4.4 Biochimica 

 

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Nella sezione 3 abbiamo visto che il rapporto fra diabete e pancreas fu accertato nel 1889. In cosa consistesse questo rapporto rimase a lungo un mistero, che non fu dissipato dalla scoperta che il pancreas forniva due secrezioni, una riversata nel duodeno e funzionale nel processo digestivo, l'altra scaricata direttamente nel sangue e implicata nel metabolismo degli zuccheri. Nel 1901 l'americano Eugène Opie stabilì che questa seconda secrezione era dovuta all'attività di certi corpuscoli globosi presenti nel tessuto del pancreas, le isole di Langerhans. Per quanto riguarda la terapia del diabete i medici mettevano in opera diete così drastiche che in casi estremi potevano portare alla morte per fame piuttosto che per il diabete stesso. All'inizio del secolo scorso era in piena fioritura l'opoterapia, che consisteva nella somministrazione ai pazienti di estratti di organi animali, è quindi ovvio che molto intensa fu la ricerca per ottenere dalle isole di Langerhans un estratto efficace contro il diabete. I risultati furono deludenti; l'elusivo agente attivo fu battezzato 'insulina' dal francese De Meyer nel 1909, ma i tentativi di preparazione furono sostanzialmente abbandonati. Un capitolo diverso si aprì nel 1920, quando Frederick Banting, un medico canadese che lavorava a Londra, concepì una nuova metodica di avvio della preparazione: chiudere il dotto pancreatico dell'animale con una ligatura, attendere la degenerazione dell'organo, ed infine tentare l'estrazione dalle isole di Langerhans che sarebbero rimaste intatte. Per mettere in atto il progetto Banting contattò un importante fisiologo canadese, James Macleod, che pur senza alcun entusiasmo decise di appoggiare la ricerca. Banting raggiunse Macleod a Toronto, avviando una delle peggiori collaborazioni nella storia della scienza - a livello di carattere, si intende. Macleod assegnò Charles Best come collaboratore di Banting, che era un ortopedico senza una specifica competenza in campo fisiologico. Nel giugno-luglio 1921 Banting e Best, mentre Macleod era in vacanza,  ottennero i primi risultati convincenti. La tecnica di estrazione fu perfezionata da un tecnico, James Collip, mandato da Macleod in aiuto dei due ricercatori. Nel gennaio 1922 gli estratti sembrarono sufficientemente sicuri e furono somministrati ad un giovane diabetico, che stava morendo in ospedale. Il giovane si riprese, e così gli altri pazienti su cui fu provato l'estratto ottenuto da Collip. Questo successo suscitò una risposta emotiva non solo nell'opinione pubblica ma anche nella comunità scientifica. Nel 1923 Banting e Macleod ricevettero il Nobel per la medicina o la fisiologia. Quando Banting seppe di dover dividere il Nobel con Macleod ebbe un accesso di furia incontenibile, e decise di dare metà della cospicua somma di sua competenza a Best. Per parte sua Macleod fece altrettanto nei confronti di Collip.

Mi sono soffermato sulla storia degli estratti a base di insulina perché essi costituirono un successo terapeutico, umanitario ed economico straordinario. Chiunque dubitasse del valore della ricerca scientifica dovrebbe guardare le fotografie dei bambini diabetici, già ridotti a scheletri, e riportati ad un fisico normale dagli estratti ottenuti da Banting, Best e Collip. Ma vi è anche un secondo motivo per aver ben presente il lavoro svolto a Toronto. La vittoria sul diabete scatenò una ricerca a tutto campo sui numerosi ormoni (compresi quelli presunti) secreti dalle ghiandole umane. Qui ricordo solo la cadenza delle scoperte nel campo degli ormoni sessuali, la cui rilevanza terapeutica è ovvia: 1929, estrone; 1930, estrolo;1931, androsterone; 1934, progesterone; 1935, estradiolo e testosterone.

