Le basi biochimiche della medicina di laboratorio

“Non hai veramente capito qualcosa fino a quando non sei in grado di spiegarlo a tua nonna.”
(Albert Einstein)
Quasi nessuno probabilmente si ricorda del premio Nobel per la chimica del 1962. Come ho ricordato anche nella mia tabella della cronologia medica e come potete trovare sul sito ufficiale del premio Nobel, fu assegnato a Max F. Perutz e a John C. Kendrew per “i loro studi delle strutture delle proteine globulari”. Dietro alla motivazione quasi minimalista del premio, sta invece una cosa di straordinaria importanza, e che mi piace ricordare: la prima ricostruzione della struttura tridimensionale di una proteina mediante la tecnica di cristallografia ai raggi X.
 
La prima struttura tridimensionale di un biopolimero descritta è stato il modello di DNA costruito con cartoncino e filo di ferro da J. D. Watson e F. H. C. Crick nel 1953, sulla base dei dati di diffrazione ai raggi X di un cristallo di DNA ottenuti da M. H. F. Wilkins e da Rosalind E. Franklin. L'articolo originale di Watson e Crick, pubblicato su Nature il 25 aprile 1953, è disponibile sul sito
 
http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf
 
Già nel 1958 J. C. Kendrew aveva ottenuto la struttura della mioglobina a una risoluzione di 6 Å [1], anche se le prime strutture tridimensionali di proteine (mioglobina ed emoglobina) con un livello di risoluzione oggi considerato adeguato vennero determinate alcuni anni dopo da M. F. Perutz e dallo stesso J. C. Kendrew, sempre mediante cristallografia ai raggi X. E proprio per ricordare Perutz e Kendrew, e tutti gli altri che, anche se ignoti al pubblico, hanno fatto e continuano a fare un lavoro veramente straordinario, ho preparato una raccolta di
 
immagini tridimensionali di macromolecole biologiche
 
che, oltre a deliziare la mente, ci ricorda il continuo e straordinario contributo della chimica di base alla comprensione della vita.
 
Studiare gli organismi utilizzando la chimica: l’intuizione fu di Louis Pasteur, sul finire del secolo scorso. E i progressi fatti nel corso degli ultimi decenni indicano chiaramente come lo studio della chimica dei viventi (biochimica) sia la base per comprendere i fenomeni di auto-organizzazione che hanno portato la materia ad animarsi.
 
Ma nonostante l’intuizione di Pasteur, che il fenomeno “vita” possa essere fatto risalire ad una somma di eventi (bio)chimici, fosse e resti fondamentalmente corretta, è mancato a lungo un elemento determinante. Che è apparso chiaro con il fallimento del programma riduzionistico della (bio)chimica, cioè nell’equivalenza molecole biologiche = vita, dall’esperimento di Miller, del 1935. L’interazione di scariche elettriche e molecole inorganiche (acqua, ammoniaca, metano, ossigeno, idrogeno, CO2), in un ambiente che ricreava l’ambiente primordiale che doveva esserci sulla terra circa 3 miliardi e mezzo di anni fa, ha portato si alla sintesi di molecole organiche, ma non alla comparsa dei tratti caratteristici dei biosistemi.
 
In altre parole, sia il fatto di conoscere le parti che compongono un sistema biologico, ed addirittura poterne costruire alcune in laboratorio, sia il fatto di conoscere le proprietà delle singole parti, non ha portato a progressi significativi nella comprensione del fenomeno vita (anche se ne ha ovviamente rappresentato un prerequisito essenziale). Oggi è finalmente chiaro che il carattere distintivo dei sistemi biologici è quelle di essere sistemi costituti da parti coordinate tramite un flusso enorme, e solo in parte rivelato, di informazioni reciproche a livello molecolare. In altre parole, ogni organismo risulta essere un imponente “ecosistema” di molecole, prodotte sulla base di un  progetto nel quale sono le relazioni tra le parti a fornire al sistema la quota prevalente di valore aggiunto che lo caratterizza. Partendo da questo assunto ho sintetizzato l’argomento biochimico in una cinquantina di pagine, dal titolo
 
 le basi biochimiche della medicina di laboratorio
 
nelle quali ho cercato di essere il più possibile accurato, pur adottando una esposizione semplice e divulgativa.
 
Per integrare il mio scritto consiglio il sito http://themedicalbiochemistrypage.org/: veramente molto completo, ben fatto, e soprattutto mantenuto aggiornato. Direi che vi si trova proprio tutto, dalla chimica di base delle biomolecole al metabolismo del colesterolo, dalla cinetica enzimatica alla biochimica del muscolo.
 
Un riassunto sotto forma di tavole metaboliche è complementare e molto utile. Purtroppo le (per me, e per allora) mitiche tavole metaboliche della Boehringer Mannheim non sono più state aggiornate [a], anche se sono ancora on-line, ospitate dall’Istituto Svizzero di Bioinformatica sul suo ExPASy Proteomics Server nelle due classiche parti un tempo disponibili in formato cartaceo, la prima riservata alle vie metaboliche e la seconda riservata ai processi cellulari e molecolari. Facendo click sulle singole immagini che compongono il mosaico è possibile avere l’ingrandimento di ciascuna di esse (le aree grige in alto a sinistra non comportano la perdita di dati: semplicemente in quella posizione vi erano il titolo della tavola e il nome della azienda, allora Boehringer Mannheim, oggi scomparsa, che sono stati maldestramente cancellati).
 
Nell’area di metabolomica della Sigma-Aldrich, realizzate in collaborazione con la International Union of Biochemistry and Molecular Biology, trovate alcune tavole molto interessanti e soprattutto aggiornate e con tanto di data dell’ultimo aggiornamento: una tavola del metabolismo generale, una tavola degli errori congeniti del metabolismo, e alcune minimappe che espandono aspetti specifici della mappa generale, e altro. Potete trovare queste tavole anche sulle pagine di Donald Nicholson ospitate dalla IUBMB.
 
 
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Le basi biochimiche

Ultimo aggiornamento: 18 giugno 2017

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Bayes
 
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