Jens C. SKOU (Lemvig, Dinamarca, 1918 – Aarhus, 2018) recibió la mitad del premio Nobel de Química en 1997 “por el primer descubrimiento de una enzima transportadora de iones Na+, K+ –ATPasa”.

Paul D. BOYER (Provo,UT, 1918 – Los Ángeles, 2018) y John E. WALKER (Halifax, UK, 1941) compartieron la otra mitad del mismo premio “por la elucidación del mecanismo enzimático que subraya la síntesis de adenosin trifosfato ATP”.

Jens SKOU cursaba los siete años de medicina cuando Alemania, en 1940, invadió Dinamarca. En 1944 empezó a trabajar en un hospital como cirujano de causas leves. En 1954 se doctoró en la Universidad de Aarhus con una tesis sobre anestésicos locales. En la misma Universidad fue profesor de Fisiología en 1963 y de Biofísica en 1977. En su lección del Nobel, titulada “La identificación de la bomba Na – K”, Skou recordó que en 1925 Gorter y Grendel demostraron que la membrana celular estaba formada por una bicapa de lípidos de unos 40 angstrom de espesor, con los grupos hidrofílicos orientados hacia la fase acuosa y los hidrofóbicos juntándose en el centro de la membrana. En 1935, dijo, Danielli y Davson sugirieron que había una capa de proteínas adsorbida en cada lado de la bicapa de lípidos. Además, se sabía que la concentración de K+ dentro de la célula era mayor que en el exterior y que la concentración de Na+ era menor dentro que fuera; pero, ¿cómo se mantenía la diferencia de concentraciones? Hacia los años 1950 se admitió que había un efluvio iones sodio y un influjo de iones potasio producidos por una especie de bomba molecular. Skou había comprobado que los anestésicos locales aumentaban la permeabilidad de la membrana al sodio porque bloqueaban el cambio conformacional de las proteínas. También se supo que la ouabaína, un glucósido, inhibía el transporte de Na+ y K+ en los glóbulos rojos de la sangre, mientras que Robert Post publicaba que el ATP de la membrana participaba en el transporte activo de sodio y potasio en los eritrocitos humanos. En 1957, Skou describió la primera bomba molecular descubierta: una enzima localizada en la membrana de la célula, en el lado del citoplasma, que catalizaba la hidrólisis del ATP, era inhibida por los glucósidos cardiacos y transportaba Na+ y K+. La enzima, denominada ATPasa, mantenía los gradientes de Na+ y K+ dentro y fuera de la célula, lo que representaba una fuente de energía. Después se descubrieron otros transportes de iones, otras bombas, otras ATPasa. Finalmente, Skou aludió a la magnitud del problema al que se había enfrentado: se trataba de discernir cómo 1320 aminoácidos ubicados en un volumen de 60x60x100 angstrom podían acoplarse en una máquina eficiente que convertía la energía química de la hidrólisis del ATP en el trabajo de transportar cationes en contra del gradiente electroquímico y, además, distinguir los iones potasio de los de sodio. En un problema tan complejo el progreso del conocimiento ha de ser lento ¡A mí me costó treinta años de esfuerzos!, dijo.

Paul BOYER estudió en la Universidad Brigham Young de Provo, Utah, pero no era mormón sino que coincidía con Kroto en el pensamiento ateo y en la acción humanista. Se doctoró en Bioquímica en la Universidad de Wisconsin en 1943. Trabajó con Hugo Theorell, premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1955, en enzimas y en el año del premio. En 1963 adquirió la condición de profesor de la Universidad de California Los Ángeles, donde fue director del Instituto de Biología Molecular y, en 1990, emérito. Curiosamente, nació y murió en los mismos años que Jens Skou, a ambos faltando unos pocos meses para llegar a centenarios. En la ‘lectura’ del Nobel, titulada “Energía, vida y ATP”, Boyer recordó que hacía unos cincuenta años que se demostró la fosforilación oxidativa, un proceso por el que nuestros cuerpos captan energía de los alimentos para usarla en las funciones celulares esenciales. Nosotros demostramos, dijo, que este proceso está consumado por una máquina molecular que enlaza el ATP a enzimas. (El ATP, adenosin trifosfato, es el portador universal de energía en las células de los seres vivos. Fue descubierto por Karl Lohman en 1929, clarificada su función por Fritz Lipmann y sintetizado por Alexander Todd en 1957). Cuando se usa la energía que almacena el ATP, siguió diciendo, se rompe el enlace y se forma adenosin difosfato (ADP) y fosfato inorgánico (Pi). Para sintetizar de nuevo el ATP se necesita aportar energía a una reacción catalizada ATP sintasa, una enzima abundantemente presente en las membranas celulares de las mitocondrias animales, en los cloroplastos de las plantas, en las bacterias y en otros organismos. El ATP sintetizado es transportado fuera de las mitocondrias y es usado para las funciones musculares cerebrales, renales y demás. El fosfato que se libera al emplear el ATP vuelve a las mitocondrias para sintetizar de nuevo el ATP con la energía donada por las oxidaciones. Las reacciones se pueden expresar así: Pi + ADP <===> ATP + H2O , con la ATP sintasa como catalizador tanto de la síntesis (reacción directa) como de la hidrólisis del ATP (inversa). La formación y uso del ATP es la reacción más importante del mundo, dijo Boyer. La enzima posee tres sitios catalíticos, que cooperan sucesivamente en rotación con intervención en los cambios de enlaces de los protones (H+) liberados en las oxidaciones. De la explicación más detallada de estas cuestiones se encargó Walker.

