Peter AGRE (Northfield, MN, 1949) y Roderick MacKINNON (Boston, 1956) compartieron el premio Nobel de Química en 2003 “por el descubrimiento de los canales de agua” y “por los estudios estructurales y mecánicos de los canales iónicos”, respectivamente.

Peter AGRE se doctoró en 1974 en Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, y es profesor de Química Biológica y Medicina en la misma universidad. En su lección del Nobel, titulada “Acuaporinas, canales de agua”, destacó que los vertebrados, invertebrados, microbios y plantas están constituidos, sobre todo, por agua. Los humanos tenemos un 70% de agua salada. Las proteínas llamadas acuaporinas (de agua y poro) sirven de paso en las células del fluido espinal, lágrimas, saliva, sudor, bilis y orina. Desde 1920 se sabe que el agua debe difundirse a través de la doble capa de lípidos que constituye la membrana celular. Las acuaporinas (AQP), que fueron sugeridas hace años por seis científicos americanos y europeos, tienen ubicado un tetrámero en la membrana, cada uno con un poro delimitado por hélices alfa. El agua pasa en fila de a uno por los poros, pero no los iones hidronio. Si los riñones readsorbiesen H2O Y H3O+ sufriríamos acidosis sistémica (readsorben el 99% del agua de la orina, evitando la deshidratación). Al paso de los iones hidronio por los poros se opone la repulsión electrostática de un residuo de arginina y dos residuos de asparagina. El agua se mueve por gradientes osmóticos, por lo que las AQP no son bombas ni intercambiadores, son simplemente poros que permiten el paso del agua a través de la membrana celular por ósmosis. Actualmente se conoce la ubicación de varias acuaporinas transportadoras de agua diferentes: la AQP0 está expresada en las células fibrosas del cristalino; de la AQP1 hay unas 200 000 por célula roja; la AQP2 se encuentra en los túbulos colectores del riñón; y otras. Además, existen las acuagliceroporinas, como la AQP9, que también es permeable al glicerol. Peter Agre también habló de los múltiples desórdenes que pueden ocasionar el mal funcionamiento de las AQP: diabetes insípida nefrogénica, edema cerebral, golpe de calor, pérdida de visión y otros. Y terminó su lección citando a Ramón y Cajal, padre de la neurociencia: “No hay problemas pequeños, son grandes problemas que no han sido entendidos”. La permeación de las membranas celulares no es, en este sentido, un pequeño problema, dijo.

Roderick MacKINNON se doctoró en Medicina en 1982 en Tufts Medical School, Boston. Es profesor de Neurobiología y Biofísica en la Universidad Rockefeller, Nueva York. En su lección del Nobel, titulada “Canales de potasio y bases atómicas de la conducción selectiva de iones”, explicó que los iones tienden a estar en el agua y no en los lípidos de los 40 angstrom de espesor de la membrana celular, pero como las señales eléctricas en las neuronas depende del flujo de iones a través de la membrana, estos deben atravesarla. Existen, dijo, canales iónicos con tres propiedades: conducen los iones rápidamente; muchos de ellos son selectivos, admitiendo unas especies y excluyendo otras; están regulados de modo que los poros se abren o cierran según la señal química enviada por una célula adyacente, propagándose un pulso eléctrico en milisegundos. Hodgkin y Keynes midieron el paso en fila india de los iones potasio radiactivo, pero ahora se analizan las secuencias de aminoácidos que expresan canales iónicos. En el canal Shaker K+ de la ‘drosophila melanogaster’ se encontraron los tetrámeros, en los que cuatro subunidades encerraban un poro central. El primer canal iónico caracterizado por cristalografía de rayos X fue el canal K+ de una bacteria procariota. Además, se comprobó que la secuencia de aminoácidos en los canales K+ se mantiene desde las bacterias hasta las células eucariotas humanas. MacKinnon y su equipo explicaron cómo los poros K+ rechazaban los iones sodio y permeaban los iones potasio distinguiéndolos por el tamaño: los Na+ son más pequeños. Asimismo, investigaron los canales de iones cloro, también abundantes en las procariotas. Encontraron que las proteínas de estos canales no se relacionan con las de los K+, pero tienen aspectos similares: mientras en estos la carga negativa del carbonilo terminal apunta al K+, en aquellos la carga positiva de la amida terminal apunta al Cl-. Al final de su lección, MacKinnon se mostró optimista sobre el futuro de las investigaciones. En efecto, se han descrito canales de Na+ y Ca2+ , se han encontrado mecanismos de apertura y cierre por voltaje, ligandos y medios mecánicos, se ha estudiado la acción de las toxinas sobre los canales y se han relacionado enfermedades y mal funcionamiento.

