Ci ostiniamo ad applicare la relazione arbitraria che facciamo tra l’azione e il tempo necessario per svolgerla anche alle nostre cellule, che però seguono tempi diversi.
Come la stanza dello Spirito e del Tempo in Dragon Ball che permetteva una crescita incredibile in pochissimo tempo, così le nostre cellule si relazionano a tempi e spazi diversi, talvolta inconcepibili all’uomo, ma questo articolo ve ne darà un’idea.
Stanza dello Spirito e del Tempo
Per chi non ha mai guardato Dragon Ball, la stanza dello Spirito e del Tempo è una stanza in un cui il tempo passa molto più lentamente, infatti un anno passato in quella stanza equivale a un solo giorno passato al di fuori, quindi il tempo passa 365,24 volte più veloce nella Stanza dello Spirito e del Tempo rispetto al mondo reale, ed è stata per questo utilizzata dai protagonisti per migliorare il loro livello di combattimento quando si sono trovati a fronteggiare degli avversari più potenti. Immaginiamo adesso che noi ci troviamo a vivere la nostra vita all’interno della stanza dello spirito e del tempo e che gli amici che ci aspettano fuori siano le nostre cellule. Per loro il tempo passa più velocemente, anche se questa frase è sbagliata è necessaria per introdurre il concetto. La percezione che abbiamo del tempo necessario per compiere un’azione come muoversi, interagire, cambiare forma, inviare segnali ed altro non può essere applicata ai processi che avvengono nelle nostre cellule. Basti pensare al fatto che per studiare una trasduzione del segnare di un ormone servono giorni interi, e pensare che non li conosciamo ancora tutti e nemmeno nei singoli dettagli. Tutto ciò avviene nelle nostre cellule invece con grandissima rapidità, e la maggior parte delle volte questo tempo non è neppure misurabile, ed è anche per questo che si fa riferimento alle concentrazioni di una determinata specie prima e dopo una reazione per capire quando essa sia avvenuta e con che velocità, ovviamente tenendo in considerazione i dovuti fattori di cui però non parleremo, faremo invece degli esempi per capire il concetto.
Esempi
Partiamo con una operazione che compiamo da quando nasciamo a quando moriamo, respirare. Quando inaliamo dell’ossigeno quest’ultimo si lega ad una proteina chiamata emoglobina, particolarmente presente nei globuli rossi, e quindi nel sangue, poiché deve trasportare l’ossigeno ai diversi tessuti. Per fare ciò questa proteina (l’emoglobina) deve sia possedere la capacità di legare l’ossigeno al momento giusto sia di rilasciare ossigeno al momento giusto. Tengo molto a sottolineare questa frase proprio per evidenziare quanto il tempismo sia essenziale nei processi biologici. La possibilità di rilasciare o di legare l’ossigeno è influenzata da diversi fattori, come la conformazione in cui si trova l’emoglobina, il pH dell’ambiente e ovviamente dalla concentrazione di ossigeno. A livello alveolare l’ossigeno è molto concentrato poiché appena entrato nei polmoni, questo influenza la conformazione dell’emoglobina che passa ad uno stato più affine per legare l’ossigeno, inducendo praticamente il suo legame. L’emoglobina lo lega, attraversa il flusso sanguigno e arriva ai tessuti in cui la concentrazione di ossigeno è minore, il pH più acido e la maggiore presenza di CO2 a livello dei tessuti, grazie al suo comportamento acido in acqua, rilascia protoni che si legano all’emoglobina favorendo una forma che lega con minore affinità l’ossigeno, in questo modo l’emoglobina rilascia l’ossigeno, necessario ai tessuti per i vari processi. Adesso pensate quante volte avete respirato mentre avete letto questi pochi righi, e quindi quante volte tutto questo è successo nel vostro corpo. Passiamo ad un altro esempio. La contrazione muscolare. Mentre scrivo questo articolo ciò che sta succedendo è che un impulso nervoso (che viaggia a circa 120 metri al secondo) invia un segnale che giunge alla cellula muscolare, dove viene rilasciato un neurotrasmettitore (solitamente l’acetilcolina) che lega alcuni canali del sodio causandone l’apertura e producendo una depolarizzazione che produce a sua volta un potenziale d’azione che causa l’apertura dei canali per gli ioni calcio, necessario per il funzionamento della contrazione muscolare in sé, in cui i filamenti di actina e miosina, tramite un altro dettagliato processo, producono l’accorciamento del sarcomero e il movimento coordinato di molti sarcomeri in una fibra muscolare produce la contrazione muscolare. Ogni ciclo del genere produce 3-4 piconewton di forza e i filamenti sottili si spostano di 5-10 nm rispetto a quelli spessi.
I tempi delle nostre proteine
Entrando in un modo ancora più piccolo possiamo parla della sintesi e il ripiegamento delle proteine. Il primo livello di organizzazione di una proteina è la sequenza di amminoacidi di cui è composta, sequenza prodotta a partire da una trascrizione e da una traduzione, a loro volta processi molto complessi. Per esempio cellule del batterio Escherichia coli possono completare la sintesi di una molecola proteica costituita da 100 residui amminoacidici in circa 5 secondi (a 37 gradi), vuol dire che in 5 secondi la cellula trasforma quella porzione di DNA in RNA (trascrizione) , l’RNA tramite i ribosomi produce una sequenza di 100 amminoacidi legati tra loro (traduzione) e questi amminoacidi si organizzano nel produrre una proteina funzionale (folding). Ovviamente più analizziamo nel dettaglio questi processi più lo stupore nei confronti della relazione azione-tempo è grande. Poniamo l’attenzione sull’ultimo processo, il folding. Quando un polipeptide è sintetizzato dai ribosomi deve assumere una conformazione stabile e attiva, ma come? e quanto tempo impiega per raggiungerla? Ipotizzando che ciascun residuo amminoacidico possa assumere in media 10 differenti conformazioni, il che porta già a 10^100 conformazioni possibili. Ipotizziamo inoltre che essa si ripieghi in modo casuale, provando a tentativi ogni conformazione possibile fino a raggiungere quella stabile e che ogni “prova” impieghi il più breve tempo possibile (10^-13 secondi, il tempo necessario per una singola vibrazione molecolare), in questo caso sarebbero necessari almeno 10^77 anni. E’ chiaro quindi che il ripiegamento(folding) delle proteina non è un processo “a tentativi” ma sottostà ad un’organizzazione gerarchica di interazioni e delle volte l’avvolgimento avviene con l’aiuto di altre proteine chiamate chaperonine. Immaginate quando il vostro corpo necessita di una determinata proteina che deve essere sintetizzata al momento, deve produrre un messaggio che arriva alle cellule a cui comunica questa necessità, tramite una catena di messaggi all’interno della cellula quest’ultima svolge il DNA che presenta il “codice” di quella proteina per poter essere trascritto e tradotto, la proteina prodotta adesso deve ripiegarsi nel modo giusto magari con l’aiuto di altre proteine. Per noi tutto ciò è accaduto in meno di qualche secondo, mentre le nostre cellule hanno compiuto un lavoro ingegneristico inimmaginabile.