John WALKER se doctoró en la Universidad de Oxford, GB, en 1969, bajo la dirección del investigador en antibióticos E.P.Abraham. Desde esta fecha hasta 1974 estuvo en la Universidad de Wisconsin primero y en el Instituto Pasteur después. Volvió a Cambridge, al Laboratorio de Biología Molecular donde coincidió con Sanger, Klug, Crick, Brenner, H.Huxley, John Smith y Milstein. En su lección del Nobel, titulada “Síntesis de ATP por catálisis rotatoria”, Walker se preguntaba: ¿qué intermediario existe entre el NADH y el ATP? Por que Peter Mitchel estableció que el NADH (nicotinamida adenin dinucleótido, forma reducida), un producto clave en los metabolismos de carbohidratos y grasas, generaba energía en las mitocondrias mediante un gradiente de potencial debido a un flujo de protones a través de la membrana celular. Se demostró, dijo, que la fuerza motriz de los protones estaba sostenida por la enzima ATP sintasa, la cual conducía a la síntesis del ATP a partir de ADP y Pi no sólo en la mitocondria sino también en los cloroplastos. En 1990 Walker obtuvo la estructura de la enzima ATP sintasa mediante cristalografía por difracción de rayos X, y dedujo que constaba de dos partes diferenciables: F0 y F1. El dominio F1-ATPasa, adherido a la membrana, contenía cinco subunidades con nueve polipéptidos, de los cuales unos se unían a F0 y otros catalizaban. El dominio hidrofóbico F0 era un motor rotatorio, movido por la fuerza motriz de los protones, que transmitía la energía a F1 para que, en sus tres sitios catalíticos, se sintetizase el ATP. Sir John Walter confía en que se demuestre en el futuro una relación entre la constitución del dominio F0 y los motores que mueven los flagelos de las bacterias.

Robert F. CURL, Jr. (Alice, Texas, 1933), Richard E. SMALLEY (Akron, Ohio, 1943) y Harold W. KROTO (Wisbech, UK, 1939 – Lewes, UK, 2016) compartieron el premio Nobel de Química en 1996 “por su descubrimiento de los fullerenos”.

Robert CURL, hijo de un pastor metodista que le compró un juego de química infantil, estudió química y se doctoró en Berkeley en 1957. Estuvo en Harvard con un trabajo posdoctoral y llegó a profesor en la Universidad de Rice en 1967. Es un experto en microscopia de microondas e infrarrojo. En su lección del Nobel, titulada “Amanecer de los fullerenos: experimento y conjeturas”, relató cómo hicieron el experimento básico en once días de 1985 los tres premiados y otras personas más. Utilizaron el aparato inventado por Smalley en el que se vaporiza el carbono de una lámina de grafito situada en una atmósfera inerte de helio mediante pulsos de láser. Los racimos de carbono formados se envían en haces supersónicos a una cámara de vacío donde, con la expansión, se enfrían a unos grados por encima del cero absoluto. Los racimos, ionizados, entran en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo. El espectro resultante consiste en una serie de picos entre los que los correspondientes a C60 y C70 son prominentes. A partir de los resultados del experimento, dijo Curl, los investigadores hicieron conjeturas con nuevas pruebas, intuición y cálculos aproximados mecano cuánticos. Experimentaron con la fragmentación de los elementos constituidos por 60 y 70 átomos de carbono y sacaron conclusiones sobre la relación estructural entre ellos, conjeturando que eran esferas huecas con una cavidad de casi cuatro angstrom donde cabría cualquier átomo del sistema periódico, por ejemplo, iones monovalentes de lantano. También conjeturaron que las partículas de hollín producidas en la combustión de los hidrocarburos podrían formarse a partir de conchas de carbono y ser los soportes del crecimiento de los fullerenos por adición de capas.

