biochimica

(o chimica biologica) Disciplina biologica che studia le sostanze che costituiscono la materia vivente e in particolar modo le incessanti trasformazioni (metabolismo intermedio) cui la materia vivente viene sottoposta e le trasformazioni energetiche che si accompagnano a quelle molecolari.

Nata nel 19° sec. con gli studi sulla materia vivente di chimici organici come J. von Liebig e F. Wöhler, la b. si è definitivamente affermata come scienza autonoma nel 20° sec., estendendo il suo campo di indagine allo studio delle proteine, degli acidi nucleici, dei lipidi, degli ormoni, delle vitamine. Ha consentito l’acquisizione di una conoscenza approfondita dei fenomeni metabolici, in particolare di quelli che si svolgono nei mitocondri, e di quelli fotosintetici, nonché delle strutture e delle funzioni delle macromolecole biologiche, in particolare degli enzimi e di quelle coinvolte nel codice genetico (DNA, RNA).

È ora comunemente accettato che la comprensione dei processi biologici che avvengono negli organismi viventi è possibile soltanto attraverso lo studio dei meccanismi molecolari che regolano e permettono lo svolgimento di tali processi e che le manifestazioni macroscopiche, sia fisiologiche sia patologiche, sono soprattutto il risultato di una serie di eventi molecolari che regolano e consentono il verificarsi del fenomeno macroscopico. Da questa premessa si sono sviluppati svariati campi di ricerca scientifica, quali la farmacologia molecolare, l’ingegneria genetica, la biologia molecolare, la b. e la fisiologia comparate, la neurobiologia e la neurochimica, la biotecnologia, la b. patologica, l’immunochimica e altri ancora, in ciascuno dei quali la conoscenza approfondita dei meccanismi biochimici di base è indispensabile per l’acquisizione di nuove informazioni. Il contributo degli studi biochimici è risultato determinante anche per lo sviluppo delle applicazioni industriali di alcune di queste conoscenze e ha dato vita alla cosiddetta ricerca biotecnologica.

Un notevole contributo all’approfondimento di problemi di biologia molecolare, di chimica delle proteine e d’immunologia è venuto dallo sviluppo di tecniche elettroforetiche, quali il blotting e l’elettroforesi in campo elettrico alternato. L’introduzione e il perfezionamento della cromatografia liquida ad alta risoluzione (HPLC, high performance liquid chromatography) hanno consentito di risolvere problemi legati alla purificazione di macromolecole biologiche e, grazie all’elevatissima sensibilità, riproducibilità e versatilità di questa tecnica, di determinare sostanze presenti anche in piccolissime tracce nei sistemi viventi. Le tecniche di risonanza magnetica nucleare e di risonanza paramagnetica (EPR, electron paramagnetic resonance) permettono la loro applicazione non solo nei sistemi isolati in vitro, ma anche negli animali da esperimento e, in alcuni casi, nell’uomo. Una tecnica che ha trovato vasta applicazione nelle ricerche biochimiche è la luminometria, che si serve di un’apparecchiatura analitica ( luminometro) per la determinazione quantitativa di particolari sostanze per le quali vengono sfruttate reazioni di bioluminescenza o chemiluminescenza. Lo strumento, molto sensibile, è utilizzato, per es., nel dosaggio dell’ATP con il sistema luminescente luciferina-luciferasi. Nel caso in cui l’emissione della luce sia prodotta direttamente da una reazione enzimatica, si ha la bioluminescenza; nel caso in cui l’emissione di luce sia prodotta da sostanze eccitate, che tornando allo stato fondamentale perdono una parte dell’energia acquisita sotto forma di energia luminosa, si ha la chemiluminescenza. Sia la bioluminescenza sia la chemiluminescenza sono state applicate con successo in studi biochimici sul metabolismo per la determinazione delle concentrazioni di numerose sostanze (quali ormoni, coenzimi, ATP ecc.) presenti anche in piccolissime quantità nei sistemi viventi. Tecniche consolidate hanno permesso la costruzione di particolari strumenti in grado di effettuare misurazioni spettrofotometriche di sostanze di interesse biochimico con metodi non invasivi, sia su singole cellule isolate (microspettrofotometria su singola cellula) sia su organi isolati come cuore e fegato (spettrofluorimetria di riflettenza).