Robert J. LEFKOWITZ (Nueva York, 1943) y Brian K. KOBILKA (Little Falls, MN, 1955) compartieron el premio Nobel de Química en 20012 “por sus estudios sobre los receptores acoplados a proteínas G”.

Robert LEFKOWITZ se doctoró en Medicina en 1966 en la Universidad de Columbia, NY. Es investigador del Howard Hughes Medical Institute y profesor de Bioquímica en Duke University Medical Center, Durham, NC. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Breve historia de los receptores acoplados a proteínas G”, afirmó que los RCPG, con siete dominios hidrofóbicos incluidos en la membrana celular y con más de mil genes, constituyen la más versátil de las familias de receptores de membrana. En general, los receptores detectan los reactivos y estímulos del entorno de la célula y obligan a esta a actuar en consecuencia, alterando su función. Antes del descubrimiento de los receptores se suponía que las superficies celulares disponían de una especie de receptáculo para las hormonas como la adrenalina, que tan poderoso efecto tenían sobre el comportamiento celular, pero se ignoraba en qué consistían y cómo actuaban. Lefkowitz comenzó trabajando con los receptores adrenérgicos beta (y después alfa), comprobando que había agonistas, que se combinaban con el receptor celular y provocaban una acción, y antagonistas, que la bloqueaban. Sugirió que el modulador de los nucleótidos en la afinidad del agonista por el receptor era la proteína G (fijadora de nucleótido de guanina). Para el aislamiento y purificación de los cuatro receptores adrenérgicos (dos alfa y dos beta) emplearon cromatografía de afinidad con matrices de poliacrilamida: eran glicoproteínas de 60 000 a 65 000 dalton de masa molar que dependían del nucleótido guanosin trifosfato (GTP) para su activación. Kobilka, dijo Lefkowitz, clonó el gen del genoma humano que codifica el receptor adrenérgico beta 2. Cuando analizaron el gen, descubrieron que el receptor era similar al del ojo que capta la luz y se percataron de que había una familia de receptores que funcionaban de la misma manera. Después del beta 2, cuya estructura molecular se determinó por cristalografía de rayos X, se clonaron los otros miembros (hasta siete) de la familia de receptores. También se observaron receptores con mutaciones intramoleculares, activos aun en ausencia de ligando, que podrían originar enfermedades humanas.

Brian KOBILKA se doctoró en 1981 en Medicina en la Universidad de Yale, New Haven, CT, y es profesor de la Universidad de Stanford. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “La base estructural de la señalización de los RCPGs”, recordó que los seres vivos, constituidos por billones de células que interaccionan, deben existir gracias a una homeostasis, esto es, a un proceso de autorregulación, tanto a nivel celular como pluricelular, que conduzca al equilibrio interno del organismo. Para lograrlo, cada célula posee sensores sutilísimos que detectan el entorno y procesan la información codificada de los mensajes químicos. Son los RCPGs, localizados en la membrana, que comunican la célula con el exterior. En el genoma humano hay unos ochocientos que responden a fotones, protones, iones calcio y pequeñas moléculas orgánicas, es decir, a la luz, sabor, olor, adrenalina, histamina, dopamina y serotonina. Los RCPGs detectan la presencia de un agonista extracelular, transmiten la información a través de la membrana plasmática y activan la proteína G heterotrimétrica del citoplasma que conduce a la modulación de las proteínas efectoras. Kobilka se explayó en la explicación de los procesos de sensibilización y desensibilización, que incluyen múltiples caminos. Por ejemplo, la fosforilación del receptor, la internalización en los endosomas mediante las arrestinas, la degradación de los lisosomas, la eficiencia del ligando y otros procesos más complejos. Los agonistas completos, dijo, proporcionan la máxima estimulación, pero un agonista parcial puede tener eficacias relativas hacia caminos diferentes. Terminó afirmando que los RCPGs representan, por estar ceca de todos los procesos fisiológicos, el mayor grupo de dianas para el descubrimiento de medicamentos.

