L’intima relazione tra struttura e funzione

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Perché la ruota è circolare? Non poteva avere un’altra forma? I Sumeri, dopo aver ammaestrato i primi grandi animali da soma, avevano constatato che il cerchio era perfetto per la costruzione di carri adibiti al trasporto di oggetti e vivande. Già nel V millennio a.C. la struttura di uno strumento dipendeva quindi dalla funzione che esso doveva assumere. Questa interdipendenza tra i due attributi di un oggetto si è poi estesa a vari ambiti disciplinari come la scienza dei materiali (ad esempio, perché l’asfalto autostradale dovrebbe essere scabro?), la fisica medica (perché si usano bobine circolari per le apparecchiature della risonanza magnetica?) fino alla chimica e alla biologia pura.

Dispositivo per la risonanza magnetica (MRI). Le bobine di materiale conduttore servono per generare dei campi magnetici uniformi.

In realtà, struttura e funzione sono delle caratteristiche strettamente correlate anche in altri ambiti di studio particolari come l’edilizia. Come vedremo, ci sono state due importanti esperienze proprio in ambito biologico e architettonico che ci permettono di evidenziare l’intima relazione che intercorre tra la conformazione e le funzionalità di uno strumento.

 

 

Il dogma di Anfinsen: la conformazione tridimensionale proteica

Nel 1972 il biochimico Christian Anfinsen ricevette il Premio Nobel per la chimica grazie ad un esperimento fondamentale che ha permesso di dimostrare quanto aspetti distinti di una molecola come la struttura e la funzionalità siano strettamente correlate. Il dogma di Anfinsen, basato su ripetute evidenze sperimentali, afferma che la conformazione tridimensionale di una proteina globulare è esclusivamente determinata dalla sequenza amminoacidica della proteina stessa.

Il Premio Nobel per la Chimica Christian Anfinsen.

All’epoca dei suoi studi, lo scienziato stava analizzando le caratteristiche delle ribonucleasi, enzimi proteici in grado di catalizzare la scissione dei legami fosfodiesterici di filamenti single-stranded di RNA.
I ponti disolfuro all’interno delle anse polipeptidiche sono generati dai residui laterali di cisteina e possono essere facilmente idrolizzati utilizzando 2-mercaptoetanolo. Al giorno d’oggi questa sostanza è utilizzata nella maggior parte dei processi denaturanti delle proteine a tal punto da essere presente in protocolli sperimentali come la SDS-PAGE (particolare modalità di elettroforesi polipeptidica). Trattando nello specifico le ribonucleasi A con 2-mercaptoetanolo e urea, diammide dell’acido carbonico capace di competere con i gruppi laterali degli amminoacidi per la formazione di legami non covalenti (e dotata di un ingombro sterico non indifferente), l’enzima in questione perdeva quasi totalmente la sua conformazione tridimensionale di partenza. Inserendo tale proteina denaturata in un contesto laboratoriale ricco di filamenti ribonucleotidici, Anfinsen notò che l’enzima aveva perso anche tutte le sue funzionalità. Estraendo gradualmente le sostanze denaturanti dalla soluzione, la proteina riassumeva la sua forma di partenza e, corrispondentemente, anche le sue proprietà specifiche catalitiche.

L’aggiunta di sostanze denaturanti altera la conformazione della proteina riducendone sensibilmente anche le funzionalità.

Il dogma di Anfinsen ha permesso di convalidare anche la regola “un gene, un polipeptide”. Infatti, l’informazione biologica contenuta nel DNA viene prima trascritta in mRNA e successivamente, mediante il processo di traduzione mediato da complessi come il ribosoma e vari amminoacil-tRNA, in sequenze amminoacidiche. Queste ultime, man mano che emergono dal sito ribosomiale, tendono ad assumere una particolare conformazione tridimensionale (aiutate anche da molecole proteiche come gli chaperoni molecolari) che dipende essenzialmente dalla sequenza specifica dagli amminoacidi. L’esperimento di Anfinsen ci permette di concludere che la configurazione della proteina nello spazio ne determina anche le sue attività biologiche per cui la funzione di una proteina è scritta nel DNA.

Le Corbusier e l’architettura razionalista

La stretta correlazione tra struttura e funzione non si limita soltanto all’ambito chimico e biologico. Un concetto del tutto analogo trovò largo consenso tra gli architetti del XX secolo, specialmente coloro che provenivano dall’esperienza tedesca del Bauhaus (come Walter Gropius) e da famosi studi internazionali (come Frank Lloyd Wright e Le Corbusier).
La sede di Dessau, costruita per ospitare il Bauhaus, vero e proprio laboratorio di idee dove si formarono migliaia di architetti ed ingegneri provenienti da tutto il mondo, aveva già il presupposto fondamentale dell’architettura razionalista esposto poi negli scritti teorici di Gropius: ci deve essere un’identificazione tra la struttura di uno spazio architettonico e la sua funzione.

Fotografia di Le Corbusier.

Fu così che i laboratori godevano adesso di ampie vetrate per illuminare gli interni e che le aule di studio disponevano di lunghe finestre a nastro. L’introduzione di nuovi materiali per la costruzione aveva reso indipendente la progettazione degli spazi interni dai pilastri portanti della struttura garantendo all’ingegnere la massima versatilità per lo sfruttamento dell’intero edificio.A partire da questo esordio tedesco, si svilupperà il pensiero critico di Le Corbusier il quale penserà alla casa come ad una machine à habiter, ossia ad uno spazio che, seppur debba lasciare un minimo di spazio all’estetica e al buon gusto, deve adattarsi flessibilmente alla sua funzione. A tal proposito, nel corso del primo Congresso Internazionale di Architettura Moderna, Le Corbusier propose cinque punti che giudicava essenziali affinché la struttura di un ambiente si compenetri perfettamente con il suo scopo:

  • I pilotis, sostegni molto esili di natura prevalentemente circolare adibiti al mantenimento dei solai in cemento armato. Questi elementi architettonici permettevano di “staccare” l’edificio dal terreno dando l’impressione di fluttuare nell’aria;
  • Il tetto-giardino, ambiente verde costruito sulla parte più alta della struttura. Le Corbusier riteneva necessario, come esporrà poi Wright, che il complesso architettonico avesse rispetto e si insinuasse con semplicità nella natura circostante. Da qui l’idea di costruire un giardino non soltanto nei dintorni della casa, ma anche nel palazzo stesso, con il superamento del tipico tetto a spiovente.
  •  La pianta libera, metodo di progettazione degli ambienti interni già adottato nella costruzione della sede di Dessau del Bauhaus. La costruzione di uno scheletro di cemento armato, oltre ai muri e ai pilastri portanti, garantisce all’ingegnere o all’architetto di avere piena libertà nella disposizione delle pareti divisorie.
  • La finestra a nastrolunga vetrata orizzontale che scorre per tutta la lunghezza della parete laterale sostenuta dal cemento armato della pianta libera. Permette di regolare l’illuminazione di un ambiente in relazione alla sua funzione.
  • La facciata liberalibero uso e disposizione degli elementi architettonici esterni di un edificio. Con l’introduzione del cemento armato la façade può spingersi anche più all’esterno dei semplici muri portanti. Ciò garantisce l’impiego di nuovi materiali come il vetro e l’acciaio come accade appunto nella sede del Bauhaus dove, mediante l’escamotage della facciata libera, si crea l’angolo a vetro.

 

 

 

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