen Lonsdale scoprì nel 1929 che i derivati del benzene sono planari, mentre Dorothy Hodgkin nel 1945 svelò la struttura molecolare della penicillina, permettendo lo sviluppo della prima famiglia di antibiotici. Più tardi, la Hodgkin determinò la struttura dell’insulina, della vitamina B12, della ferritina e del virus del mosaico del tabacco, gettando così le basi della moderna scienza farmaceutica. Gli anni ’50 furono strepitosi per lo sviluppo della cristallografia: nel 1953 Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins condussero gli esperimenti che portarono alla determinazione della struttura a doppia elica del DNA. 

Con un lavoro impressionante durato decenni Max Perutz e John Kendall nel 1959 determinarono la struttura della mioglobina e dell’emoglobina, chiarendo le basi molecolari della respirazione. Non da ultimo, è da citare il Premio Nobel per la Chimica assegnato nel 2009 Ada Yonath, Thomas Arthur Steitz e a Venkatraman Ramakrishnan per i loro studi volti a rivelare la struttura dei ribosomi, permettendo così una più approfondita comprensione dei meccanismi di manipolazione del corredo genetico degli organismi.E’ straordinario il fatto che in questi ultimi 100 anni sono stati ben 28 i Premi Nobel assegnati a studi di ispirazione cristallografica.

Negli ultimi decenni la cristallografia ha vissuto una rapida evoluzione, pur mantenendo la sua iniziale vocazione di indagare la struttura della materia. Le tecniche basate sulla diffrazione dei raggi X si sono sviluppate al punto di consentire lo studio di sistemi cristallini sempre più complessi, e si sono spinte verso sistemi disordinati, nanostrutturati, persino amorfi. 

Alle tecniche diffrattometriche si sono aggiunti diversi metodi, quali ad esempio le spettroscopie di assorbimento X e vibrazionali, le tecniche di microscopia e diffrazione elettronica, i metodi computazionali, che oggi il cristallografo utilizza per fornire una visione più completa della struttura della materia. Lo sviluppo di grandi centri di ricerca come quelli basati sulla luce di sincrotrone ha permesso di affrontare problemi di frontiera e di forte impatto per la nostra vita quotidiana come l'analisi della struttura delle macromolecole biologiche per la progettazione di farmaci, la definizione delle correlazioni tra struttura e proprietà per la progettazione di materiali all’avanguardia per l’elettronica, l’optoelettronica, il magnetismo, lo studio e la datazione di manufatti di rilevanza archeologica o l’analisi di rocce lunari e meteoriti.

La cristallografia ha dunque portato la visione atomica e molecolare nella scienza, ha popolato di immagini e strutture la chimica moderna, la biologia molecolare, le scienze farmaceutiche, la fisica dello stato solido: la Scienza moderna ha talmente incorporato questa nuova visione del mondo che ormai qualsiasi nuova idea non può prescindere da un’interpretazione strutturale. Grazie alla cristallografia moderna in questi 100 anni l’immaginario scientifico si è arricchito di splendide architetture molecolari, di meravigliose simmetrie, e il concetto di relazione tra forma e funzione si è esteso dal mondo macroscopico delle macchine meccaniche e degli organismi biologici al microscopico mondo delle macchine molecolari, dove dettagli grandi quanto un decimiliardesimo di metro determinano con precisione inesorabile le proprietà di un materiale per l’elettronica, l’efficacia di un farmaco, la funzione di un enzima.