A maggio 2018

Dedicherò il mese di maggio a passare brevemente in rassegna il Carbonio e i suoi innumerevoli composti: egli va un po' con tutti gli elementi della tavola periodica, come ricorda il "prof. Purr" nella foto sopra, soprattutto con H (con cui forma gli idrocarburi), con O (con cui forma alcoli, fenoli, eteri, epossidi, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici ed esteri: anche i lipidi contengono ossigeno, oltre a carbonio e idrogeno), con N (con cui forma ammine, ammidi e altri composti), con S, con P, etc.

Per iniziare, propongo la lettura di questi celebri versi di Alberto Cavaliere, chimico di formazione, giornalista e uomo politico italiano, noto soprattutto per la facilità con cui componeva rime e filastrocche, molte dedicate anche alla Chimica.

Buono studio a tutti! mc

Aracnidi (e) stupefacenti

Parafrasando Primo Levi, non voglio rubare "l'altrui mestiere", ma credo che tutti ci siamo soffermati a contemplare la bellezza delle ragnatele, i loro disegni perfetti, la loro robustezza e la geometria. 

Ecco, io non mi permetto di dilungarmi addentrandomi in un ambito che è il mio, ma richiamo brevemente l'attenzione su un aspetto curioso che spesso racconto ai miei alunni, per sottolineare come anche i ragni, appartenenti agli invertebrati aracnidi, possiedano un sistema nervoso e quindi siano sensibili agli effetti di sostanze psicoattive in un modo assai tangibile...

Ecco, anch'io, qualche volta, per fotografare le ragnatele "fresche di giornata", mi sono alzato alle cinque del mattino e me ne sono andato in giardino ancora in pigiama...

Cosa non si fa per ammirare la bellezza della Natura!

... alla prossima! mc

Alla ricerca del glucosio in eccesso ...

Il glucosio, uno zucchero a sei atomi di carbonio con formula bruta C6H12O6, è stato riconosciuto per la prima volta alla fine del XVIII secolo nel miele (Lowitz, 1792) e nell'uva (e per questo è noto anche come zucchero d'uva): tra i vari autori, artefici della scoperta, di maggior credito gode Joseph Louis Proust, che lo avrebbe scoperto durante il suo esilio a Madrid, nel 1802, distinguendolo dal fruttosio e dal saccarosio.

Il glucosio fu ottenuto anche per idrolisi dell'amido (da Gottlieb Sigsmond Kirchoff, nel 1811) e poi della cellulosa (Braconnot, 1819) in ambiente acido acquoso.

Nel 1815, Michel Chevreul lo individuò per la prima volta nell'urina dei diabetici: il diabete mellito fu chiamato così, tempo prima, dal medico inglese Thomas Willis (in un saggio del 1674) perché, all'assaggio, le urine dei malati (emesse in grandi quantità) avevano lo stesso sapore del miele (mel, mellis - in latino).

Il sapore è dovuto proprio alla presenza del glucosio, la cui presenza fu evidenziata da Chevreul attraverso una concentrazione dell'urina alla consistenza di uno sciroppo e successiva cristallizzazione e identificazione del materiale solido cristallino che si formava.

Per inciso, nel diabete insipido, le urine (pur abbondanti) non presentano tale sapore in quanto il glucosio non è presente e la patologia ha cause diverse.

Una volta associato l'eccesso di glucosio nelle urine dei pazienti sofferenti di diabete mellito, medici e chimici studiarono il modo di rilevarlo: ad esempio, il medico britannico Thomas Watson e il fisiologo francese François Magendie procedevano attraverso la fermentazione delle urine per ottenere alcool etilico e anidride carbonica.

Al 1848 risale il perfezionamento del reattivo di Fehling, che sfrutta la capacità del glucosio di ridurre il catione rameico bivalente (azzurro) a catione rameoso monovalente (rosso mattone) in ambiente alcalino acquoso. Sullo stesso principio si basa il reattivo di Benedict. Ne avevamo detto QUI.

