ASIMMETRIA MOLECOLARE E CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Post n. 28

Come abbiamo ampiamente esposto negli articoli riguardanti il problema dell’asimmetria molecolare, gli amminoacidi, costituenti le proteine, esistono sotto due forme, Destro e Levo, una l’immagine speculare dell’altro. Queste due forme molecolari hanno le stesse proprietà chimico-fisiche e quindi si presentano sempre insieme. Poiché sia la forma D che la forma L, in epoca prebiotica, erano sicuramente disciolte in acqua, il disordine molecolare avrebbe prodotto reazioni incrociate tra amminoacidi L e D e dato origine a proteine contenenti le due forme, ma di nessun interesse biologico. Ora la questione è che tutte le proteine, in tutti gli organismi viventi, sono costituite solo da amminoacidi della forma L. La vita è quindi asimmetrica, ma come è avvenuta tale scelta? Da oltre un secolo e mezzo la ricerca si è spesso orientata verso l’esistenza, nel mondo minerale, di un materiale asimmetrico che abbia coadiuvato tale scelta. Partendo dalla teoria di Bernal sul ruolo delle argille e del quarzo, osservazioni polarimetriche hanno messo in evidenza come la silice colloidale ruota il piano della luce polarizzata a sinistra. La silice colloidale potrebbe essere quindi quel minerale asimmetrico, da tanto tempo ricercato, che abbia favorito gli amminoacidi L. Abbiamo supposto che la deviazione della luce polarizzata della silice colloidale sia dovuta alla formazione di strutture elicoidali del tipo quarzo Levo. Ma se la silice colloidale in soluzione acquosa dà origine a strutture elicoidali, hanno la stessa probabilità di formarsi sia strutture Destro che strutture Levo.

Perché avrebbe prevalso la forma Levo?

Nell'articolo “Origine delle proteine: il problema dell’asimmetria molecolare (quinta parte)” avevamo avanzato l’ipotesi che il campo magnetico terrestre avesse giocato un suo ruolo fondamentale nell'asimmetria della silice colloidale. Infatti l’articolo concludeva: “In definitiva le unità strutturali tetraedriche della silice, legandosi per dare particelle colloidali, potrebbero orientarsi in qualsiasi direzione e un contributo, anche se piccolissimo, potrebbe darle una direzione preferenziale. Tale contributo potrebbe essere dato dall'effetto combinato tra il campo magnetico terrestre e i tre fattori sopra elencati: l’asimmetria dell’acqua, la formazione dei cluster e l’unità strutturale tetraedrica.

 È possibile quindi che questo effetto combinato imponga una direzione preferenziale e sia all'origine dell’asimmetria della silice colloidale».

Ma allora, eliminando il campo magnetico terrestre l’asimmetria della silice colloidale dovrebbe scomparire.

Il mio rapporto con la Magistri Cumacini, la scuola dove ho insegnato per quasi trent'anni, in realtà non si è interrotto. Un gruppo di insegnanti, ormai in pensione, collaboriamo al riordino e al funzionamento della biblioteca scolastica.

La domanda sul campo magnetico, in verità, non me la sono posta io, ma un caro collega di fisica, il professore Clemente Cattaneo. In realtà, come Clemente mi ha illustrato, il campo magnetico terrestre non si può eliminare completamente. Ad ogni modo abbiamo deciso di provare.

Non è mancata, come di consueto, la gentilezza e l’interesse dell’ing. Enrico Tedoldi, Dirigente Scolastico, che ci ha concesso l’autorizzazione.

Dopo aver misurato il campo magnetico presente in laboratorio, corrispondente a 0,16 Gauss, Clemente ha predisposto l'attrezzatura necessaria. Essa è costituita da un solenoide di 20 cm e 150 spire, percorso da una corrente continua di 17mA che genera un campo magnetico d'intensità pari a circa 0,16 Gauss. Disponendo la polarità del solenoide inversa al campo magnetico terrestre, abbiamo sicuramente ridotto se non annullato il campo della stessa. Purtroppo non abbiamo potuto valutare la variazione del campo prodotta dalle parti metalliche del polarimetro, ma essa è sicuramente trascurabile rispetto al campo generato dal solenoide. Abbiamo infatti constatato che una sensibile bussola non subiva rilevanti deviazioni all'interno del polarimetro che è stato costruito in alluminio, acciaio inossidabile e plastica.

Con polarità diretta il campo è stato, invece, aumentato.

Per l’esperimento sono stati utilizzati Na₂SiO₃ (Vetro solubile) in H₂O e CH₃CH₂OH (Alcool etilico), Agitatore magnetico, Polarimetro “Polax 2L”. Nel Polarimetro il sostegno metallico del tubo di prova è stato sostituito da un identico sostegno in legno.

Procedure e dati:

1) Procedura standard:

0,3g di Na₂SiO₃ in becher, aggiunti 38cc di H₂O su agitatore magnetico a 300 giri per 1 minuto.

