4.1. Macchine molecolari per fare le molecole

Uno dei compiti principali delle macchine molecolari naturali è la produzione di altre molecole. Gli esempi più importanti di questo tipo di nanomacchine sono le DNA polimerasi, che si occupano della replicazione delle molecole di DNA, e i ribosomi, nei quali vengono fabbricate le proteine (Goodsell 2009)¹. Nel 2013 David Leigh e i suoi collaboratori all’Università di Manchester, nel Regno Unito, sono riusciti a costruire una macchina molecolare capace di sintetizzare una catena di tre amminoacidi (tripeptide), secondo una sequenza prestabilita e programmata nella macchina stessa (Lewandowski 2013)². Nonostante il sistema sia molto sofisticato e sfrutti una complessa serie di reazioni chimiche, è possibile, tralasciando i dettagli, spiegarne il funzionamento in maniera piuttosto semplice come schematizzato nella Fig. 27.

**Fig. 27.** Una macchina molecolare artificiale capace di costruire una catena di amminoacidi. **(a)** Formula di struttura semplificata del rotassano 8 e **(b)** rappresentazione schematica della sintesi di un tripeptide a partire dalla sequenza di tre amminoacidi situati lungo il filamento molecolare.

Il rotassano 8 (Fig. 27a) è composto da un anello molecolare A, sul quale si trovano un sito catalitico (S) e un sito di aggancio (G) che possono reagire con un amminoacido, e da un componente filiforme rigido B, tappato (T) ad una estremità, lungo il quale si trovano tre diversi amminoacidi (X, Y e Z) in un ordine prestabilito. Poiché gli amminoacidi sono ingombranti, essi costituiscono dei “fermi” per il moto di traslazione dell’anello A lungo il filamento B. Inizialmente, dunque, l’anello A può spostarsi lungo il filamento per via del moto Browniano solamente fra il tappo T e l’amminoacido X (Fig. 27b). Quanto l’anello giunge nelle vicinanze di X, il sito S, rompendo e formando legami chimici, trasferisce l’amminoacido X dal componente B al sito di aggancio G dell’anello. Una volta rimosso X dal filamento, l’anello A, spostandosi lungo il filamento, può raggiungere l’amminoacido Y; quando ciò accade, si ripete il processo descritto in precedenza e l’amminoacido Y viene trasferito dal filamento all’anello. Successivamente, quando anche il terzo e ultimo amminoacido (Z) è stato trasferito con le stesse modalità, l’anello può separarsi dal filamento e il tripeptide sintetizzato dalla macchina molecolare può essere isolato (Fig. 27b).

Questo sistema è infinitamente più semplice e molto meno efficiente di un ribosoma. Bisogna però considerare che è mille volte più piccolo ed è completamente sintetico. Un giorno, forse, le industrie chimiche si serviranno di macchine molecolari per preparare farmaci o altre sostanze utili. Si può anche ipotizzare che nanomacchine capaci di preparare biomolecole direttamente all’interno dell’organismo potrebbero essere utilizzate per correggere disfunzioni di tipo biochimico, quali deficit di vitamine o proteine, evitando l’insorgere di malattie.