Richard SMALLEY, sorprendido y motivado por el lanzamiento del Sputnik, se dedicó a la ciencia. Tras trabajar en la compañía Shell con plásticos, se pasó a la cuántica en Wisconsin y de allí a la Universidad de Princeton, donde, en 1973, hizo la tesis doctoral en espectroscopia de materia condensada. En un trabajo posdoctoral en Chicago tuvo que tratar con materia en fase gaseosa: allí fabricó su primer aparato de haces moleculares supersónicos, con el que se podían estudiar pequeñas moléculas poliatómicas con el mismo detalle con que se estudiaban antes las diatómicas. Después, en 1976, pasó a la Universidad de Rice, donde coincidió con Curl y donde construyó su segundo aparato. En su lección del Nobel, titulada “Descubriendo los fullerenos” (y no ‘descubrimiento’ como titula la Academia Nobel, porque esto sigue haciéndose por todo el mundo, dijo Smalley), lamentó que otras personas merecedoras del premio se quedasen sin él porque tres es el número máximo permitido por los estatutos. Además, añadió que la concepción de una estructura del carbono con forma de icosaedro truncado era anterior a sus trabajos. Ahora se puede hablar de varias formas del carbono: el diamante tridimensional, el grafito laminar (con el grafeno, constituido por láminas individuales y la chaoíta también hexagonal) y los fullerenos. De estos, el que está formado por sesenta átomos de carbono, C60, es el más abundante y estable debido a su simetría: es un poliedro de 60 vértices (con un átomo C en cada uno) y 32 caras, 12 de ellas pentagonales y 20 hexagonales en las que se alternan los dobles y simples enlaces entre átomos de carbono. La molécula es un cuerpo esférico semejante al balón de fútbol empleado en la liga de campeones europeos. A estos compuestos los bautizaron con el nombre del arquitecto estadounidense Richard Buckminster Fuller, creador del domo geodésico de estructura similar que construyó en Montreal con motivo de la EXPO 75: los fullerenos. (¡Sorprendente coincidencia! ¿Serendipia, ese anglicismo que en español se dice chiripa?). Aunque poco reactivos, con estos compuestos se obtuvieron sales superconductoras, polímeros tridimensionales, catalizadores y materiales con nuevas propiedades ópticas y eléctricas. Smalley, en su lección, describió también los nanotubos de carbono: si son abiertos, están constituidos por hexágonos, y si tienen un extremo cerrado en él alternan los pentágonos. El tubo, dijo, es un hilo molecular que simultáneamente es un conductor metálico y una buena molécula que mantiene su estructura y conductividad tanto en el aire como en el agua.

Harold KROTO nació en Inglaterra, pero sus padres eran inmigrantes judíos huidos de la Alemania nazi. Estudiante de química, dibujante y practicante de tenis, ‘snooker’ y fútbol, se doctoró en 1964 con una tesis sobre espectroscopia de radicales libres producidos por fotólisis flash en la Universidad de Sheffield. Después estuvo como posdoctoral en el departamento del profesor G.Herzberg en la Universidad de Ottawa, donde se dedicó a la microscopia de microondas y donde aprendió mecánica cuántica. De vuelta a Inglaterra, en 1967 fue nombrado profesor en la Universidad de Sussex, dedicándose a escribir programas de computadora para calcular teóricamente las transiciones electrónicas en radicales y en moléculas pequeñas. En 1985 estuvo en Rice en el tiempo de los fullerenos. En su lección del Nobel, titulada “Simetría, espacio, estrellas y C60”, hizo un repaso pormenorizado, etapa por etapa, de las investigaciones que llevaron al conocimiento de la existencia y estructura de los fullerenos. Utilizando un gran número de citas demostró que en el trabajo participaron muchos más de tres. Por su parte, Kroto, mediante espectroscopia de microondas, encontró en las atmósferas estelares moléculas de cadena larga formadas por carbono y nitrógeno (cianopolienos); en consecuencia, lanzó la hipótesis de que el C60 podría existir en todo el universo y ser responsable del transporte del carbono hasta el lugar donde se forman los planetas. Sir Harold Kroto (apellido oficialmente simplificado de Krotoschiner) murió en el 2016, a los setenta y seis años de edad, de esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la misma enfermedad que padeció Stephen Hawking. Fue un humanista que confesaba creer en una sociedad democrática con igualdad de oportunidades para hombres y mujeres, que estaba en contra del racismo e ideologías relacionadas, indistinguibles del nacionalismo, patriotismo y de las convicciones religiosas. En una entrevista manifestó: “creo, como nueve de cada diez científicos, que Dios es la Naturaleza”.

Rudolph A. Marcus (Montreal, 1928) recibió el premio Nobel de Química en 1992 “por sus contribuciones a la teoría de las reacciones de transferencia de electrones en los sistemas químicos”. Se doctoró en la Universidad McGill, Montreal, en 1946 y fue profesor en las universidades de Nueva York, Brooklyn, Illinois y Caltech. Sus amplias investigaciones, siempre relacionando teoría y experimento, trataron de reacciones en fase gaseosa y metodología de la síntesis, de fotoelectroquímica, de la transferencia de electrones, etc. En su discurso del Nobel, titulado “Reacciones de transferencia electrónica en química: teoría y experimentos”, comenzó exhibiendo y comentando un esquema de muchos experimentos realizados en los años 1950 y 60, desarrollando a continuación la teoría de la transferencia electrónica. Marcus obtuvo el mecanismo y la velocidad de la transferencia de un electrón desde la ‘esfera exterior’, para lo que es necesario que las dos especies estén separadas y que el electrón, débilmente enlazado, efectúe el salto entre dos estados con la misma energía. Las sencillas ecuaciones matemáticas empleadas relacionan magnitudes teóricas y experimentales del proceso redox, en el que la altura de la barrera de energía determina la velocidad de reacción. Las ecuaciones permiten el cálculo de la energía libre de Gibbs de activación utilizando los datos de la polarización del disolvente, el tamaño de los reactivos y la distancia a la que se produce la transferencia. La ecuación que conecta la velocidad de transferencia del electrón y el cambio de energía libre de la reacción (considerado como la ‘fuerza motriz’) describe una parábola que presenta una controvertida ‘región invertida’. Dicha región indica que cuanto más alta es la fuerza motriz de la reacción, menor es la velocidad de transferencia electrónica. Esta conclusión no fue admitida hasta que Miller y colaboradores lo demostraron experimentalmente en 1984. Marcus, con su teoría, consiguió determinar los cambios que tienen lugar en las moléculas de los reactivos en las reacciones de oxidación – reducción debidos a la movilidad de los electrones, obteniendo así explicaciones sencillas de reacciones químicas complejas tales como la fotosíntesis, el funcionamiento de las pilas o la corrosión.

