La chimica dei disinfettanti

SPECIALE CORONAVIRUS

Che cos’è un disinfettante

Già durante i primi giorni della pandemia sono apparsi manifesti che spiegavano come lavarsi le mani, i disinfettanti sono scomparsi dai banconi dei supermercati e sono diventati uno degli argomenti più comuni nelle discussioni. Proviamo allora a capire meglio che cosa sono i disinfettanti e perché meritano attenzione in questo momento.

Un disinfettante è un qualunque agente chimico o fisico capace di ridurre drasticamente la presenza di batteri, funghi e virus dalle superfici sulle quali viene applicato.

 

Denaturare le proteine

Avete mai versato del comune alcol etilico su un uovo crudo? Beh, provate. Osserverete che, mescolando alcol e uovo, l’albume diventa bianco proprio come accade quando lo cuocete in padella. A contatto con l’alcol o durante la cottura, l’albume cambia colore perché le proteine subiscono una trasformazione chimica: si denaturano.

Denaturare una proteina significa modificarne la struttura tridimensionale, rompendo le forze intermolecolari e intramolecolari che ne costituiscono l’impalcatura. Anche se i legami covalenti della molecola non vengono modificati, la proteina perde la sua funzione originaria.
La denaturazione delle proteine è una delle strategie attraverso cui i disinfettanti agiscono contro virus, batteri e funghi.

 

Inattivare i virus

Come abbiamo imparato in questi giorni, un virus è una specie di chiavetta USB della biologia: un contenitore proteico, detto capside, che racchiude un’informazione genetica, cioè un filamento di acido nucleico (RNA o DNA) nel quale sono “scritte” le informazioni necessarie per produrre una copia esatta del virus stesso. Come il computer è in grado di leggere i file contenuti nella chiavetta, così una cellula è attrezzata per leggere il materiale genetico e per eseguire le istruzioni in esso contenute: una cellula infettata da un virus si trova così a produrre tantissime copie del virus stesso, capside incluso. La chimica, attraverso i disinfettanti, ci aiuta a inattivare i virus distruggendo il contenitore della chiavetta USB virale, il capside.

 

Strategie di disinfezione

Per inattivare un virus come il SARS-CoV-2, quindi, esistono diverse strategie:

  • “Smontare” il capside: il disinfettante può denaturare le proteine di cui è costituito il capside causandone la coagulazione, come nel caso della cottura. Agiscono in questo modo tutti gli alcoli e i fenoli. Queste molecole hanno un gruppo funzionale idrossilico, –OH, in grado di creare efficacemente legami a idrogeno con gli amminoacidi che costituiscono le proteine. Questi nuovi legami scalzano i legami ad idrogeno preesistenti tra gli amminoacidi, distruggendo la struttura tridimensionale delle proteine.

 

  • “Distruggere” il capside: il disinfettante può attaccare gli amminoacidi di cui le proteine sono composte non solo distruggendone la struttura tridimensionale, ma anche rompendo i legami covalenti che formano la molecola. Agiscono in questo modo composti molto ossidanti, come l’acqua ossigenata (H2O2), l’ipoclorito di sodio (la comune candeggina, NaClO), l’anione permanganato (MnO4–), lo iodio e il cloro.

N.B. Anche tutte le sostanze corrosive (acido solforico, acido cloridrico, soda caustica, calce viva, ecc.) possono distruggere il capside, con lo spiacevole effetto collaterale di distruggere anche le superfici che trattiamo con esse. Questo approccio è fortemente sconsigliato!
Tuttavia, non tutti i virus sono uguali. Il SARS-CoV-2, in particolare, è un virus “inviluppato”: ovvero il capside proteico è circondato da una membrana fosfolipidica, detta pericapside. Questo virus, quindi, si può inattivare anche distruggendo la membrana fosfolipidica.