Il reattivo di Tollens sfrutta le capacità riducenti del glucosio per ridurre il catione argento ad argento metallico, che si deposita sulle pareti del recipiente di reazione come specchio d'argento.

Il glucosio condensa con una molecola di ortotoluidina per dare un composto di colore blu-verde, la cui concentrazione si può rilevare per via spettrofotometrica (UV-Visibile).

Sempre la via spettrofotometrica è usata sfruttando una coppia di reazioni abbinate:

• la prima reazione sfrutta l'azione dell'enzima glucosio-ossidasi (GOD) che combina ossigeno e glucosio per dare acqua ossigenata e gluconolattone;
• la seconda reazione impiega l'acqua ossigenata ottenuta nella prima reazione per ossidare un cromogeno dalla forma leuco (incolore) alla forma colorata.
• Rilevando per via spettrofotometrica la concentrazione del colorante è possibile risalire alla concentrazione di acqua ossigenata e quindi di glucosio, essendo nota la stechiometria della reazione.

La prima reazione è sfruttata anche nella determinazione del glucosio per via elettrochimica, attraverso un biosensore costruito immobilizzando l'enzima su di un opportuno supporto vicino a un elettrodo che misura il passaggio di elettroni in una reazione redox associata.

Appunti sull'urea...

L'urea...

• Fu scoperta nell'urina dei mammiferi da Hilaire Rouelle nel 1773.

• Fu preparata a partire da sostanze minerali da Friedrich Wohler nel 1828: scaldando il cianato di ammonio,  un composto inorganico, egli ottenne urea, un composto organico. 

• Un metodo per dosarla fu stabilito da Borodin a partire dal 1876 per trattamento con ipobromito, assorbimento dell'anidride carbonica e misura del volume di azoto sviluppatosi nell'ossidazione: il lavoro fu pubblicato nel 1886 e trovò ampia diffusione nella pratica di laboratorio.

• Nel 1926, l'enzimologo americano James Sumner (premio Nobel nel 1946) studiò l'ureasi (enzima presente nelle piante, nei funghi, nei batteri e assente nei vertebrati) e determinò la sua natura proteica. 

• L'enzima ureasi catalizza l'idrolisi dell'urea in anidride carbonica e ammoniaca e questa reazione è oggi sfruttata nella costruzione di biosensori per la determinazione quantitativa dell'urea.

• La produzione dell'urea da parte del fegato, catalizzata da enzimi, fu chiarita da Krebs nel 1932: ammoniaca e anidride carbonica reagiscono con l'ornitina per dare la citrullina; la citrullina reagisce ancora con una molecola di ammoniaca per dare l'arginina; per idrolisi, l'arginina dà urea e ornitina - che riprende il ciclo.

• L'urea contiene il 46% di azoto e per questo è prodotta industrialmente, per reazione di ammoniaca e anidride carbonica sotto pressione, al fine di essere commerciata come fertilizzante.

• L'urea è impiegata altresì nella sintesi di materie plastiche (resine ureiche, ottenute per reazione con la formaldeide), di farmaci (barbiturici, nitrosouree) e di pesticidi (molte uree sostituite sono impiegate ad esempio come erbicidi).

Sopra, lo schema mostra il consumo mondiale di urea nel 2013, espresso in milioni di tonnellate: il primo consumatore al mondo, 5 anni fa, era la Cina, che assorbiva 60 dei 169 mln di t/annue prodotte (oltre il 35%). 

LA CINA DI ALESSANDRA ZANON

Alessandra Zanon è una giovane ragazza dall'Alpago, laureata in lingua e istituzioni economiche e giuridiche dell'Asia Orientale presso l'università Ca' Foscari con diverse esperienze lavorative presso importanti aziende del tessuto produttivo bellunese. 

E' nota per un'importante attività musicale e teatrale che svolge nel tempo libero, da sola o con diversi gruppi, tra cui l'asd. Al.Bel.Pont, della quale è vicepresidente.