Osamu SHIMOMURA (Kioto, 1928 – Nagasaki, 2018), Martin CHALFIE (Chicago, 1949) y Roger Y. TSIEN (Nueva York, 1952 – Eugene, OR, 2016) compartieron el premio Nobel de Química en 2008 “por el descubrimiento y desarrollo de la proteína fluorescente verde GFP”.

Osamu SHIMOMURA se doctoró en Química Orgánica en 1960 en la Universidad de Nagoya. Durante varios veranos trabajó en el laboratorio Friday Harbor de la Universidad de Washington. Fue profesor emérito de la Universidad de Boston. En su disertación del Nobel, titulada “Descubrimiento de la GFP”, recordó que trabajando en Nagoya con el profesor Hirata purificó por cristalización la luciferina de la ostracoda, un crustáceo de tamaño minúsculo. (La luciferina, en presencia de luciferasa y oxígeno se transforma en oxiluciferina y emite luz). Después, en EEUU, hacia 1961, le ofrecieron estudiar la bioluminiscencia de la medusa Aequorea Victoria. La pescó en las corrientes de la costa oeste de Norteamérica y observó que los iones calcio activaban la luminiscencia. Por tratamiento en disolución de sales y EDTA (ácido etiléndiamino tetracético) obtuvo, con 10 000 medusas, unos pocos miligramos de proteína fluorescente. Esta fue la primera fotoproteína descubierta, aequorina, que emitía luz azul en presencia de trazas de iones calcio; pero también obtuvo GFP, que emitía una fluorescencia verde brillante. Más tarde comprobó que la luz azul de la aequorina se transfiere a la GFP y esta trasmite en verde. En 1979, Shimomura y su equipo extrajeron el compuesto fluorescente, el cromóforo, al que llamaron AF-350 porque daba el máximo de absorción a 350 nm. De 100 mg de GFP obtuvieron, tras la extracción y la purificación, 0,1 mg del cromóforo. Era la celenteramida, cuya estructura contenía, como la oxiluciferina, una pirazina sustituida. Formaba una parte de la larga molécula de GFP. Shimomura, al final de su conferencia, aludió a los trabajos realizados en 1994 por Chalfie y Tsien sobre la expresión del GFP en los organismos vivos.

Martin CHALFIE, guitarrista y nadador, se doctoró en Fisiología en la Universidad de Harvard en 1977 y es profesor de Ciencias Biológicas en la Universidad de Columbia, NY, desde 1982. En su discurso del Nobel, titulado “GFP: vida luminosa” (y alegre), dijo haber hecho la tesis con R.Perlman y haber realizado trabajos con S.Brenner, J.Sulston, R.Horvitz y el gusano transparente ‘C.Elegans’ (todos famosos). Coloreó seis células individuales del gusano con ayuda del GFP. Para lograr la expresión de la proteína en el gusano, esto es, para poner GFP en él, utilizó tres métodos: anticuerpos específicos marcados; un gen de la bacteria ‘E.Coli’; hibridación ‘in situ’ del ARNm. Empleando para la clonación ADNc (c de complementario) logró que los espectros de emisión de los GFP recombinante y nativo fuesen coincidentes. Luego se demostró la utilidad del GFP como marcador biológico tanto para la expresión de los genes como para la ubicación de la proteína. Esta era heredable, su visualización no era invasiva y no interfería con otros procesos biológicos. Chalfie mismo empleó las células marcadas con GFP para detectar ubicaciones y mutaciones de diversas clases. También se encontró con dificultades, como la rotura en dos del GFP, que fue capaz de subsanar uniendo las partes con péptidos. Chalfie dijo que Roger Tsien mejoró las propiedades del GFP para que fuese útil en más experimentos: ambos hicieron que brillasen plantas, insectos, peces, ratones y conejos. Y terminó su alocución diciendo que todas las investigaciones con proteínas brillantes están o deben estar dirigidas al estudio de las enfermedades humanas, aunque quién sabe lo que sucederá en el futuro.

