Anno Internazionale della Cristallografia, IYCr2014

a cura di Alessia Bacchi*, alessia.bacchi@unipr.it coordinatrice delle attività IYCr2014 per l’Italia

Nei giorni 21 e 22 gennaio si inaugura a Parigi, nel Palazzo dell’UNESCO, l’Anno Internazionale della Cristallografia, IYCr2014.

Qui ci sono le informazioni sulla cerimonia, a cui è ancora possibile registrarsi gratuitamente.

In tutto il mondo ci saranno celebrazioni e manifestazioni, e in Italia sono già in programma eventi nazionali e locali, e iniziative didattiche e divulgative tra cui la pubblicazione di un libro gratuito per studenti e insegnanti, e la compilazione di una lista dei luoghi cristallografici italiani, che diventerà una app per smartphones. Questo è il sito italiano che raccoglie eventi e materiale, a cura dell’Associazione Italiana di Cristallografia.

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«La nostra attuale comprensione e concezione della natura della materia nel mondo in cui viviamo è fortemente basata sulle conoscenze apportate dalla cristallografia». Con questa motivazione l’Assemblea Generale delle Nazioni Unite ha adottato la risoluzione di dichiarare il 2014 come Anno Internazionale della Cristallografia, a 100 anni dal conferimento del premio Nobel per la Fisica a Max Von Laue per la scoperta della diffrazione dei raggi X da parte dei cristalli nel 1914 e a padre e figlio W. Henry Bragg e W. Lawrence Bragg nel 1915 per la determinazione della struttura cristallina di NaCl.

Qui c’è un video divulgativo.

A queste due fondamentali pietre miliari della storia della scienza moderna seguirono una catena di brillanti esperimenti e geniali intuizioni che aprirono la strada alla possibilità di comprendere le proprietà delle sostanze attraverso la visualizzazione della struttura tridimensionale delle molecole. Qui si trova la linea del tempo della cristallografia. Il 21 aprile 1912 Max Von Laue e due suoi giovani assistenti illuminarono con raggi X un cristallo di blenda, un minerale costituito da solfuro di zinco, e scoprirono che i raggi venivano sparpagliati in una costellazione di macchie scure su una lastra fotografica: il cristallo deviava i raggi X in fasci con direzioni precise. Qualche mese più tardi William Lawrence Bragg, usando uno strumento costruito dal padre William Henry, professore di fisica a Leeds, replicò l’esperimento usando cristalli di cloruro di sodio e formulò un’interpretazione che avrebbe segnato la nascita della cristallografia moderna e della chimica contemporanea. Grazie alla sua teoria innovativa, a soli 23 anni, William Lawrence scoprì la struttura della disposizione degli atomi in un cristallo di cloruro di sodio. Fino ad allora nessuno conosceva la struttura intima della materia: la scoperta portò William Lawrence a conseguire il Premio Nobel per la Fisica nel 1915, assieme a suo padre. A quel tempo William Lawrence aveva 25 anni, il più giovane vincitore del Premio Nobel della storia. Negli anni successivi la comunità scientifica si gettò con entusiasmo a sperimentare la nuova tecnica, rivelando la struttura atomica di sostanze di grandissimo interesse: i Bragg mostrarono che il diamante è costituito da atomi di carbonio legati in una solidissima rete tetraedrica che conferisce al materiale le proprietà per cui è noto. Nel 1929 Kathleen Lonsdale rivelò che i derivati del benzene sono planari, mettendo fine al mistero sul tipo di legame presente negli idrocarburi aromatici.

 

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Modello tridimensionale della densità elettronica della penicillina, Dorothy Hodgkin.

Nel 1945 Dorothy Hodgkin svelò la struttura molecolare della penicillina, permettendo lo sviluppo della prima famiglia di antibiotici, e più tardi determinò la struttura della vitamina B12, dell’insulina, della ferritina e del virus del mosaico del tabacco, gettando le basi della moderna scienza farmaceutica, e meritando il Premio Nobel per la Chimica nel 1964.

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Cristalli di Vitamina B12

Nel 1953 Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins condussero esperimenti che portarono alla determinazione della struttura a doppia elica del DNA, e per tale scoperta Watson, Crick e Wilkins ottennero il Premio Nobel per la Medicina nel 1962. Con un lavoro impressionante durato decenni Max Perutz e John Kendrew nel 1959 determinarono la struttura della mioglobina e dell’emoglobina, le proteine che permettono di trasportare l’ossigeno nel sangue, chiarendo le basi molecolari della respirazione; Perutz e Kendrew furono insigniti del Premio Nobel per la Chimica nel 1962.

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Max Perutz, modello dell’emoglobina

L’epopea trionfale della cristallografia proseguì con vette segnate da 28 Premi Nobel fino a rivelare il meccanismo di funzionamento dei ribosomi, i macchinari molecolari sedi della trascrizione del codice genetico nella sintesi proteica, la cui struttura è stata scoperta da Ada Yonath, Thomas Arthur Steitz e a Venkatraman Ramakrishnan grazie a un colossale lavoro durato anni che ha fruttato loro il Premio Nobel per la Chimica nel 2009.

crista5La cristallografia ha portato la visione molecolare nella scienza, ha popolato di immagini e strutture la chimica moderna, la biologia molecolare, le scienze farmaceutiche, la fisica dello stato solido. Grazie alla cristallografia moderna in questi 100 anni l’immaginario scientifico si è arricchito di splendide architetture molecolari, di meravigliose simmetrie, e il concetto di relazione tra forma e funzione si è esteso dal mondo macroscopico delle macchine meccaniche e degli organismi biologici al microscopico mondo delle macchine molecolari, dove dettagli grandi quanto un decimiliardesimo di metro determinano con precisione inesorabile le proprietà di un materiale per l’elettronica, l’efficacia di un farmaco, la funzione di un enzima.

It is structure that we look for whenever we try to understand anything. All science is built upon this search; we investigate how the cell is built of reticular material, cytoplasm, chromosomes; how crystals aggregate; how atoms are fastened together; how electrons constitute a chemical bond between atoms. We like to understand, and to explain, observed facts in terms of structure. A chemist who understands why a diamond has certain properties, or why nylon or hemoglobin have other properties, because of the different ways their atoms are arranged, may ask questions that a geologist would not think of formulating, unless he had been similarly trained in this way of thinking about the world”

Linus Pauling, ‘The Place of Chemistry in the Integration of the Sciences’, Main Currents in Modern Thought (1950), 7, 110.

* http://blogs.rsc.org/ce/2012/03/12/interview-with-alessia-bacchi/

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