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11 Lug 2023

La sinfonia delle proteine: che suono fanno le molecole?

Pietro Madreperla e Francesco Scagliola

Pietro Madreperla e Francesco Scagliola
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Ascoltare i dati

In natura tutto vibra. E tutto ciò che vibra può produrre un suono. Noi possiamo ascoltare queste vibrazioni, anche quelle lontane dall’intervallo di frequenza percepito dall’orecchio umano, ma, perché questo sia possibile, bisogna prima “sonificarle”: renderle, cioè, suono.

La sonificazione è un processo basato su un algoritmo che trasforma un insieme di dati in suoni udibili.

Possiamo spingerci fino ad ascoltare le molecole mentre vibrano. Le molecole, infatti, sono costituite da atomi collegati fra loro da legami chimici che li mantengono a una certa distanza l’uno dall’altro, lasciando che vibrino intorno alla loro posizione. Queste vibrazioni possono essere trasformate in suoni.

 

Ogni proteina ha il suo suono

Fra tutte le molecole, prendiamo come esempio le proteine. Queste svolgono molteplici ruoli, indispensabili sia per la struttura sia per il corretto funzionamento degli organismi viventi e, nonostante differiscano per dimensioni e funzioni, sono tutte composte da venti amminoacidi.

Possiamo immaginare gli amminoacidi come delle costruzioni, che si uniscono attraverso dei legami, detti peptidici, per formare la lunga catena della proteina. Gli atomi di queste unità, per natura, vibrano a frequenze diverse per ogni amminoacido. Queste frequenze possono essere trasformate in suoni grazie alla sonificazione.

 

Due studi sulle proteine

Markus J. Buehler e il suo team presso il Massachusetts Institute of Technology hanno elaborato un metodo per associare a ciascuno dei venti amminoacidi una frequenza udibile.

Partendo dall’osservazione che ogni amminoacido ha vibrazioni proprie in un intervallo di frequenze compreso fra 0 e 25 000 Hz, hanno messo a punto un algoritmo per rendere le frequenze udibili e di durata di qualche millisecondo. I risultati ottenuti rispecchiano fedelmente le caratteristiche biochimiche delle proteine.

A completare il metodo proposto da Buehler, uno degli autori di questo articolo, Pietro Madreperla, nel suo lavoro di tesi non ha solo sonificato la struttura primaria di specifiche proteine, ma la ha tradotta in una vera e propria partitura con durate e attacchi.

Le altezze delle note estratte, le durate e le distanze tra le note sono state associate a proprietà specifiche della sequenza di amminoacidi di ciascuna proteina sonificata.

 

La musica: un nuovo strumento di studio?

Questa affascinante unione tra musica e scienza ci permette di esplorare il mondo molecolare delle proteine in modo innovativo. La sonificazione offre una prospettiva unica per comprendere meglio la loro struttura e le interazioni all’interno dei processi biologici. Pertanto, potrebbe aprire nuove strade per l’applicazione della musica come strumento di studio e divulgazione scientifica, consentendo a chiunque di apprezzare la bellezza e la complessità del mondo invisibile delle molecole.

Che sia la sinfonia delle proteine a rivelarci i misteri dell’universo microscopico? Sembra che il suono possa davvero svelarci informazioni nascoste e connessioni profonde nel regno delle molecole e delle strutture biologiche.

 

Ascolta alcuni esempi di proteine sonorizzate

Non resta che sintonizzarsi su questa melodia scientifica e lasciarsi trasportare dal ritmo della scoperta con alcuni esempi.

Il collagene tipo 1 è una proteina fibrosa con funzioni strutturali. È una componente essenziale di diversi tessuti umani tra cui la pelle, la parete dei vasi sanguigni, la cornea dell’occhio e le ossa.

La proteina 2JBL trasforma la luce del Sole in energia che consente alle piante e ai batteri di crescere. È una proteina molto colorata con sfumature fra il blu e il rosso. È la bellezza efficace.

La proteina SBDS è coinvolta nella biogenesi e nell’assemblaggio di ribosomi. La sindrome di Shwachman-Diamond (SDS) è una malattia genetica rara: si verifica quando ci sono una o più mutazioni nel gene SBDS, che portano alla produzione di una versione anomala o insufficiente di questa proteina.

Pietro Madreperla e Francesco Scagliola
Pietro Madreperla e Francesco Scagliola
Pietro Madreperla È studente di Musica Elettronica di secondo livello al conservatorio di Bari Nicolò Piccinni e diplomato in Musica Elettronica (primo livello). Cantautore, è membro del Locomotive Jazz Festival nella sezione Locomotive Giovani. Francesco Scagliola Compositore, è diplomato in Pianoforte, Composizione e Musica Elettronica. È specializzato in Composizione (Accademia Nazionale di Santa Cecilia) e in Informatica Musicale (Tempo Reale), è titolare di Composizione Musicale Elettroacustica presso il “N. Piccinni” di Bari dal 2002. Fondatore di Sin[x]Thésis, ha suonato assieme a, tra gli altri, Quartetto Arditti, L. Bacalov, A. Corghi, S. Reich, Swingle.
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