Roger TSIEN, estadounidense de origen chino, hijo de un ingeniero de éxito, estudiante muy brillante que fue premiado por sus trabajos en el laboratorio casero, se doctoró en Fisiología en 1977 en la Universidad de Cambridge, UK, trabajó en el Howard Hughes Medical Institute y fue profesor en la Universidad de California, San Diego, desde 1989. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Construyendo y explotando la caja de pinturas de las proteínas fluorescentes”, dijo que inició su trabajo con los datos y muestras que le pasó el doctor D.C.Prasher, que no podía seguir la investigación por falta de subvenciones, sobre la clonación del gen que codifica GFP y sobre la estructura del cromóforo. Tsien y su equipo consiguieron proteínas fluorescentes mutantes sustituyendo, al principio al azar, un aminoácido por otro. Los cuatro colores expresados en la bacteria ‘E.Coli’ fueron azul, cian, verde y amarillo. Después investigaron la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia (FRET) entre mutantes GFP y facilitaron las muestras para la elucidación de la estructura cristalina, por rayos X, de la proteína S65T GFP. Era un cilindro casi perfecto constituido por once hebras beta que rodeaban una hélice situada en el eje central en la que estaba instalado el cromóforo, cuya estructura también fue conocida. Como consecuencia de sus trabajos, Tsien exhibió un panel con quince proteínas fluorescentes derivadas de Aequorea GFP o de Discosoma RFP (coral rojo, que difiere del GFP en un doble enlace extra que aumenta la conjugación) expresadas en bacterias y purificadas. Todas presentaban fluorescencia excitada a longitudes de onda diferentes y todas tenían colores propios. Tsien finalizó su discurso tratando algunas aplicaciones de los colores fluorescentes codificados genéticamente. Dijo que pueden hacer directamente visibles muchos procesos bioquímicos dentro de las células y los organismos. Por ejemplo, marcando con GFP el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) se puede seguir su transmisión de célula a célula a través de ‘sinapsis víricas’ sin exponerse a la neutralización por anticuerpos. También mostró imágenes espectaculares de la división de células, con mitosis en verde e interfases en rojo, así como el progreso del ciclo celular ‘in vivo’ de tumores benignos y malignos.

Irwin ROSE (Brooklyn, NY, 1926 – Deerfield, MA, 2015), Aaron CIECHANOVER (Haifa, Israel, 1947) y Avram HERSHKO (Karcag, Hungría, 1937) compartieron el premio Nobel de Química en 2004 “por el descubrimiento de la degradación de las proteínas mediante la ubiquitina”-

Irwin ROSE se doctoró en la Universidad de Chicago en 1952, colaboró en el Fox Chase Cancer Center desde 1963 y fue profesor de Biofísica en la Universidad de California, Irvine. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Ubiquitina en Fox Chase”, contó que se interesó por la rotura de proteínas cuando estaba en Yale, pero que prestó más atención al problema en el Instituto de Investigación del Cáncer Fox Chase, Filadelfia, y después, en 1972, durante un año sabático en Oxford y Jerusalén, donde conoció a Hershko, quien en 1975 fue a EEUU con su estudiante A.Ciechanover. A partir de 1979, Rose instituyó unas reuniones veraniegas en Fox Chase (la caza del zorro) para trabajar en el tema de la degradación de proteínas, a las que asistían los dos anteriores y A.Haas, K.Wilkinson y varios más. Los israelíes Avram y Aaron descubrieron un factor al que llamaron APF-1, que después fue identificado con la ubiquitina, y la enzima activadora E1. Rose y Haas establecieron la secuencia cíclica de la degradación de proteínas a través de un mecanismo molecular, introduciendo la formación de un complejo entre E1, ATP y ubiquitina. Rose, en su discurso del Nobel, expuso problemas no resueltos, como es la formación y separación de las cadenas de poliubiquitina.

