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CHIMICA/ Come imparare dalla natura a costruire i motori molecolari

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Modello computazionale ibrido del pigmento visivo rodopsina  Modello computazionale ibrido del pigmento visivo rodopsina

La parola "orizzonte" è tra quelle che più si addicono per indicare le prospettive e le nuove sfide che in più ambiti soprattutto i giovani si troveranno ad affrontare; non per nulla il Programma Quadro europeo per la Ricerca e l'Innovazione (2014 - 2020) è denominato Horizon 2020. Uno degli ambiti interessati dal vento del cambiamento è quello della chimica, che nel XXI secolo è chiamata ad affrontare importanti necessità dell’uomo e della società attraverso lo sviluppo di nuove conoscenze e applicazioni in campi che vanno dai materiali avanzati alle biotecnologie e all’ambiente, dalla medicina all’energia e alle città del futuro. Per approfondire questi temi il prossimo 6 marzo l’università di Milano Bicocca ha organizzato la giornata “Horizon Chem 2015: le nuove sfide della chimica” edizione 2015 di un appuntamento ormai annuale e dedicato quest’anno “al ruolo della modellistica computazionale nell’affrontare tematiche inerenti salute ed energia”. Tra gli interventi ci sarà anche quello di Massimo Olivucci, Professore Ordinario di Chimica Organica all’Università di Siena, impegnato in un programma di ricerca in collaborazione con la Bowling Green State University in Ohio (Usa), dove è Research Professor al Centro di Scienze Fotochimiche e dove dirige il Laboratorio di Fotochimica e Fotobiologia Computazionali. Olivucci, a partire dalle ricerche sul pigmento visivo rodopsina (Rh) responsabile della visione notturna, spiegherà come “imparare dalla fotobiologia come progettare dispositivi molecolari con il computer”, un percorso che ha anticipato a Ilsussidiario.net.

 

Qual è la motivazione e l’obiettivo della vostra ricerca in fotobiologia?

Cerchiamo di capire come è possibile che le molecole biologiche - in particolare questi fotorecettori, che sono proteine in grado di catturare la luce - riescano a utilizzare l’energia luminosa in modo così efficiente. Per comprendere il tema, si può partire come esempio dalla stessa fotosintesi clorofilliana che, come è noto, permette alle piante di sfruttare la radiazione solare per la produzione di energia e anche per il suo stoccaggio. Noi però ci siamo focalizzati principalmente sui pigmenti visivi perché sono, da un punto di vista della complessità, molto più semplici da studiare.

 

E come avete affrontato il problema?

Il tema fondamentale che abbiamo sviluppato è quello della loro simulazione al calcolatore. Il computer è l’unico strumento che ci permette di studiare come avviene questo utilizzo dell’energia luminosa a livello atomico. Usiamo il computer come se fosse un microscopio che ci permette di vedere come la luce determina dei cambiamenti, addirittura a livello del movimento di atomi. Queste osservazioni sono fatte su dei modelli matematici ma attraverso di esse riusciamo comunque a capire come dovrebbe funzionare la molecola reale (che non possiamo osservare perché non esistono dei microscopi così potenti).

 

Come avete operato per costruire il modello della rodopsina?

In verità non siamo partiti, come si potrebbe pensare, dalle conoscenze fornite dalla fisiologia del sistema visivo, bensì da quelle offerte da altri chimici: cioè da quei chimici che sono in grado di studiare tali pigmenti a livello strutturale, utilizzando la diffrazione dei raggi X attraverso la struttura cristallina. Solo che così si conosce la proteina nel suo stato di riposo, in configurazione statica, come se fosse una fotografia: A noi invece serve la sua dinamica, serve una sorta di filmato, di ripresa cinematografica; ma non esistono apparati sperimentali in grado di fornircela. Ecco allora che, a partire dai dati cristallografici, noi creiamo dei modelli computerizzati che ci danno “il film”, e così riusciamo a vedere come si muovono le proteine quando assorbono energia luminosa.

 

Ma è sufficiente la simulazione?



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