Appassionata di viaggi, per studio e per passione è stata più volte in Cina, dove ha raccolto gli scatti presentati prima in una serie di piccole mostre allestite in vari contesti (da Palazzo Crepadona a Belluno fino a Paesi aperti a Cadola) e ora in questa veste più ricercata e professionale, grazie alla collaborazione con Aics Dolomiti Blog. 

La mostra offre un percorso fotografico completato anche dall'esposizione di materiali originali propri della cultura cinese (seta, porcellane, ventagli, carta, etc.), di suoni, profumi e sapori tipici dell'Estremo Oriente.

BEAUMONT, PROUT, SCHWANN E BERNARD

L'interesse della medicina per la digestione ha le sue radici nell'antica Grecia. Le spiegazioni date includevano considerazioni sul calore dello stomaco, sulla putrefazione, sulla macinatura e sulla fermentazione.

Agli anatomici del Medioevo (cfr. ad esempio l'opera di Guido da Vigevano, XIV secolo) risale una prima descrizione del tubo digerente e la sua divisione in bocca, esofago, stomaco, intestino tenue e intestino crasso.

Alessandro Benedetti (1450-1512), medico e professore a Padova, descrisse le pieghe della mucosa gastrica nella sua opera Anatomicae sive de historia corporis humani, datata 1497.

I medici del Rinascimento attribuivano all'apparato digerente l'origine delle basse passioni dell'uomo, forse spinti da una visione "morale" dell'anatomia e soprattutto dal dibattito teologico e dalle considerazioni paoline sulle passioni della gola e del ventre: erano gli anni della Riforma protestante e del Concilio di Trento. Erano gli anni in cui Paracelso già concepiva la digestione come una trasformazione chimica.

Nei secoli XVII e XVIII, le conclusioni dei "filosofi naturali" generarono un grande dibattito tra coloro che interpretavano la digestione come un processo chimico e coloro che insistettero sul fatto che si trattasse di un processo meccanico e macinante. 

Jan Baptiste van Helmont (1579-1644), aveva proposto che un'azione chimica digerisse il cibo per fermentazione.

Il francese René de Reaumur (1683-1757) e l'italiano Lazzaro Spallanzani (1720-1799) hanno sperimentato non solo su animali e uccelli ma anche su loro stessi, ingerendo tubicini metallici bucherellati ripieni di cibo oppure spugnette legate a un cordino di canapa (per poter agevolmente recuperare i succhi gastrici) e hanno sostenuto che la digestione era chimica. Tuttavia, i vitalisti ridicolizzarono le loro idee, sostenendo che in nessun modo i processi fisiologici umani potevano essere descritti in termini così non spirituali: tali termini contraddicevano la credenza secondo la quale essi (i processi fisiologici) erano sostenuti da una "forza vitale" propria (esclusiva) della materia vivente.

A cavallo del XIX secolo, i ricercatori europei erano sempre più interessati alla digestione e aspre polemiche infuriarono a proposito, specialmente in Francia. In un noto libro di fisiologia, il professore francese François Magendie (1783-1855) sosteneva che il succo digestivo non era un solvente e che qualsiasi presenza di acido nello stomaco era causata dalla decomposizione del cibo o dalla saliva. L'argomento fu così intenso, durante gli anni Venti, che l'Accademia delle Scienze francese sponsorizzò un concorso per fare luce sul processo di digestione negli animali.

In questo momento storico, la medicina negli USA non era certo al passo con il progresso nel dibattito europeo e, di conseguenza, nessuno dei principali ricercatori americani ha dato un contributo significativo ad esso, almeno fino al 1822.

WILLIAM BEAUMONT (1785-1853). Il 6 giugno 1822, William Beaumont, un medico militare, fu chiamato in un negozio di pellicce a Mackinac Island, nel Michigan, per soccorrere un cacciatore canadese che era stato colpito a distanza ravvicinata. Beaumont non avrebbe potuto immaginare che la chiamata gli avrebbe dato l'opportunità di cambiare il corso delle conoscenze sulla digestione, oltre a portare un importante contributo allo sviluppo della medicina sperimentale.