Barry SHARPLESS (Filadelfia, 1941) obtuvo la mitad del premio de Química en 2001 ”por su trabajo sobre las reacciones de oxidación catalizadas quiralmente”. William KNOWLES (Taunton, MA, 1917 – Chesterfield, MO, 2012) y Ryoji NOYORI (Kobe, Japón, 1938) compartieron la mitad de dicho premio “por su trabajo sobre las reacciones de hidrogenación catalizadas quiralmente”.

Barry SHARPLESS, de educación cuáquera, es un apasionado de la pesca que se doctoró en la Universidad de Stanford, trabajó en el MIT y que desde 1990 fue profesor en el Scripps Reasearch Institute de La Jolla. En su discurso del Nobel, titulado “Investigando sobre una nueva reactividad”, contó que su primer proyecto con Eugene van Tamelen, su director de tesis, trató de la oxidación selectiva de poliolefinas y del acoplamiento de alcoholes mediante un catalizador de titanio. Además, utilizó la reacción de Wittig de obtención de alquenos a partir de aldehídos y cetonas. Dijo Sharpless que las olefinas abren el portal del mundo quiral, del mundo de los enantiómeros. Descubrió la epoxidación asimétrica, una reacción enantioselectiva para preparar epóxidos a partir de alcoholes alílicos primarios y secundarios. Utilizó terc-butil hidroperóxido (TBHP) como oxidante en presencia del catalizador tetra(isopropóxido) de titanio, Ti(OR)4, añadiendo el ligando dietiltartrato que acelera el proceso. Sharpless también empleó el tetróxido de osmio, OsO4, como catalizador de la dihidroxilación y enzimas para catalizar la epoxidación. Asimismo, estudió la conversión de los epóxidos en otras funciones susceptibles de aplicaciones prácticas, como es la obtención de aminoalcoholes situados en carbonos vecinos, lo que supone obtener las moléculas de los medicamentos betabloqueantes, como el propanolol, tan empleados en muchos de los trastornos cardiacos.

William KNOWLES se doctoró en 1942 en la Universidad de Columbia y después entró en la Monsanto Co. En su conferencia del Nobel, titulada “Hidrogenaciones asimétricas”, recordó que muchas moléculas son quirales, esto es, se presentan en dos formas estructurales no superponibles (enantiómeros) que no tienen las mismas propiedades reactivas frente a otros enantiómeros. Por ejemplo, dijo, en el glutamato monosódico el isómero D no reacciona cuando el isómero L sí lo hace. Cuando se sintetiza un compuesto con isómeros ópticos, se obtiene una mezcla de ellos, una mezcla racémica de la que frecuentemente es necesario separar los componentes. No obstante, seleccionar es un proceso laborioso que requiere muchos reciclados y cristalizaciones fraccionadas. Knowles explicó cómo descubrió que los catalizadores de los metales de transición pueden favorecer las reacciones de hidrogenación estereoespecíficas, esto es, que discriminasen, en el procedimiento de síntesis, entre los isómeros D y L (ahora llamados R y S, dijo). Para la hidrogenación de dobles enlaces con H2 gas utilizaron, como Wilkinson, un catalizador de rodio, y siguieron el procedimiento de obtención de L-dopa de Hoffman-La Roche. (La L-dopa fue empleada para paliar los efectos de la enfermedad de Parkinson). Probaron fosfina con diferentes pequeños grupos. El mejor resultado lo obtuvieron con metil-ciclohexil-o-anisil fosfina (CAMP) en el catalizador Rh(CAMP)2COD para la síntesis de L-dopa, pero después cambiaron a R,R-diPAMP (con fenilo en vez de ciclohexilo), más fácil de obtener y con mejores resultados. Obtuvieron L-dopa con el 95 de exceso enantiomérico (diferencia entre el porcentaje de L y el de D). Knowles dijo que la clave de la hidrogenación asimétrica es la estructura del ligando quiral. Y, mostrando su faceta industrial, reconoció que las fosfinas empleadas son caras, porque su preparación requiere de muchas etapas, pero que un mol da para muchos moles de producto.