Aaron CIECHANOVER, de familia polaca inmigrante en Israel, estudió medicina y se doctoró en 1981 en el Instituto de Tecnología de Israel, llamado Technion, donde trabajó con Hersko. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Degradación intracelular de proteínas: una vaga idea a través del lisosoma y del sistema ubiquitina – proteosoma, y sobre las enfermedades humanas y el etiquetado de drogas”, afirmó que la proteólisis no tiene lugar sólo en los lisosomas. Estos son orgánulos con membrana descubiertos por C. de Duve (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1974) que se encargan de la digestión tanto de proteínas como de lípidos y carbohidratos por medio de enzimas, generalmente hidrolíticas, mantenidas a pH débilmente ácido. Con respecto a las proteínas, dijo Ciechanover, los lisosomas están involucrados principalmente en etiquetar las proteínas extracelulares, pero con respecto a la degradación de las proteínas intracelulares su participación es dudosa porque en este caso la proteólisis necesita energía. Esta función puede realizarla el sistema ubiquitina – proteosoma (UP). Ciechanover dijo que múltiples moléculas de ubiquitina se unen al sustrato proteolítico, probablemente señalándolo para su degradación. Y que el proteosoma es una gran proteína multicatalítica (compuesta por dos subcomplejos) que degrada a pequeños péptidos las proteínas marcadas con poliubiquitina. En el sistema proteolítico UP, la ubiquitina es activada por la enzima E1 y transferida a las E2 yE3 para, por conjugaciones sucesivas, generar la poliubiquitina que sirve de señal de degradación. Ciechanover, al final de su discurso, señaló que las aberraciones en el sistema UP, como la disminución de la degradación debida a la mutación de una enzima o al fallo en el reconocimiento del sustrato, producen enfermedades humanas. Ya está en el mercado, dijo, un inhibidor de aberraciones, una droga, que se emplea para tratar el cáncer.

Avram HERSHKO estudió medicina y se doctoró en la Universidad Hebrea de Israel en 1969. Después fue profesor en el Technion. En su discurso del Nobel, titulado “El sistema ubiquitina para la degradación de proteínas y algunos de sus papeles en el control del ciclo de división de la célula”, dijo que se había prestado mucha atención a la síntesis de las proteínas por el ADN y poca a su degradación rápida a aminoácidos. Él, durante una estancia post doctoral en la Universidad de California, San Francisco, se interesó en la degradación de la enzima tirosina aminotransferasa (TAT), un proceso regulador del nivel de la enzima que, sorprendentemente, necesitaba energía ¿Se trataba de un proceso proteolítico desconocido? Siguió profundizando en el tema en el Technion de Israel. Trabajó con él Ciechanover y se mantuvo en contacto con Rose. De los reticulocitos, glóbulos rojos sin completar su madurez, obtuvieron una proteína que llamaron APF-1 (ATP dependiente factor 1), y que K.Wilkinson y colaboradores identificaron con la ubiquitina. El sistema de degradación expuesto por Hershko en su ‘lectura’ es idéntico a lo que mostraron Rose y Ciechanover: la ubiquitina es activada por tres enzimas; múltiples moléculas de ubiquitina se ligan a la proteína sustrato; en el proteosoma se procede a la degradación; se libera ubiquitina reutilizable; antes y después de la degradación hay formación de poliubiquitina. Pero Hershko hizo hincapié en que la energía necesaria para la degradación la proporciona el ATP al transformarse en ADP + Pi. Hershko finalizó su alocución diciendo que la degradación de proteínas en la que la ubiquitina actúa con intermediaria está implícita en diversos procesos celulares: control de la división celular, regulación de la transcripción, respuestas inmunes e inflamatorias, desarrollo embrionario, apoptosis, relojes circadianos y otras. Su mal función genera enfermedades.