Lo sparo aveva creato una ferita grande quanto la mano di un uomo nella zona addominale e, nonostante il grande sforzo per chiuderla, lasciò un buco nello stomaco, chiamato tecnicamente fistola gastrica.

Beaumont pensò che sicuramente il suo paziente, Alexis St. Martin, sarebbe morto, ma entro l'anno si riprese e stava bene - con il buco aperto ancora nello stomaco. Beaumont colse l'occasione per guardare direttamente nel suo stomaco e osservare il suo movimento. Poteva versare cibo e bevande e analizzare le trasformazioni del contenuto. Beaumont assunse St. Martin come assistente in modo da continuare i suoi esperimenti.

WILLIAM PROUT (1785-1850). Nel frattempo, in Inghilterra, William Prout, medico e farmacista, indagò sui succhi gastrici degli animali con esperimenti brillanti. Nel 1824 estrasse i succhi gastrici e dimostrò che contenevano acido cloridrico. Quando pubblicò il suo lavoro, i suoi contemporanei non potevano credere che un acido così forte potesse esistere nello stomaco degli organismi senza causare danni. Tuttavia, tale fu la credibilità di Prout che nel 1827 accettarono le sue ricerche sulla digestione.

Prout divise il cibo in categorie: acqua, carboidrati, grassi e proteine. Mentre molte delle sue idee erano basate sulla speculazione, pubblicò un'analisi della classe dei saccaridi o dei carboidrati. I nutrizionisti oggi usano ancora le sue classificazioni.

Beaumont, in America, non era a conoscenza della controversia e dell'interesse per la digestione in Europa. Tuttavia, aveva accesso a uno stomaco umano vivente e poteva andare oltre l'immaginabile. Sebbene non avesse molta esperienza come ricercatore, Beaumont era un attento osservatore, scriveva nei suoi diari e procedeva in modo ordinato.

Il 1° agosto 1825 iniziò i suoi esperimenti controllati sospendendo manzo cotto, manzo salato, maiale salato, carne bovina cruda, carne in scatola, pane raffermo e cavolo nello stomaco con corde di seta e chiudendo il buco con una benda. Dopo un paio d'ore Beaumont osservò il modo in cui ogni oggetto stava digerendo e registrò attentamente le sue osservazioni.

Trascorso qualche tempo, come ci si poteva aspettare, St. Martin si stancò del suo ruolo di cavia umana e continuò saltuariamente a sottoporsi alle osservazioni del medico. 

Nel 1833 Beaumont pubblicò le sue scoperte nel libro The Experiments and Observations of the Gastric Juice and Physiology of Digestion.
Dopo aver eseguito circa duecento esperimenti per un periodo di circa dieci anni, Beaumont elencò una cinquantina di conclusioni riguardanti la natura chimica della digestione:

• lo stomaco secerne succo gastrico da pieghe nel rivestimento;
• il succo gastrico era l'agente di rottura chimica;
• il rivestimento interno dello stomaco è di colore rosa pallido, coperto da una mucosa che cambia aspetto quando è malata;
• l'alcol provoca infiammazione (gastrite) al rivestimento dello stomaco;
• lo stomaco si muove lateralmente e su e giù per agitare il suo contenuto;
• le verdure erano meno digeribili di altri alimenti;
• il latte si coagula precocemente nella digestione.

Beaumont aveva rivelato così sullo stomaco assai di più di quanto non fosse stato conosciuto prima. Ha ottenuto riconoscimenti sia in Europa che negli Stati Uniti. Notò anche un fattore importante che non capiva del tutto. Era presente una sostanza sconosciuta che i ricercatori negli Stati Uniti non potevano identificare a causa della mancanza di conoscenze approfondite in chimica organica - al tempo, un campo di dominio quasi esclusivo della scienza tedesca. Toccò infatti a un tedesco venirne a capo.

THEODORE SCHWANN (1810-1882), che lavorava con il famoso fisiologo Johannes Mueller (1801-1858) a Berlino, si interessò allo studio dei processi digestivi e isolò una sostanza dallo stomaco che era distinta dall'acido cloridrico. Chiamò quella sostanza pepsina. Questo risultò essere il fattore sconosciuto di Beaumont. La pepsina, il primo enzima preparato da un tessuto animale, opera in ambiente acquoso acido per idrolizzare le proteine a peptoni.