Ryoji NOYORI, hijo de un director de investigación de una compañía química, vivió su infancia rodeado de plásticos, fibras sintéticas y hambre tras la guerra. Estudió química en la Universidad de Kioto, donde se doctoró en 1967 con una tesis sobre la obtención de compuestos ópticamente activos usando como catalizador un complejo de cobre II dirigida por el profesor H.Nozaki. En 1969 fue al departamento del profesor Corey en la Universidad de Harvard, donde empezó sus trabajos sobre hidrogenación con complejos organometálicos, que después continuó, ya como profesor, en la Universidad de Nagoya. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Catálisis asimétrica: ciencia y oportunidades”, enfatizó sobre la importancia de la obtención de enantiómeros puros, recordando el desastre de la talidomida ocurrido en 1960: el isómero R tiene las propiedades sedantes deseadas, pero el S es teratogénico e induce malformaciones fetales. Todavía en 1990, dijo Noyori, el 90 % de los medicamentos sintéticos eran racémicos, esto es, mezclas equimoleculares de ambos enantiómeros. El problema ha ido mejorando debido a los nuevos procedimientos de síntesis de aminoácidos, ácidos láctico y tartárico, carbohidratos, terpenos y alcaloides. Noyori sintetizó BINAP, una ‘bella’ molécula quiral enantioméricamente pura de fórmula 2,2’-bis (difenilfosfino)-1,1’ (binaftil), con la que obtuvo los complejos de rodio I y rutenio II, catalizadores asimétricos que empleó para multiplicar la quiralidad molecular. Y explicó su funcionamiento: el metal del complejo enlaza dos moléculas, sean A y B, las une en una molécula quiral AB y las desorbe. Una pequeña cantidad del complejo genera una gran cantidad de producto. Los ligandos quirales modifican los átomos aquirales del metal generando suficiente reactividad y la estereo-selectividad deseada. Por ejemplo, Noyori empleó (R)-BINAP-Ru para hidrogenar asimétricamente beta cetoésteres y (S)-BINAP-Ru II dihaluros para obtener en gran escala antibióticos sintéticos con estructura de quinolona (como el levofloxacino) empleados para cubrir las resistencias a otros antibióticos. Entre otros muchos compuestos, Noyori sintetizó prostaglandinas con efecto neuroprotector, como anuncíó en el último apartado de su ‘lectura’, que tituló exultante “hacia la ciencia molecular cerebral”.

Richard R. ERNST (Winterthur, Suiza, 1933) recibió el premio Nobel de Química en 1991 ”por sus contribuciones al desarrollo de la metodología de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de alta resolución”. Richard dispuso, como otros niños premiados o no, de un laboratorio donde, entre explosiones, se aficionó a la química. También fue interprete de violonchelo y , de estudiante, asiduo lector del libro de Samuel Glasstone. Se doctoró en 1962 en la Escuela Politécnica de Zurich, donde después fue profesor de Química Física. Empezó a trabajar con su compañero Hans Primas en RMN, una forma de espectroscopia de radiofrecuencia puesta en acción en 1945 por Bloch y Purcell (premios Nobel de Física en 1952). La técnica consiste en orientar los espines nucleares de los átomos de una molécula según sus niveles de energía. Para ello se someten a un campo magnético externo. Haciendo incidir ondas de radio de frecuencias variables sobre los núcleos, se produce resonancia cuando coinciden con la frecuencia característica del núcleo, lo que induce una señal en el detector obteniéndose un espectro de RMN. Como las frecuencias de resonancia dependen tanto del átomo como de su entorno, el espectro proporciona datos de la estructura molecular. Ernst logró incrementar la sensibilidad y la resolución de la RMN, como explicó en su conferencia del Nobel, titulada “Espectroscopia RMN con transformada de Fourier”. En ella comenzó haciendo un recordatorio de los varios premios Nobel de Física que habían sido concedidos a la RMN por las siguientes razones: la técnica explora la materia con gran detalle; es muy sensible al entorno de los núcleos; se obtiene información de distancias interatómicas de hasta 0,1 angstrom y de ángulos de enlace con errores menores de 10º. Pero Ernst pretendió mejorar la técnica optimizando la relación señal – ruido y buscando procedimientos para depurar la enorme cantidad de información molecular. Y lo logró reemplazando el barrido de radiofrecuencias por pulsos cortos e intensos y computando las señales después de cada pulso para convertir el espectro de RMN en señales nítidas mediante la operación matemática de la transformada de Fourier. Ernst mostró los espectros del 7-etoxi-4- metilcumarina con y sin transformada: este último era sólo ruido. Pero lo hecho era espectroscopia unidimensional; para determinar las relaciones espaciales y topológicas entre los núcleos observados hay que utilizar espectroscopia y transformada bidimensional. En 1975, Ernst empleó secuencias de pulsos administradas en periodos diferentes, obteniendo una tabla bidimensional intensidad vs longitud del periodo y aplicando dos veces, una a cada parámetro, la transformada de Fourier. Así consiguió estudiar en detalle la estructura de, por ejemplo, la antamamida, un decapéptido cíclico que disolvió en cloroformo. Relacionando tres frecuencias en el proceso de mezcla se puede llegar a la espectroscopia en 3D. Ernst mostró una vista tridimensional del espectro del nonapéptido buserelina y una representación en 2D realizada con RMN Fourier, lo que se conoce como RMI (con imagen) utilizada en medicina. Además, Ernst investigó en la dinámica molecular, esto es, en la localización de los sitios activos de los que depende la reactividad y las interacciones con otras moléculas.

Kurt WÜTHRICH (Aarberg, Suiza, 1938) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 2002 “por el desarrollo de la espectroscopia de RMN para determinar la estructura tridimensional de macromoléculas biológicas en disolución”.