Ahmed H. ZEWAIL (Damanhur, Egipto, 1946 – Pasadena, CA, 2016) recibió el premio Nobel de Química en 1999 “por sus estudios de los estados de transición en las reacciones químicas empleando espectroscopia de femtosegundos”. Estudió en la Universidad de Alejandría y se doctoró en la Universidad de Pensilvania en 1974. Tras dos años en la Universidad de California, Berkeley, pasó al Caltech donde tuvo, desde 1990, la cátedra Linus Pauling de Química Física. Su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Fotoquímica. Dinámica del enlace químico en escala atómica empleando láseres ultrarrápidos”, consistió en un libro de noventa y cinco páginas. Presentó un esquema del aparato con el que nació una nueva ciencia: la femtoquímica, que estudia las reacciones químicas en la escala de tiempo en las que tienen lugar en la realidad, esto es, conseguir ‘ver’ cómo se rompen y se generan los enlaces. Para que tenga lugar una reacción química, los átomos y moléculas tienen que adquirir energía suficiente para rebasar la barrera de energía potencial, luego reaccionan en femtosegundos ¡y un femtosegundo (fs) es una milbillonésima de segundo! Las reacciones ‘lentas’ adquieren despacio la energía suficiente, pero el hecho de la reacción, el paso por el estado de transición, es igual de rápido, del orden de las vibraciones moleculares. En el aparato de Zewail y colaboradores un haz molecular de las sustancias atraviesa una cámara de vacío en la que reciben dos pulsos de láser: uno que excita las moléculas a un mayor estado energético y otro, con una longitud de onda escogida, que examina el estado energético de las moléculas. Modificando el intervalo de tiempo entre pulsos mediante espejos que varíen las trayectorias de los rayos, se pueden detectar la velocidad y el modo en que se transforman las estructuras de las moléculas. Los resultados de los espectros se comparan con los cálculos químico cuánticos. Los primeros ensayos del equipo de Zewail los realizaron con el cianuro de iodo y el ioduro de sodio, con los resultados:                ICN* —> I···CN* —> I + CN (en 200 fs) ; el NaI pasa de covalente a iónico cuando la distancia interatómica es de 6,9 angstrom. También estudiaron reacciones como              H + CO2 —> OH + CO , que pasa a través del producto intermedio HOCO en 1000 fs. La femtoquímica se ha desarrollado: ahora se emplea en química orgánica y bioquímica, en química inorgánica y atmosférica, en fases condensadas y mesoscópicas, en procesos en las superficies (catálisis heterogénea), en el desarrollo de nuevos materiales poliméricos para su uso en electrónica y en sistemas biológicos. Ahora ya no se habla, dijo Zewail, de ‘activación’ y de ‘estado de transición’ en las reacciones, sino de movimientos de átomos, que ya no son invisibles. Una revolución.

Gerhard ERTL (Bad Caanstadt, Alemania, 1936) recibió el premio Nobel de Química en 2007 “por sus estudios de los procesos químicos sobre superficies sólidas”. Se doctoró en 1965 en la Universidad Técnica de Munich con una tesis sobre la síntesis de agua en superficies de cristales de germanio dirigida por Heinz Gerischer (1919 – 1994) a quien, años después, sucedió como director del Fritz Haber Institut en Berlín. Tras su retiro en 2004 como profesor en universidades alemanas, siguió dando clases. En su discurso del Nobel, titulado “Reacciones en las superficies: de los átomos a la complejidad”, dejó constancia de que se le considere, debido al empleo de nuevos procedimientos experimentales, el creador de una metodología de las reacciones catalíticas heterogéneas. Comenzó diciendo que la reacción de obtención del amoniaco a partir del aire fue el gran invento contra el hambre. Para demostrarlo, aportó una comparación entre el aumento de la población y el de la producción de amoniaco durante el siglo XX: el crecimiento era paralelo. Por su importancia, revisó la síntesis del NH3 con catalizador de hierro, comprobando que la velocidad límite la marcaba la quimisorción de N2. Y es que la rotura de enlaces en la quimisorción quizá represente el papel más importante en la catálisis. En los años 60, dijo, gracias a los métodos físicos y al vacío ultra-alto (UHV, del orden de 100 nanopascales), se incrementó el conocimiento de las superficies cristalinas sencillas, en tanto en cuanto se determinaron los átomos superficiales, sus estados eléctricos y su capacidad catalítica. Por ejemplo, se pueden obtener imágenes con el microscopio de efecto túnel de una superficie de platino después de exponerla a una pequeña concentración de moléculas O2 a 165 K, que muestran los átomos quimisorbidos de oxígeno. También, se puede obtener una mejor comprensión del intercambio de energía entre el sólido y las especies quimisorbidas aplicando técnicas de láser de femtosegundos: el equilibrio se alcanza en unos 1000 fs. Además, mediante la difracción electrónica de baja energía (LEED) es posible determinar, por ejemplo, la distancia entre átomos de nitrógeno adsorbidos en la superficie del Fe hasta formar una monocapa. Con estos métodos, Ertl completó el mecanismo de la síntesis del NH3 catalizada por el Fe:

N2 <==> N2(ad)<==> 2N(ad) / H2 <==> 2H(ad) / N(ad) + H(ad) <==> NH(ad) /

NH(ad) + H(ad) <==> NH2(ad) / NH2(ad) + H(ad) <==> NH3(ad) <==> NH3

Ertl expuso que la oxidación del monóxido de carbono, 2CO + O2 = 2CO2 , con catalizador de Pt, se producía a través de: O(ad) + CO(ad) —> CO2. Cuando la cubrición de los adsorbatos excede al 20% de una monocapa, la estructura superficial del Pt se transforma por producirse cambios en las posiciones relativas de los átomos. Mientras tiene lugar el acoplamiento entre las diferentes partes de la superficie los adsorbatos se difunden y la cinética de la reacción es oscilante. Ertl empleó un microscopio de fotoemisión de electrones (PEEM, microscopia fotoelectrónica) con el que detectó imágenes de la formación de ondas espirales durante la oxidación del CO que se rompen en un régimen turbulento. Estas ondas pueden simularse por ordenador.

