La sera dopo cena lavo i piatti. Prendo una padella unta, aggiungo acqua e subito vedo galleggiare piccole gocce di olio. Aggiungo un poco di sapone e d’improvviso quelle bolle scompaiono.

Acqua e olio, si sa, non si sciolgono l’uno nell’altra per quanto noi possiamo cambiare le proporzioni o mescolare. Il motivo risiede nella struttura delle loro molecole.

Ogni cosa, dall’aria che respiriamo al computer su cui sto scrivendo, è fatta di atomi legati tra loro in vari modi. Quelli dell’acqua, degli oli e di moltissime altre sostanze sono uniti da un “legame covalente”, ovvero condividono i loro elettroni, che cominciano a stare un po’ su uno e un po’ sull’altro atomo, ed essi sono quindi costretti a rimanere vicini. Gli atomi così legati possono comportarsi da buoni amici e condividere gli elettroni e la loro carica negativa in maniera equa, oppure uno di loro può essere molto più forte dell’altro e tenerseli per più tempo. In quest’ultimo caso la molecola nel suo insieme è “polare”, ovvero ha una parte un po’ negativa e una un po’ positiva e si comporta in modo simile a un piccolo magnete.

Quando ce ne sono tanti si girano in modo da tenere cariche opposte vicine e vengono quindi attirate da questa forza elettrostatica. L’acqua è polare, mentre i lipidi, ovvero i grassi, non lo sono, quindi le molecole d’acqua sono attratte tra di loro ma non da quelle d’olio. Questa diversità spiega il loro comportamento: il simile scioglie il simile e acqua ed olio sono troppo diversi per stare assieme. Al contrario, ad esempio, l’etanolo, ovvero l’alcool delle nostre bevande, è polare e quindi noi possiamo produrre la birra o il vino, che sono composti in buona parte d’acqua.

I saponi sono lunghe molecole composte da due parti con proprietà diverse, una piccola “testa” solubile in acqua (idrofila) e una lunga “coda”solubile nei grassi (lipofila). Quando queste molecole si trovano in un ambiente dove c’è poco olio in acqua formano una sorta di strato protettivo tra le due sostanze: si dispongono tutte attorno a una minuscola gocciolina di grasso in modo che la parte lipofila sia all’interno e quella idrofila all’esterno. In questo modo l’unto si disperde nell’acqua e noi possiamo sciacquare le nostre padelle senza che rimanga sulle pareti.

Anche i sali biliari prodotti dal fegato funzionano in questo modo: dividono in goccioline i grassi che noi mangiamo e li portano nell’ambiente acquoso del sangue, da cui possono arrivare dove c’è bisogno di energia.

Il tipo di goccioline formate in questo modo si chiama “micella”, un termine utilizzato anche in cosmetica per indicare quelle soluzioni che hanno materiale oleoso disperso in un liquido polare con l’utilizzo di molecole con le stesse proprietà dei saponi. Ad esempio gli struccanti hanno bisogno di sciogliere sia i trucchi a base unta che quelli acquosi e la formulazione micellare è un’alternativa ai prodotti bifasici che vengono agitati sul momento.

L’importanza di questo tipo di molecole non finisce di certo qua. Ogni organismo vivente è formato da cellule, che possono variare di molto in forma e dimensione, ma tutte hanno bisogno di qualcosa che le racchiuda, che divida l’interno dall’esterno, insomma, che delimiti il loro “corpo”. Dal batterio più piccolo al neurone questa funzione è svolta dalla membrana cellulare, formata da due strati di molecole dalla struttura simile a quella dei saponi.

In particolare le cellule sono racchiuse da “fosfolipidi”, molecole di grasso (lipidi) in cui una parte è stata sostituita da un gruppo fosfato, estremamente polare. I fosfolipidi si dispongono in un doppio strato, in cui le molecole espongono le loro teste idrofile agli ambienti acquosi dell’interno e dell’esterno della cellula, mentre le code rimangono tutte vicine tra di loro.

Le molecole polari non hanno affinità con le code lipofile e quindi non riescono ad attraversare la membrana, se non utilizzando canali appositi. In questo modo la cellula può controllare cosa entra e cosa esce e mantenersi nelle condizioni ideali per la propria sopravvivenza.

La struttura del doppio strato è un vero capolavoro di ingegneria. È molto stabile nel suo insieme, ma allo stesso tempo la mobilità delle singole molecole la rende flessibile, mobile e soprattutto versatile. Molecole esposte sulla sua superficie permettono la comunicazione tra cellule: vi si trovano recettori per gli ormoni e giunzioni con le membrane adiacenti, ma anche complessi proteici capaci di venir riconosciuti dal sistema immunitario e di segnalare ai globuli bianchi la presenza di una malattia. Anche la generazione e la propagazione degli impulsi elettrici nei neuroni avvengono solo grazie a canali contenuti nella membrana cellulare.

L’impulso nervoso, infatti, si propaga grazie al movimento di cariche elettriche che, nel caso dei neuroni, sono costituite da ioni sodio e potassio. Quando arriva l’impulso i canali di membrana specifici per il passaggio di questi ioni si aprono e lasciano passare queste particelle cariche, creando una differenza di potenziale elettrico che a sua volta apre altri canali adiacenti e così via fino a che il segnale non ha raggiunto la propria destinazione.

La sua capacità di non rompersi anche cambiando radicalmente forma fa sì che le cellule possano inglobare corpi anche di grandi dimensioni per digerirli: la membrana riesce a formare una piega profonda attorno a ciò che vuole fagocitare, per poi stringersi attorno all’apertura di questa sacca fino a chiudersi e a formare una sferetta che si stacca verso l’interno della cellula.

È questo il meccanismo con cui i globuli bianchi fagociti riescono a catturare i batteri e altri organismi che ci minacciano, per poi approfittare della protezione di quella stessa membrana per liberare all’interno della sacca enzimi distruttivi che digeriscono gli agenti patogeni. Al contrario quando la cellula ha bisogno di secernere verso l’esterno sostanze vi crea attorno proprio una di quelle sferette fosfolipidiche, che poi viaggia verso la membrana cellulare, a cui si unisce, liberando il proprio contenuto nell’ambiente.

Le membrane cellulari a volte ci forniscono addirittura indizi su avvenimenti accaduti miliardi di anni fa. Le centrali energetiche delle nostre cellule, ovvero i mitocondri, possiedono infatti due membrane attorno a loro. Questo e la presenza di un piccolo corredo genetico al loro interno ha fatto ipotizzare che un tempo quegli organelli fossero batteri liberi e indipendenti e che siano stati inglobati per la prima volta milioni di anni fa da una cellula incapace di produrre energia da sola.

L’organismo straordinario nato da questa fusione è l’antenato che abbiamo in comune noi animali con funghi e piante, ma anche con milioni di organismi unicellulari, tutti classificati sotto il grande dominio degli Eucarioti.

È quindi la semplice proprietà chimica di una molecola infinitamente piccola, replicata per miliardi di volte, che ha permesso alle prime cellule di avere un corpo capace di evolversi fino a sostenere la coscienza umana.

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