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Aug 01, 2023

La chimica quantistica che avviene nei tuoi occhi protegge dalla perdita della vista: ScienceAlert

Every color, every flash, every sunray exacts a toll on the light-sensitive

Ogni colore, ogni lampo, ogni raggio solare esige un tributo sui tessuti sensibili alla luce nella parte posteriore dei nostri occhi, producendo materiali tossici che rischiano di danneggiare le stesse cellule che ci permettono di vedere.

Per fortuna, il pigmento responsabile dello scurimento dei nostri capelli, della nostra pelle e dei nostri occhi agisce come una squadra di pulizia, rimuovendo uno di questi composti pericolosi prima che si accumuli in grumi dannosi.

Uno studio condotto da ricercatori dell'Università di Tubinga in Germania e dell'Università di Yale ha rivelato che il processo di rimozione è alquanto insolito per quanto riguarda la biochimica, poiché si basa su uno strano comportamento di tipo quantistico.

Lungo la parete posteriore della superficie interna del nostro bulbo oculare c'è un tappeto a pelo lungo di cellule reattive alla luce chiamato retina. Ogni fibra di questo tappeto è piena di pile di dischi simili a frittelle contenenti una sostanza cruciale che cattura i fotoni della luce, avviando una catena di reazioni che si traduce in un impulso nervoso che il cervello interpreta come vista.

Il primo passo in questo processo di conversione è sorprendentemente pericoloso. La sostanza, chiamata retinale, si contorce in una forma che interferisce con le funzioni della cellula, diventando di fatto una tossina.

L'evoluzione ci ha preparato a questo inconveniente, fornendo enzimi che riportano la forma contorta della retina in una forma sicura e pratica. Inoltre, l'occhio ricicla costantemente le pile di dischi, smantellandoli da un'estremità e rimescolando nuove confezioni sensibili alla luce dall'altra.

Per quanto efficiente sia questo processo, è tutt'altro che perfetto. Nelle persone affette da una rara condizione chiamata malattia di Stargardt, un singolo enzima carente provoca un accumulo di prodotti tossici che portano a una perdita della visione chiara nell’area focale della retina.

Anche negli individui con un insieme funzionale di enzimi che svolgono il lavoro nel modo più efficiente possibile, una lacuna nel processo di degradazione rischia di creare grumi potenzialmente pericolosi chiamati lipofuscina.

Ancora una volta, l’evoluzione ha una risposta, apparentemente sotto forma del pigmento scuro melanina, che è stato osservato combinarsi con i granuli di lipofuscina nelle retine di individui più anziani.

"Sembra che la melanina sia la soluzione naturale a una serie di sfide biologiche", afferma Douglas E. Brash, radiologo terapeutico di Yale.

L'effetto della melanina può diminuire con l'avanzare dell'età. Nel corso del tempo, questi aggregati possono causare il deterioramento del tessuto, portando questa volta a una forma molto più comune di deterioramento della vista, la degenerazione maculare legata all’età (AMD).

Sebbene studi precedenti condotti da altri membri del gruppo di ricerca supportino il ruolo del pigmento nell'eliminazione della lipofuscina, il meccanismo dietro la degradazione è rimasto un mistero.

Un indizio potrebbe essere trovato nella ricerca che rivela che la lipofuscina si rompe in seguito all'introduzione di reagenti che producono forme altamente reattive di ossigeno chiamate radicali.

Di per sé, gli elettroni della melanina non sono in uno stato energetico sufficientemente elevato per svolgere tale compito, essendo bloccati dalle leggi della fisica quantistica che li mantengono relativamente radicati.

Ma c’è una scappatoia piuttosto curiosa. Chiamata chemeeccitazione, comporta la stampa quantistica di materiali aggiuntivi che si combinano in modo da potenziare gli elettroni oltre i livelli che normalmente verrebbero prevenuti, consentendo alla melanina di eccitarsi un po’ e produrre radicali dell’ossigeno dove necessario.

"Queste reazioni di chimica quantistica eccitano un elettrone di melanina portandolo a uno stato di alta energia e ne invertono la rotazione, consentendo in seguito una chimica insolita", afferma Brash.

Il processo in sé non è sconosciuto in biologia, anche se solitamente è riservato a un modo per spingere gli elettroni abbastanza in alto da generare luce una volta che tornano indietro con forza. A parte la bioluminescenza, il suo ruolo in altri percorsi – compresi quelli che coinvolgono la melanina – viene compreso solo ora.

Combinando microscopia elettronica ad alta risoluzione, genetica e farmacologia, Brash e i suoi colleghi hanno tracciato le origini dei granuli di melanina e lipofuscina e hanno dimostrato il ruolo della melanina nel percorso di rimozione dei composti pericolosi, ma hanno anche mostrato che la melanina usa il suo stato potenziato dai quanti per degradarsi. lipofuscina.