Las investigaciones de Gerhard Ertl en la ciencia de superficies sólidas no sólo son fundamentales en la catálisis, sino también en la corrosión, en la fricción y en el crecimiento de los cristales. Sus trabajos de mayor importancia práctica los realizó en los procesos de catálisis heterogénea, por ejemplo, consiguió la eliminación de sustancias tóxicas en los de los escapes de los automóviles. La técnica para producir alto vacío ha sido empleada en la industria de semiconductores.

Roger KORNBERG (St. Louis, MO, 1947) recibió el premio Nobel de Química en 2006 “por sus estudios de las bases moleculares de la transcripción eucariota”.

Roger KORNBERG es hijo de Arthur Kornberg, premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959, quien aisló la ADN polimerasa I, una enzima creadora del ADN. Se doctoró en la Universidad de Stanford en 1972. Trabajó en Cambridge y Harvard, y desde 1978 en Stanford. Fue el primero en explicar cómo se produce la transcripción de la información guardada en los genes para dar lugar a otro organismo. Lo describió para las eucariotas, organismos con núcleo, y lo adornó con unas espléndidas imágenes en su lección del Nobel titulada “La base molecular de la transcripción eucariota”. Roger comenzó explicando que su implicación en el estudio de la transcripción se inició cuando se descubrió el nucleosoma, la unidad en espiral de los cromosomas de la célula eucariota, que actúa como represor de miles de genes excepto los que se sirven de mecanismos reguladores específicos. Para ello, los nucleosomas, a través de las histonas de la cromatina, se transforman en activos y el ADN promotor se aviene a la maquinaria de la transcripción. Roger Kornberg y su numeroso equipo describieron en 1991 la complejísima estructura de la enzima ARN polimerasa II (pol II), responsable, dijeron, de la síntesis de todos los ARN mensajeros en las eucariotas. No obstante, ella sola no es capaz de reconocer un promotor e iniciar la transcripción, se precisaban varios factores, con los que establecieron la siguiente cadena de comunicación:

potenciador —> activador —> mediador —> pol II —> promotor

El proceso se inicia con el ensamblaje de los complejos de transcripción (la estructura del complejo pol II – mediador se determinó por microscopia crio-electrónica y análisis por partes), continúa con la catálisis y finaliza con la síntesis y suelta del ARNm. Las partículas involucradas en el mecanismo son: la enzima pol II, con 12 subunidades y una masa de 515 kilodalton; el mediador, 21 y 1005; y el factor de transcripción (promotor de reconocimiento, GTF), 265 y 1560. Para R.Kornberg, el dogma central de la biología molecular se resume en:

ADN —> (pol II) —> ARNm —> (ribosoma) —> Proteína

considerando alternativamente las acciones enzimáticas de las pol I y pol III.

Tomas LINDAHL (Estocolmo, 1938), Aziz SANCAR (Savur, Turquía, 1946) y Paul MODRICH (Raton, NM, 1946) recibieron el premio Nobel de Química 2015 “por sus estudios sobre el mecanismo de reparación del ADN)”.

