Il Premio Nobel per la Chimica 2022 è stato assegnato il 5 Ottobre a Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal e K. Barry Sharpless “per lo sviluppo della click chemistry e della chimica bioortogonale”.
La click chemistry, o ‘chimica a scatto’, studiata circa 20 anni fa da Sharpless, già vincitore del Nobel per la chimica nel 2001, e in modo indipendente da Meldal, consiste nella possibilità di unire due molecole in modo semplice ed efficiente tramite una reazione, chiamata cicloaddizione azide-alchino catalizzata dal rame.
Messa a punto da Sharpless e perfezionata da Meldal, la tecnica è stata applicata da Bertozzi alle molecole biologiche: il risultato, chiamato reazione bio-ortogonale permette di sviluppare nuovi materiali, come quelli biomimetici, e nuovi farmaci personalizzati.
Sintetizzare molecole grandi e complesse è un’esigenza di molti settori, dalla farmaceutica alla scienza dei materiali.
Infatti le reazioni chimiche spesso prevedono la formazione di più prodotti e sottoprodotti, alcuni indesiderati e risentono di interferenze a causa della presenza di impurezze o di altri reagenti presenti nel mezzo di reazione. E’ quindi necessario far seguire le reazioni di sintesi a lunghe procedure di purificazione dei prodotti desiderati, scartando quelli indesiderati, con una resa a volte piuttosto bassa, tempi lunghi e costi elevati.
Le cose sono cambiate con l’arrivo della chimica a scatto, che ha reso molto più semplice ottenere i prodotti desiderati: le molecole si uniscono con un click, come bottoni a pressione o il moschettone ad una catena, da cui il termine click chemistry.
Questo è ciò che troveremo scritto più a meno su tutti i siti che danno la notizia dell’assegnazione del Nobel, e la maggior parte delle persone non cerchèrà di capire esattamente cosa questi tre abbiano inventato.
La reazione che provoca il Click
Ma non facciamoci spaventare, e cerchiamo di capire esattamente cosa significa cicloaddizione azide-alchino catalizzata dal rame.
Una azide è un composto organico con formula R-N3, in cui con R si sottintende una molecola piò o meno grande legata al gruppo funzionale −N=N=N− (N è il simbolo dell’azoto, dal latino nitrogenum). Con gruppo funzionale si indica la parte della struttura di una molecola organica che le conferisce una reattività tipica e simile a quella di altri composti contenenti lo stesso gruppo.
Gli alchini invece sono idrocarburi (quindi derivati del petrolio) cioè molecole formate da catene di atomi di carbonio di cui due legati fra loro da un triplo legame
(R-C≡C-).
I gruppi funzionalei di azidi e alchini possono reagire fra loro formando un triazolo. La reazione avviene molto rapidamente e con una resa elevata se sono presenti ioni di rame, il cui simbolo è Cu, dal latino cuprum. In questo modo le due molecole, simboleggiate dalle R, si legano fra loro e il triazolo fa da anello di congiunzione.
Le reazioni bioortogonali
A questo punto dobbiamo capire cosa sono invece le reazioni bioortogonali di Carolyn Bertozzi. Il termine chimica bioortogonale si riferisce a una reazione chimica che avvenga all’interno di un organismo vivente senza interferire con gli altri processi biochimici concomitanti.
Poichè il rame è tossico per i viventi, Bertozzi trova il modo di ricreare la stessa reazione chimica studiata dagli altri due premiati senza l’aiuto degli ioni di rame.
In primo luogo si inserisce un gruppo funzionale estraneo (detto reporter chimico) in una molecola biologica, il quale chimico non deve alterare in modo significativo la struttura della molecola substrato per evitare di comprometterne la normale attività biologica (quindi “perpendicolarmente”). Successivamente viene legato al reporter un gruppo funzionale complementare collegato ad una seconda molecola che funziona come una sonda (ad esempio un marcatore fluorescente). Questa è detta reazione chimica bioortogonale (detta anche click chemistry senza rame) ed è alla base alla base di molte applicazioni sia nell’ambito della chimica che in medicina, tra le quali anche terapie mirate contro il cancro.
Ma chi sono i tre vincitori?
Karl Barry Sharpless (Filadelfia, 28 aprile 1941) è un chimico statunitense. Professore di chimica allo Scripps Research Institute di San Diego. Ha vinto il premio Nobel per la chimica nel 2001. È sposato ed ha tre figli.
Morten Meldal, nato nel 1954, attualmente è professore di chimica presso l’Università di Copenaghen, e non si trovano molte informazioni sulla sua vita privata.
Ma il personaggio più interessante è sicuramente Carolyn Bertozzi.
Nata a Boston nel 1966, è la prima donna a ricevere il Premio Lemelson-MIT. Diventata capo della rivista scientifica ACS Central Science, è membro dell’Accademia nazionale delle scienze. Nel 2022 ha ricevuto il Premio Wolf per la Chimica. Unica donna ad aver vinto un Nobel scientifico quest’anno, attualmente è docente dell’Università di Stanford; Ha origini Italiane, è appassionata di musica rock e ha giocato a calcio.
E’ dichiaratamente omosessuale, ha una moglie e tre figli. Il suo obiettivo, oltre alla ricerca scientifica, è quello di essere un modello come scienziata per tutte le donne queer che hanno paura ad affrontare il mondo delle STEM, le discipline scientifico-tecnologiche (STEM sta per Science, Technology, Education, Mathematics).
*Biochimico, direttrice del Laboratorio Rischio Agenti Chimici dell’INAIL
Fonte foto: www.kva.se
Formidabile! I miei complimenti più sentiti.
Purtroppo in chimica sono dichiaratamente una zappa, ma sono riuscito a capirlo anch’io.