Successivamente, Schwann scoprì la natura muscolare dell'esofago, notando che conteneva muscoli striati e fungeva da tubo per spostare il cibo dalla bocca allo stomaco. Fu anche il primo a usare il termine metabolismo per descrivere i cambiamenti chimici nei tessuti viventi e fu pioniere anche nell'applicare l'idea della teoria cellulare agli animali.

CLAUDE BERNARD (1813-1878), celebre fisiologo francese, sviluppò invece un precoce interesse per la digestione mentre lavorava come assistente del già citato François Magendie e si laureò con la tesi Du suc gastrique e de son role dans la nutrition (1843).

Affascinato dalla ricerca di Beaumont, Bernard replicò le fistole gastriche negli animali. Sua moglie e sua figlia, insieme ad altri animalisti (non è un fenomeno solo contemporaneo, quello della difesa degli animali contro il loro uso nella sperimentazione), si opposero fermamente ai suoi esperimenti su creature vive.

Bernard scoprì il ruolo del succo pancreatico nella digestione, a proposito dell'idrolisi dei trigliceridi in acidi grassi e glicerolo. Mentre la maggior parte della ricerca precedentemente convergeva nell'attribuire l'intero processo digestivo allo stomaco, Bernard mostrò che l'intestino tenue era l'organo principale del processo. Più tardi, rilevò anche i nervi che lo controllano.

Il suo interesse sperimentale per il pancreas ha portato poi anche a chiarire il ruolo del fegato nella digestione e nella glucogenesi. 

Bernard ha isolato il glicogeno, un polimero del glucosio, e ha determinato che esso è prodotto dal fegato come riserva di carboidrati e quindi rilasciato per mantenere un livello costante di zucchero nel sangue. 

In seguito si scoprirà il ruolo dell'insulina, del glucagone e di altri ormoni nella regolazione del glucosio ematico, come conseguenza di ricerche sul diabete ad opera di Joseph von Mering (1849-1908) e Oscar Minkowski (1858-1931).

IN BREVE. Il lavoro di questi quattro uomini (Beaumont, Prout, Schwann e Bernard) ha posto le basi per la comprensione della digestione e il trattamento delle numerose e complesse malattie associate al tubo digerente.

L'americano William Beaumont (1785-1853) osservò per la prima volta il funzionamento dello stomaco di una persona vivente in un paziente con una ferita da arma da fuoco che non guarì.

L'inglese William Prout (1785-1850) dimostrò che l'acido cloridrico era contenuto nel succo digestivo.

Il fisiologo tedesco Theodor Schwann (1810-1882) scoprì la pepsina, l'enzima responsabile della digestione nello stomaco.

Il ricercatore francese Claude Bernard (1813-1878) scoprì i ruoli del pancreas e del fegato nella digestione e dimostrò che l'organo principale della digestione non era lo stomaco ma l'intestino tenue.

Entro la fine del secolo i risultati raccolti permettevano di affermare che la digestione non si verifica solo nello stomaco, ma è un processo complesso che inizia con la saliva in bocca e coinvolge l'intero tratto digestivo.

(liberamente tratto da E. B. KELLY, Human digestion studied by William Beaumont, William Prout, Theodore Schwann and Claude Bernard con aggiunte personali del blogger)

LA VENDETTA, OH, LA VENDETTA...

La vendetta, oh, la vendetta!

È un piacer serbato ai saggi.

L'obliar l'onte e gli oltraggi

è bassezza, è ognor viltà.

Con l'astuzia...coll'arguzia...

col giudizio...col criterio...

si potrebbe...il fatto è serio...

ma credete si farà.

Se tutto il codice

dovessi volgere,

se tutto l'indice

dovessi leggere,

con un equivoco,

con un sinonimo

qualche garbuglio

si troverà.

Tutta Siviglia

conosce Bartolo:

il birbo Figaro

vostro sarà.