Paul LINDAHL trabajó en las universidades de Princeton y Rockefeller, se doctoró en el Karolinska Institutet de Estocolmo en 1967 y, después, fue profesor en la Universidad de Gotemburgo. Desde 1981 está en el Cancer Research de Hertfordshire, UK. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “La fragilidad intrínseca del ADN” comenzó recordando que en 1960 observaron que el ARN de transferencia se descomponía lentamente, destruyéndose residuos de bases y enlaces fosfodiester. Más tarde comprobó que el ADN, aunque era más estable que el ARNt, también se descomponía. La cromatografía del ADN marcado con carbono 14 indicó pérdidas de guanina y adenina, así como una mutación por desaminación de citosina a uracilo. Comprobó que para un ADN de doble hélice de células de mamífero los cambios podían llegar a ser de hasta 20 000 por día. Los daños en las bases podían producirse por ataques hidrolíticos, por oxidación, por alquilación e incluso ser espontáneos. Estos extremos tienen lugar ‘in vitro’, pero ¿qué ocurre ‘in vivo’? (Tiene que haber un mecanismo de reparación por que de lo contario no habría vida). Lindahl mostró en su ‘lectura’ un esquema de reparación, una reconstrucción con enzimas humanas purificadas de un sitio donde faltaba una base. También explicó tres mecanismos de reparación de bases metiladas del ADN, cuya desmetilación la realiza la metil transferasa. En general, dijo, la diversidad de lesiones que pueden afectar al ADN requiere una diversidad de enzimas de reparación.

Aziz SANCAR estudió en la Universidad de Estambul y se doctoró en la de Texas, Dallas, en 1977. Después fue profesor en la North Carolina School of Medicine. En su discurso del Nobel, titulado “Mecanismo de reparación del ADN por fotoliasa y escisión nucleasa”, afirmó que la radiación ultravioleta daña el ADN convirtiendo dos timinas adyacentes en un dímero TT que es potencialmente mutagénico, carcinógeno o letal para el organismo. Este daño es reparado por la enzima fotoliasa en la bacteria Escherichia Coli (E. Coli) y por el sistema de reparación por escisión de nucleótidos (REN) en E. Coli y en humanos. La fotoliasa fue descubierta por Claud S. Rupert (1919 – 2017), director de tesis de Sancar, que demostró que la enzima absorbe el fotón y regenera la timina. Sancar dijo que los pacientes con la enfermedad hereditaria xerodermia pigmentaria (XP) son extraordinariamente sensibles a la luz del sol y tienden a adquirir cáncer de piel porque son deficientes en las proteínas XPA – XPG del sistema REN, en el que siete genes son los responsables de la eliminación de los fotoproductos inducidos por la radiación UV. Descubrió, a través de la investigación con la fotoliasa, una proteína esencial del reloj circadiano, esto es, de los criptocromos, los fotorreceptores de luz en plantas y animales involucrados en el ritmo circadiano que mide el tiempo independientemente del estímulo externo. Demostró que la proteína XPA está controlada por el reloj biológico y se preguntó si el sistema REN oscila con periodicidad diaria. Sancar se despidió diciendo que en sus cuarenta años de vida científica se había dedicado al estudio de la fotorreparación con fotoliasa, lo que le condujo a las investigaciones sobre el criptocromo y el REN.

Paul MODRICH, hijo de un maestro de biología, se doctoró en la Universidad de Stanford en 1973 y entró en 1976 en la Universidad Duke en Durham, Carolina del Norte. En su lección de Nobel, titulada “Mecanismos de la reparación de malos apareamientos en E. Coli y en humanos”, recordó que la idea de que en las células hay pares de bases mal apareadas y que tales lesiones tienden a su propia reparación fue sugerida hace cincuenta años por Robin Holliday (1932 – 2014). Durante la recombinación genética las hélices del ADN se rompen y vuelven a juntarse en un heterodúplex, en el que las dos hebras se derivan de patrones recombinantes diferentes. Holliday apuntó que si el heterodúplex comportase una diferencia genética entre los dos ADN, contendría una o más pares de bases mal apareadas; también sería posible, si hubiese enzimas reparadoras, que reconociesen el fallo y lo rectificasen. La evidencia directa de que el mal apareamiento provoca una reacción reparadora la obtuvieron Wagner y Meselson en 1976 con experimentos de transformación bacteriana en la E.Coli empleando heterodúplex construidos artificialmente que poseían muchos pares de bases mal apareadas. Dedujeron que la reparación se hacía sobre la propia hebra de ADN. También se demostró que la reparación depende de cuatro genes mutadores que se enlazan a los pares de bases mal apareadas; pero que además son necesarios otros factores enzimáticos. En 1989, Modrich demostró que los grupos metilo de la molécula de ADN actuaban como señales para reparar réplicas incorrectas. Además, hizo extensibles a las células humanas los resultados obtenidos para las bacterias, estableciendo las funciones de los genes mutadores MutS y MutL e indicando que su defecto causa el síndrome de Lynch (cáncer colorrectal), el más común de los cánceres hereditarios.