         Per illustrare un diverso aspetto della biochimica, quello dello studio delle reazioni metaboliche, possiamo considerare l'opera del biochimico tedesco Hans Adolf Krebs. Nel 1933, a causa dello scellerato razzismo nazista, fu costretto a fuggire dalla Germania e trovò rifugio in Inghilterra dove fu accolto da Hopkins nel suo laboratorio di Cambridge. Nel 1935 si spostò all'Università di Sheffield, dove con la collaborazione di W. A. Johnson svolse le ricerche che lo portarono alla scoperta del ciclo che porta il suo nome, e al Nobel nel 1953. Al momento dell'inizio dell'indagine si sapeva che nei muscoli vengono rapidamente ossidati acidi di- e tri-carbossilici (acidi citrico, succinico, fumarico, malico) ma era del tutto oscuro il rapporto fra queste reazioni ossidative e l'ossidazione dei carboidrati. Dal punto di vista della pratica di laboratorio Krebs e  Johnson diedero due contributi importanti. Nel 1937 essi stabilirono la formazione dell'acido citrico a partire dall'acido ossalacetico e dall'acido piruvico. Successivamente determinarono sperimentalmente che le velocità delle singole tappe del ciclo erano tali da far ammettere che tutta l'ossidazione terminale dei carboidrati presenti nei muscoli avvenisse attraverso il ciclo. Un aspetto importante della procedura di scoperta del biochimico tedesco è che il 'ciclo di Krebs' connesse e spiegò i risultati di due ricerche precedenti, condotte in campo fisiologico da Albert Szent-Györgyi a partire dal 1934, e con interessi meccanicistici nel campo della chimica organica da Carl Martius e Franz Knoop. Il fatto che gli interessi strettamente specialistici di Martius gli impedirono di collegare i suoi risultati con quelli di Szent-Györgyi è stato messo in evidenza dallo stesso Krebs.

 

4.5 La chimica fisica e la sua strumentazione

Gli sviluppi teorici  più importanti nel campo della chimica fisica sono già stati discussi nella sezione 4.2. Qui considereremo la chimica fisica sotto l'aspetto critico dell'entrata in scena di nuove tecniche, ciascuna delle quali richiedeva una particolare, complessa strumentazione. La questione della strumentazione è veramente cruciale perché è nel periodo che stiamo trattando che si avvia il processo che una generazione dopo porterà una gran parte dei chimico-fisici a basare la ricerca di laboratorio su strumenti commerciali. Tradizionalmente ogni chimico-fisico (come i fisici!) progettava e costruiva il suo strumento, e mai avrebbe pensato di dover dipendere dalle case produttrici per l'esecuzione delle proprie esperienze di laboratorio.

L'elenco delle tecniche maturate nel periodo è impressionante. La strutturistica con i raggi X compie un significativo progresso con l'introduzione nel 1924 del metodo di K. Weisseberg (che io utilizzai per la mia tesi nel 1964, 40 anni dopo!), mentre sul piano dell'interpretazione dei risultati sperimentali e del calcolo un passo decisivo è compiuto da A. L. Patterson che nel 1934-35 propone un nuovo metodo di elaborazione dei dati per la determinazione delle strutture cristalline. Nel 1928 C. V. Raman dimostra sperimentalmente la correttezza della previsione fatta da A. Smekal, che sarebbe stato possibile individuare transizioni vibrazionali anche nella luce diffusa. Così le spettroscopie vibrazionali diventano due, con l' ‘infrarosso’ affiancato dal ‘raman’. L'impiego della nuova meccanica ondulatoria, della teoria dei gruppi, e del calcolo dei modi normali di vibrazione fanno avanzare fortemente l'interpretazione degli spettri e la comprensione stessa dei fenomeni vibrazionali.

Per merito del lavoro assiduo di Francis Aston la spettrometria di massa ottiene risultati di rilievo fondamentale perché permette l'elaborazione da parte dello stesso Aston del concetto di packing fraction, che sarà alla base delle ricerche dei fisici teorici sui modelli di nucleo. Altri modelli di spettrometri di massa vengono messi a punto negli Stati Uniti da A. J.  Dempster e da K. T. Bainbridge. Nel 1932, lavorando alla Cornell University, Ernest Linder poteva pubblicare sulla Physical Review uno studio della ionizzazione e dissociazione di benzene e solfuro di carbonio, studio condotto con uno spettrografo di massa ad impatto ionico. Ho citato quest'ultimo lavoro perché coevo a quello splendido di Bainbridge sulla determinazione della massa del deuterio, isotopo scoperto nel 1931 da Urey. Il grado di perfezione raggiunto da queste ricerche non incoraggiò affatto un ingresso massiccio di nuovi ricercatori in un campo palesemente inesplorato come la spettrometria di massa a livello molecolare. Si dovettero aspettare le urgenze della seconda guerra mondiale, e le disponibilità finanziarie connesse alle spese di guerra, affinché la spettrometria di massa si sviluppasse all'interno dell'industria petrolifera per il controllo dei processi di cracking e di produzione dei carburanti per l'aviazione.

Cito rapidamente ancora due tecniche: la misura dei momenti di dipolo, introdotta a pieno titolo nella chimica organica fisica da diversi contributi di J. J. Thomson e di Ingold, e, in un campo assai diverso, la polarografia, proposta da J. Heyrovský nel 1925 come nuovo metodo di analisi elettrochimica.

 Segue