John FENN (Nueva York, 1917 – Richmond, VA, 2010) y Koichi TANAKA (Toyama City, Japón, 1959) compartieron la mitad del premio ese año “por el desarrollo de métodos de ionización por desorción suave para el análisis por espectrometría de masas de macromoléculas biológicas”.

Kurt WÜTHRICH, futbolista, se doctoró en 1964 en la Universidad de Basilea con una tesis dirigida por S.Fallab sobre la actividad del cobre en reacciones de auto-oxidación utilizando un espectrómetro de resonancia paramagnética electrónica (RPE). En 1967 trabajó en el Departamento de Biofísica del Bell Telephone Laboratory en Murray Hill, NJ, para estudiar la estructura y función de las proteínas con RMN. En 1969, de nuevo en Suiza, investigó sobre hemoproteínas utilizando RPE y RMN, y en 1976 trabajó con R.Ernst en RMN bidimensional. Fue secretario general de la Unión Internacional de Biofísica Pura y Aplicada (IUPAB). En su discurso del Nobel, titulado “Proteínas y ácidos nucleicos en disolución: determinación de la estructura tridimensional por espectroscopia RMN”, dio cuenta de sus investigaciones encaminadas a comprender la función de las macromoléculas en las células. Enfatizó sobre la importancia que tenía obtener las estructuras de las proteínas en disolución, porque se podían ajustar las condiciones de temperatura, pH y concentración de sales para igualarlas a las de los tejidos fisiológicos. Además, si se varían las condiciones, se pueden estudiar las interacciones de las proteínas y su desnaturalización, dijo. (No obstante, él y Huber, en 1984, separada y respectivamente, obtuvieron idénticas estructuras de un inhibidor de amilasa por RMN en disolución y por rayos X en cristales). Wüthrich obtuvo por primera vez la estructura tridimensional de una proteína por RMN: el inhibidor de la tripsina pancreática bovina (BPTI). Para ello, realizó espectros bidimensionales homonucleares con los métodos COSY y NOESY, que proporcionan las relaciones entre los protones, y con otros métodos que indican las relaciones a distancias de hasta tres enlaces. La presentación de las estructuras fue impactante: mostró fotografías de las moléculas resaltando con colores sus distintas partes funcionales. Del BPTI exhibió dos visiones de la molécula sin y con hidratación y de la ‘Antennapedia’ homodominio el complejo que forma con el ADN, demostrando que se podían estudiar las interacciones entre moléculas diferentes.

John FENN se doctoró en la Universidad de Yale en 1940. Después de colaborar con la compañía Monsanto en la producción de los peligrosos bifenilos policlorados, construyó en la Universidad de Princeton su máquina de haces supersónicos, que trasladó a Yale en 1967. Por patentar la máquina a su nombre tuvo problemas: la universidad reclamó judicialmente sus derechos y obtuvo una sustanciosa recompensa económica que provocó repulsas multitudinarias. En 1987 le nombraron, en Yale, profesor emérito y en 1994 se trasladó a la Universidad de Virginia Commonwealth como profesor de investigación. En su disertación del Nobel, titulada “Alas de electro-aerosoles para elefantes moleculares”, explicó cómo consiguió ionizar moléculas complejas empleando campos eléctricos intensos. Para obtener los electro-aerosoles se pulveriza una disolución de la muestra en un líquido polar conductor mediante una aguja hipodérmica sometida a un potencial alto con respecto a la placa receptora. Dicha placa tiene un capilar de vidrio por el que pasan las gotas cargadas y van al sistema de vacío. Si la disolución de la muestra es lo suficientemente diluida, las gotas podrían ser tan pequeñas que contendrían una sola molécula. La parte central del chorro libre resultante pasa a una segunda cámara de vacío que contiene el analizador cuadripolar del espectrómetro de masas. En él se pueden determinar los iones y sus masas midiendo el tiempo de vuelo en una distancia conocida. Fenn mostró un espectro de masas de una disolución muy diluida de haluros de amonio cuaternario y un haluro de fosfonio cuaternario en mezcla 50:50 de metanol:agua, que producen cationes de nitrógeno y fósforo. También exhibió espectros de otros compuestos de peso molecular alto: ciclosporina A (péptido cíclico), gramicidina S (antibiótico polipeptídico), polietilénglicoles desde 400 hasta 17500 de masa y ocho espectros de proteínas. Fenn dijo que disponía de un algoritmo que transformaba los picos múltiples del espectro en lo que se obtendría si todos los iones se unieran en la molécula padre. Y terminó citando las muchas publicaciones que había merecido el tema.