 

  • Agire sulla membrana: le membrane fosfolipidiche sono costituite da molecole particolari, che hanno una parte idrofila e una parte idrofoba. In ambiente acquoso queste molecole si raggruppano tra loro esponendo le parti idrofile all’acqua e tenendo vicine tra loro (e lontane dall’acqua) le parti idrofobe. Qualunque altra molecola che abbia questa stessa caratteristica, detta “anfifilia”, può interferire con la struttura di queste membrane, sfaldandole dall’interno. Agiscono così i composti cationici di ammonio quaternario, rappresentabili con la generica formula R4N+ (un atomo di azoto cui sono legati quattro gruppi funzionali organici). La carica positiva in questi cationi è tutta sull’atomo di azoto, che quindi agisce da parte idrofila e le “code” organiche sono invece idrofobe. I “quats” (il nome generico che raggruppa tutti questi composti) agiscono quindi come tensioattivi: disgregano la membrana e rendono il virus incapace di riconoscere e attaccare le cellule ospiti, pur non denaturando la proteina).

Formula generale dei cloruri di benzalconio, i più usati composti di ammonio quaternario a scopo di disinfezione.

 

I detergenti come disinfettanti

Se facciamo un piccolo sforzo di memoria, forse ci salterà all’occhio che sono anfifilici anche i detergenti, ovvero quelle sostanze deputate a rimuovere lo sporco e il grasso. Anche i detergenti, quindi, possono essere buoni disinfettanti contro il SARS-CoV-2 e in tutti i casi in cui il patogeno abbia una membrana fosfolipidica (virus inviluppati e batteri, per esempio).

Coi saponi, che sono sali di sodio di acidi organici a catena lunga, anfifilici e quindi tensioattivi, si rendono solubili sia le membrane del pericapside che il grasso che abbiamo sulle mani, nel quale il virus si potrebbe annidare, in modo che l’acqua possa portare via tutti questi brandelli di membrane e grasso lasciando le nostre mani sia deterse (ovvero pulite) che disinfettate.

Formula chimica di un sapone: lo stearato di sodio.

Per questo motivo lavarsi spesso le mani con acqua e sapone è assolutamente la soluzione preferibile nel caso di SARS-CoV-2: garantiscono l’igiene, ma sono molto più delicati di tutti gli altri composti chimici.

 

Conclusione

Che sia denaturazione delle proteine, ossidazione degli amminoacidi che le compongono o distruzione delle membrane fosfolipidiche che fanno da scudo al virus, l’approccio della chimica al problema della disinfezione potrà sembrare poco elegante e basato sulla forza bruta, e di fatto lo è: semplicemente, non potendo cancellare o modificare il contenuto della chiavetta USB virale (quello è compito di biologi e genetisti), noi ci accontentiamo di spaccarla, nella speranza di renderla illeggibile dal preziosissimo computer che è il nostro organismo.

 

Immagine box: Jernej Furman (Flickr)

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Commenti [5]

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    barbara giorgis

    ho trovato molto interessante l’articolo

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    Carla

    Molto interessante e chiaro.

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    Francesco

    Allora innanzitutto c’è da fare i complimenti ai ragazzi

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    Francesca Rinauro

    Vorrei sapere se l’alcol spacca la proteina o deve essere mescolato con acqua oer riuscirci. Grazie

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    Redazione

    La domanda è molto interessante e presta il fianco ad una domanda in realtà molto più ampia e annosa, sulla possibilità teorica dell’assenza di acqua.
    In realtà trattandosi di biologia, siamo sempre in soluzione acquosa. In assenza di acqua (ovvero nel vuoto) la proteina non esplica la sua funzione, è denaturata di per sé.
    L’alcool denatura le proteine nel loro ambiente, quindi in presenza di acqua, e l’acqua c’è sempre (sia essa umidità atmosferica, citosol delle cellule, fluido extracellulare ecc.).

    A dirla tutta non credo che da un punto di vista chimico-fisico sia strettamente necessaria la presenza di acqua: se io con l’utilizzo di un software simulassi l’interazione di una proteina nel vuoto con delle molecole di etanolo assisterei comunque ad una modifica del pattern di legami ad idrogeno responsabile della struttura terziaria della proteina e quindi alla sua denaturazione. Tuttavia questa è una situazione irrealizzabile all’interno della nostra atmosfera e soprattutto se si tratta di organismi viventi. In soldoni: se l’acqua non ce la mette la soluzione idroalcolica, ce la mette l’ambiente. Se anche l’acqua non ci fosse, non sarebbe necessaria la sua presenza affinché un solvente organico polare denaturi una proteina; ciononostante, se l’acqua non ci fosse la proteina non avrebbe quella struttura, non avrebbe un ambiente e non potrebbe comunque esercitare alcuna funzione.

    Michele Di Lauro

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