Chimica for Lovers #2: Direzione di una Reazione

Nuovo episodio di Chimica for Lovers, la rubrica dedicata alle domande più interessanti postemi dai miei studenti, e quindi speculare a Chimica for Dummies, la rubrica dedicata invece ai loro interventi più demenziali e assurdi. Insomma, queste due rubriche sono un po' come i piatti di una bilancia che cercano di equilibrarsi, pendendo ora da una parte ora dall'altra... e questa immagine descrive bene anche l'argomento di questo post.

In una reazione irreversibile i reagenti (le specie che si stanno trasformando) divengono prodotti (le specie in cui si sono trasformate). In una reazione all'equilibrio i reagenti divengono prodotti, ma poi la reazione può tornare indietro, per cui i prodotti si ritrasformano nei reagenti, che a loro volta si ritrasformano nei prodotti... e così via, generando un ciclo chiuso. Secondo il principio di Le Châtelier-Braun si può intervenire sull'equilibrio per spostarlo a favore dei reagenti o dei prodotti giocando sui fattori che lo influenzano: il sistema però reagirà cercando di minimizzare il cambiamento che si cerca di apportare. Per esempio, aumentare la quantità dei reagenti sposta l’equilibrio verso i prodotti; viceversa aumentare quella dei prodotti, lo sposta verso i reagenti.

Una volta una studentessa mi aveva fatto a questo proposito una domanda che posso riassumere così: “Ma se io sto cercando di ottenere i prodotti, perché dovrei aggiungere dei prodotti? E poi da dove li prendo, se li sto producendo?”

All'equilibrio le reazioni procedono da reagenti a prodotti e viceversa; ma la direzione è arbitraria, cioè quali sono i reagenti e quali i prodotti è solo un formalismo, cioè siamo noi a decidere quale sia la direzione della reazione. Non è così semplice da capire, per cui le avevo poi fatto subito un esempio.

Gli amminoacidi che costituiscono le proteine possono dare luogo a una reazione che li trasforma in ammine, alcune delle quali sono tossiche. Per evitarlo, il nostro corpo attua una strategia chiamata "ciclo metabolico dell’urea". Per mezzo di enzimi chiamati transamminasi, che sono delle molecole con il compito di accelerare le reazioni all'interno del corpo, viene fatto in modo di togliere l’ammino-gruppo dagli amminoacidi e portarlo al fegato, dove viene fatto reagire col bicarbonato e trasformato in urea, che viene poi escreta nelle urine. In questo modo si è ottenuta una detossificazione degli amminoacidi, trasformandoli in chetoacidi.

E se invece ci fosse bisogno di avere degli amminoacidi? Allora l’ammino-gruppo viene preso dal fegato e trasportato, sempre dalle transamminasi, così da trasformare i chetoacidi nuovamente in amminoacidi.
In poche parole l'equilibrio chimico funziona esattamente come un'altalena basculante.

Ma che cos'è che fa in modo che si passi dagli amminoacidi all’urea oppure si vada in senso contrario? La necessità: se ci sono troppi amminoacidi, la reazione va verso l’urea; se c’è carenza di amminoacidi, si procede in senso opposto. Dipende solo dal rapporto tra le quantità delle specie: se aumenta la quantità dei reagenti (gli amminoacidi) l’equilibrio si sposta verso i prodotti; se diminuisce la quantità dei reagenti (ovvero in rapporto aumenta quella dei prodotti, cioè l'urea), allora l’equilibrio si sposta verso i reagenti.
Non tutte le reazioni però sono reversibili: se brucio della carta non posso tornare indietro e riformare dalle ceneri quella carta. Ma l'anidride carbonica prodotta si disperde in atmosfera e, se assorbita da una pianta, grazie alla fotosintesi clorofilliana, viene fissata e trasformata in glucosio; da tante molecole di glucosio legate l'una all'altra si ottiene poi la cellullosa, che dopo essere stata lavorata farà ottenere della nuova carta. Non tutte le reazioni sono reversibili, ma questo non vuol dire che il tutto non sia collegato attraverso altre vie e che la fine di qualcosa debba per forza rappresentare la fine e basta: ci possono sempre essere altre strade per ricominciare tutto daccapo, in un'altra forma, oppure nella stessa rigenerata.