BIOCHIMICA

BIOCHIMICA

(v. chimica biologica, X, p. 110; App. II, I, p. 578; biochimica, IV, I, p. 279)

La quantità e la qualità delle informazioni prodotte nell'ultimo decennio dalle ricerche di b. hanno fatto sì che tale disciplina abbia acquistato un ruolo centrale per lo sviluppo sia della ricerca di base (acquisizione di nuove conoscenze in campo biologico e medico), sia della ricerca applicata (in campo farmacologico, biotecnologico, ecc.), sia da un punto di vista didattico.

Tre sono le cause che hanno reso possibile il verificarsi di questo fenomeno: a) lo sviluppo di tecnologie e metodiche sempre più sofisticate e complesse che hanno permesso (e stanno tuttora permettendo) sia la nascita e lo sviluppo di aree della ricerca biochimica, sia la verifica in vivo (nell'animale da esperimento e anche nell'uomo) di molti fenomeni studiati finora solamente in vitro; b) la consapevolezza che la comprensione di tutti i 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; c) il contributo portato alle ricerche biochimiche da studiosi provenienti da campi di ricerca differenti (chimica, fisica, ingegneria, medicina, informatica, matematica), la cui collaborazione è risultata preziosa per l'allargamento delle conoscenze e delle aree di ricerca biochimica e ha evidenziato, inoltre, la validità dell'approccio multidisciplinare per risolvere problemi legati ai sistemi biologici.

Aspetti tecnologici. - Un notevole contributo alle ricerche volte all'approfondimento di problemi di biologia molecolare, di chimica delle proteine e d'immunologia, è venuto dallo sviluppo di una particolare tecnica elettroforetica nota con il termine inglese di blotting. Questa metodica (denominata Southern blotting dal ricercatore che per primo ha messo a punto questa tecnica, E.M. Southern) è stata applicata per la prima volta per l'identificazione di particolari sequenze del DNA, e successivamente è stata utilizzata per studi legati all'identificazione di particolari RNA messaggeri (Northern blotting), per studi sulla struttura delle proteine (Western blotting) e per studi di carattere immunologico (immuno blotting). L'introduzione e il perfezionamento della cromatografia liquida ad alta risoluzione (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) ha consentito di risolvere problemi legati alla purificazione di macromolecole e molecole biologiche e, grazie all'elevatissima sensibilità, riproducibilità e versatilità di questa tecnica, di determinare sostanze presenti anche in piccolissime tracce nei sistemi viventi. Per es., l'HPLC è la tecnica frequentemente utilizzata per la determinazione delle concentrazioni sia di numerose sostanze xenobiotiche presenti nei liquidi biologici (farmaci, pesticidi, diserbanti, fitofarmaci, coloranti, ecc.), sia di composti che fanno parte del normale metabolismo cellulare (ATP, coenzimi, vitamine, ormoni, peptidi biologicamente attivi, ecc.). Le tecniche di risonanza magnetica nucleare (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) e di risonanza paramagnetica nucleare (Electron Paramagnetic Resonance, EPR) sono state sviluppate tanto da permettere la loro applicazione non solo su sistemi isolati in vitro, ma anche su animali da esperimento e in alcuni casi nell'uomo. In particolare, l'NMR è diventata negli ultimi anni una tecnica che si è conquistata uno spazio fondamentale non solo nella ricerca dedicata agli studi sul metabolismo energetico cellulare (prevalentemente cardiaco), ma anche nella diagnostica applicata alle patologie cerebrali.

Una tecnica piuttosto recente, che ha trovato una vasta applicazione nelle ricerche biochimiche grazie alla sua elevatissima sensibilità, rapidità e facilità di esecuzione, è la luminometria. Nel caso in cui la reazione di emissione della luce sia prodotta direttamente da una reazione enzimatica, avremo la bioluminescenza (v. in questa App.); 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, avremo la chemiluminescenza. Sia la bioluminescenza che 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. Bisogna in ultimo ricordare gli sviluppi di tecniche consolidate come la spettrofotometria, che hanno permesso la costruzione di particolari strumenti in grado di effettuare misurazioni spettrofotometriche di sostanze d'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 riflettanza).

L'approfondimento delle conoscenze dei processi biochimici dell'uomo, e degli organismi viventi in genere, ha condotto alla certezza che tutte le manifestazioni macroscopiche, sia fisiologiche che patologiche, altro non sono se non la risultanza di una serie di eventi molecolari che regolano e consentono che il fenomeno macroscopico si verifichi. Da questa premessa si sono sviluppati una serie di campi di ricerca scientifica quali la farmacologia molecolare, l'ingegneria genetica, la biologia molecolare, la biochimica 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 a essi relativi è assolutamente indispensabile per l'acquisizione di nuove informazioni. D'altra parte, l'allargamento delle aree di ricerca biochimica ha reso necessaria l'interazione tra studiosi coinvolti in indagini biochimiche e studiosi interessati alla conduzione di ricerche in discipline apparentemente molto lontane dalle scienze biochimiche. Ciò ha consentito di risolvere problemi difficilmente affrontabili con le sole competenze dei singoli ricercatori afferenti a una specifica disciplina. Per es., si veda il contributo degli informatici, degli ingegneri elettronici e dei fisici nella costruzione di nuove e sofisticate apparecchiature per studi biochimici; il lavoro comune di medici, farmacologi, chimici organici e biochimici nello studio di nuove molecole d'interesse farmacologico e terapeutico; la collaborazione tra biochimici, tossicologi, medici, ecologi, zoologi, botanici con il duplice compito di studiare problemi legati all'inquinamento ambientale e agli squilibri indotti dall'uomo sull'ecosistema, e di sensibilizzare forze politiche e opinione pubblica sull'importanza di trovare seri ed efficaci interventi per la risoluzione di tali problemi. In ultimo, bisogna ricordare come il contributo delle conoscenze ottenute da studi biochimici sia risultato determinante per lo sviluppo delle applicazioni industriali di alcune di queste conoscenze, dando vita alla cosiddetta ricerca biotecnologica (v. biotecnologia, in questa Appendice) che ha permesso l'interazione sempre più intensa, frequente e proficua tra il mondo della ricerca di base (università, istituti di ricerca pubblica, ecc.) e il mondo della ricerca applicata (industria farmaceutica in particolare).

Bibl.: E. M. Southern, in Journal of Molecular Biology, 98 (1975), pp. 503-17; C. K. Lim, HPLC of small molecules: a practical approach, Oxford 1988; R. W. A. Oliver, HPLC of macromolecules: a practical approach, ivi 1989; L. Stryer, Biochimica, Bologna 1989; J. D. Rawn, Biochimica, Milano 1990.