Aggiunti 12cc di CH₃CH₂OH e si continua l’agitazione ancora per ½ minuto.

Si toglie il becher dall’agitatore e si lascia riposare 2 minuti.

Dopo riposo la soluzione si versa nel tubo polarimetrico, si chiude il tubo polarimetrico e si poggia sul sostegno all’interno del polarimetro; tempo richiesto 1 minuto.

Si lascia riposare la soluzione da 1 a 2 minuti all’interno del polarimetro e si esegue la misura.

2) Procedura con circuito per diminuire il campo magnetico:

Si esegue la procedura standard ma il circuito viene inserito all’esterno del tubo polarimetrico prima del riempimento.

Risultati.

Procedura 1)

Deviazione del piano della luce polarizzata: -0,20

Procedura 2)

Deviazione del piano della luce polarizzata: Prima prova: -0,15; Seconda prova: -0,20

Non sappiamo di quanto il circuito abbassi il campo magnetico terrestre. Si può comunque concludere, che non si è osservata nessuna diminuzione della deviazione della luce polarizzata che vada oltre il limite di sensibilità del polarimetro.

Ma se il campo magnetico contribuisce all'asimmetria della silice colloidale, aumentando il campo magnetico deve aumentare la deviazione della luce polarizzata.

Questa domanda in realtà se l’è posta ancora una volta Clemente.

Qui abbiamo giocato su dati certi: abbiamo sottoposto la soluzione a quattro volte il campo magnetico terrestre. Come spesso avviene nella ricerca, succede ciò che non ti aspetti: La deviazione della luce polarizzata non solo non è aumentata, ma è scomparsa. La silice colloidale ha perso la sua asimmetria.

1) Procedura standard: come sopra

2) Procedura standard + 4 volte il campo magnetico terrestre, inserendo il circuito all’esterno del tubo polarimetrico prima del riempimento.

Deviazione della luce polarizzata (le prove sono state condotte in modo alternato).

Procedura 1), Prima prova: -0,25, Seconda prova: -0,20, Terza prova: -0,20

Procedura 2), Prima prova: 0, Seconda prova: 0, Terza prova: 0

Per trarre conclusioni definitive bisognerebbe fare un certo numero di prove e costruire un grafico a diversi valori del campo magnetico. Io, però, non dispongo più di un laboratorio e non è corretto abusare della gentilezza altrui. Le prove sopra illustrate rimangono quindi indizio, un forte indizio sul ruolo giocato dal campo magnetico terrestre.

È possibile che senza la presenza di un campo magnetico non ci sia asimmetria della silice colloidale. La comparsa di un campo magnetico impone, attraverso i tetraedri di acqua orto, una leggera rotazione alle strutture silicee e quindi la comparsa dell’asimmetria della silice colloidale. È probabile allora che oltre un certo valore, il forte campo magnetico terrestre non produca una rotazione ma imponga un forte allineamento ai piccoli campi magnetici delle molecole dell’acqua orto distruggendo l’asimmetria della silice colloidale.

Accorgimenti

Per fare misure di precisione al polarimetro sono opportuni i seguenti accorgimenti.

Durante l’uso il polarimetro si scalda e dopo qualche ora passa da 20°C a 26°-27°C.

Al variare della temperatura del polarimetro varia anche lo zero del polarimetro. Lavorare a temperatura ambiente, accendendo e spegnendo il polarimetro, non lo mantiene a temperatura costante e quindi bisogna continuamente rincorrere lo zero-set. È preferibile accendere il polarimetro, attendere mediamente 2h, fino a quando la temperatura si stabilizza e quindi azzerare. Controllare ad ogni lettura la temperatura, l’oscillazione non deve essere maggiore di ± 0,2°C.

La capsula a vite ed il vetrino del tubo polarimetrico, devono essere sempre nella stessa posizione e ciò per evitare errori dovuti allo spessore del vetro o della guarnizione interna. Fare dei segni sul vetrino e sulla capsula e posizionarli sempre in corrispondenza.

Se durante la chiusura il vetrino non rimane attaccato alla guarnizione di gomma, mettere una gocciolina d’acqua sulla guarnizione e poggiare sopra il vetrino.

Azzerato il polarimetro a vuoto, se si inserisce il tubo polarimetrico con acqua si osservano valori diversi quando lo stesso viene ruotato. Incollare sul tubo polarimetrico un adesivo con quattro segni. Si osserva al polarimetro, si ruota nelle quattro posizioni e si sceglie la posizione che più si avvicina allo zero. Si azzera e si passa a misurare il campione utilizzando la posizione di riferimento.

                                                                                                      Clemente Cattaneo

                                                                                                      Giovanni Occhipinti 

Prossimo articolo fine ottobre. "Le proteine: queste fantastiche macchine molecolari"