Koichi TANAKA no era químico, sino ingeniero I + D en la Shimadzu Corporation de Kioto, una compañía en la que se habían radicado seis (cinco y él) de los nueve premios Nobel en ciencias japoneses. Tanaka entró en 1980 en el laboratorio central de investigación de la empresa. En su conferencia del Nobel, titulada “El origen de la ionización de macromoléculas por irradiación láser”, explicó con detalle el procedimiento seguido. Empleó un espectrómetro de masas en tiempo de vuelo, en el que los iones de masas diferentes se producen por la acción de un potencial eléctrico y se separan de acuerdo con su masa según su tiempo de vuelo. Introdujo varias innovaciones. El ‘reflectrón’ de Boris Mamuryn, permite que los iones con la misma carga y masa alcancen el detector en el mismo tiempo. La generación de los iones se logra en nanosegundos con láser de nitrógeno. Si se retrasa el tiempo entre la generación y la extracción del ion aumentan los iones moleculares. La detección de los iones se favorece acelerándolos después de que suceda la separación de las masas. Las medidas se favorecen convirtiendo el tiempo de analógico a digital. El láser ioniza la muestra sólida o líquida por desorción y proporciona un calentamiento rápido que favorece la vaporización. La matriz consistente en glicerina, que sirve para sacar la muestra de su estado cristalino, y en polvo de cobalto de tan sólo unas decenas de nanómetros de diámetro, que permite que la radiación láser se absorba más eficazmente y que aumente rápidamente la temperatura, sirvió, con todas las innovaciones anteriores, para obtener espectros de moléculas de hasta 72000 de peso molecular. Tanaka significó en su discurso la labor de sus compañeros de trabajo.

Los logros de los cuatro investigadores tuvieron aplicaciones inmediatas, ya que el conocimiento de la estructura tridimensional lleva a la comprensión de sus funciones vitales, y de ahí, al diseño de nuevos medicamentos. La RMI puede ayudar al diagnóstico precoz de tumores malignos.

Paul J. CRUTZEN (Amsterdam, 1933), Mario J. MOLINA (Ciudad de México, 1942) y F.Sherwood ROWLAND (Delaware, OH, 1927 – Corona del Sur, CA, 2012) compartieron el premio Nobel de Química en 1995 “por su trabajo en química atmosférica, particularmente en lo que concierne a la formación y la descomposición del ozono”. El ozono estratosférico es el principal absorbente de la radiación ultravioleta (UV) del Sol. Sin la capa de ozono, la llegada masiva de los dañinos rayos UV impediría la vida en la superficie terrestre, de ahí la importancia de la investigación de los tres premiados.

Paul CRUTZEN, ciudadano holandés educado en los idiomas alemán y francés y después políglota, estuvo en el departamento de meteorología de la Universidad de Estocolmo entre 1954 y 1974, trabajando en proyectos meteorológicos y en programas de computadoras. Hacia 1965 desarrolló un modelo numérico sobre la distribución de ozono en la atmósfera. Tras pasar por las universidades de Cambridge en Inglaterra y Boulder en EEUU, en 1980 entró en el Instituto Max Planck de Maguncia. Fue el inventor de la palabra ‘antropoceno’ para designar la época en que vivimos. Su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Mi vida con el O3, NOx y otros YZOxs”, consistió en 35 páginas de texto y 19 de citas en las que expuso toda clase de reacciones relativas al ozono tanto propias como ajenas. La estratosfera es la zona de la atmósfera situada entre los 10 y los 50 km. En 1930, el geofísico británico Sydney Chapman (1888 – 1970) propuso que el ozono se forma en esa zona mediante las reacciones: O2 + UV = O + O ; O + O2 + M = O3 + M , donde M es un tercer cuerpo. Crutzen, en 1970, demostró que los óxidos de nitrógeno, generados, por ejemplo, en los vuelos supersónicos, aceleraban la descomposición del ozono de acuerdo con las reacciones: NO + O3 = NO2 + O2 ; NO2 + O = NO + O2 ; O3 + UV = O2 + O. En total: 2 O3 = 3 O2. En su ‘lectura’, Crutzen estudió muchos otros temas: el impacto de la actividad humana en la estratosfera, la distribución del ozono troposférico, el volumen de metano antes de la era industrial y en el presente, la distribución de radicales OH y otros.

Mario MOLINA tuvo un laboratorio de química en la infancia. En 1972 se doctoró en la Universidad de California Berkeley bajo la dirección de G.Pimentel (1922 – 1989), inventor del láser químico. En 1973 se unió al grupo de Sherry Rowland en la Universidad de California Irvine, donde trabajaron en los clorofluorcarbonos (CFC). En 1982 pasó a la sección de física y química molecular del Jet Propulsion Lab y en 1989 al MIT. Tituló su conferencia del Nobel “Disminución del ozono polar”. En ella, comenzó indicando que el 90 % del ozono se encuentra en la estratosfera, una zona cuya temperatura es de 210 K en la base (a 10-15 km) y de 275 K a 50 km de altitud. La máxima concentración de ozono es de varias partes por millón: se produce por la acción del Sol en la parte superior de la estratosfera y se destruye por la acción de los radicales libres. Molina y Rowland apuntaron que los CFC no se destruyen por la lluvia ni por la oxidación debida a los OH, pero sí por el UV en la estratosfera superior, desprendiendo cloro atómico. Este cloro rompe moléculas de ozono de acuerdo con el mecanismo: Cl + O3 = ClO + O2 ; ClO + O = Cl + O2 ; en suma: O + O3 = 2 O2 . Molina, en 1987, observó la existencia del peróxido de cloro, Cl2O2, del que expuso su estructura geométrica y lo incluyó en un nuevo mecanismo: 2 (Cl + O3 = ClO + O2) ; ClO + ClO + M = Cl2O2 + M ; Cl2O2 + UV = 2 Cl + O2 ; en suma: 2 O3 + UV = 3 O2 . Y afirmó que el ciclo del peróxido de cloro (procedente de los CFC) era el responsable de más de dos tercios de la pérdida de ozono. Además añadió que la estratosfera apenas tiene nubes, ya que el agua está, como el ozono, en partes por millón: esas nubes son condensaciones sobre aerosoles del ácido sulfúrico formado a partir del SO2 procedente de las emisiones volcánicas, y pueden participar en reacciones químicas heterogéneas.

Sherwood ROWLAND, deportista de nivel en las competiciones universitarias de baseball, estudió en la Universidad de Chicago con maestros tales como Urey, Fermi, Maria Mayer y Taube (dos premios Nobel en el presente y dos en el futuro). Se doctoró en 1952 con una tesis sobre el bromo radiactivo producido por el ciclotrón dirigida por Libby (el del carbono 14). Siguió con su trabajo en isótopos radiactivos en las universidades de Kansas e Irvine, adonde llegó en 1965. Contactó con James Lovelock en 1972, quien, con el cromatógrafo de gases provisto de su ultrasensible detector de captura electrónica, había demostrado la presencia y distribución de freones en la atmósfera. Convencido de la persistencia de los CFC, cuando Molina se incorporó a su grupo comenzaron a trabajar en la demostración de que los freones dañaban la capa de ozono. Rowland recibió el premio con un título poco expresivo: “Disertación del Nobel en Química”. En la conferencia comenzó exponiendo su trabajo con los freones más empleados en la producción de aerosoles y como refrigerantes: los gases triclorofluormetano, CCl3F, y diclorotetrafluoretano, C2Cl2F4. Ya se ha dicho antes que estos compuestos liberan cloro atómico con la radiación ultravioleta: lo hacen mediante la reacción CCl3F + UV = Cl + CCl2F ; también se ha explicado cómo el cloro descompone el ozono. Rowland exhibió los datos de la pérdida de ozono en la primavera de 1985 obtenidos con el espectrómetro UV de Dobson, así como las famosas imágenes de las concentraciones totales de ozono tomadas desde el satélite Nimbus 7, en las que se aprecia el tamaño cambiante del agujero de la capa de ozono. También explicó el protocolo de regulación de los CFC y los cambios en las concentraciones en los últimos años. Terminó diciendo que aunque los CFC tienen una vida media en la atmósfera desde varias décadas hasta un siglo o más, parece que la disminución de ozono durante el siglo XXI está controlada.

Elias James COREY (Methuen, MA, 1928) recibió el premio Nobel de Química en 1990 “por su desarrollo de la teoría y la metodología de la síntesis orgánica”. Estudió y se doctoró en el MIT con un programa sobre la síntesis de penicilinas. Trabajó en química física orgánica aplicando la teoría OM a los estados de transición tridimensionales en las reacciones y, después, en síntesis enantioselectivas, con complejos metálicos y en química de enzimas. Tras estancias en EEUU con Woodward y en Suecia con Bergström, fue profesor en Harvard en 1959. En su conferencia del Nobel titulada “La lógica de la síntesis química: Síntesis multietapa de moléculas carbogénicas complejas”, dijo que la síntesis está en el corazón de la química y recordó los grandes logros históricos: la vitamina A (O.Isler, 1949), la cortisona (Woodward y Robinson, 1951), la morfina (M.Gates, 1956), la penicilina (J.C.Sheehan, 1957) y la clorofila (Woodward, 1960). Corey señaló que a él le enseñó A.C.Cope (1909 – 1966) en 1947. Al método de síntesis utilizado lo denominó ‘análisis retrosintético’, que se inicia con la estructura de la molécula que se desea producir y consiste en ir rompiendo enlaces para simplificar paso a paso la estructura y obtener compuestos precursores sencillos (y a ser posible comercialmente asequibles) para reconstruir la molécula. El primer ejemplo de síntesis que explicó fue la del longifoleno, un terpeno líquido de complicada estructura. Añadió que las síntesis pueden ser asistidas por ordenador, pero que hay que resolver muchas problemas de computación difíciles y generar cantidades enormes de información estructural, química y estereoquímica; para ello se requiere un software poderoso. A continuación, Corey expuso algunas síntesis espectaculares de las muchas que realizó: la hormona juvenil de la polilla cecropia, utilizada para el control del insecto; el antibiótico eritromicina; la lactona sesquiterpénica bilobalide, un componente extraíble del árbol ginkgo biloba de uso parafarmacéutico; la maitancina y la aplasmomicina, citotóxicos quizá anticancerígenos, que son moléculas macrocíclicas que requieren síntesis enantioselectivas; los ácidos giberélico y anterídico, hormonas de plantas; y tantos más. El último ejemplo de síntesis que expuso Corey fue una exhibición: la prostaglandina, el primero de los eicosanoides cuya estructura determinaron Bergström y Smuelsson y que les valió el Nobel de Medicina o Fisiología en 1982, de la que logró la síntesis controlando la estereoquímica y la catálisis. Sus muchos colaboradores y discípulos entronizan a Elias Corey a la posición del gran Robert Woodward, el mayor exponente de la síntesis orgánica del siglo XX.

George A. OLAH (Budapest, 1927 – Los Angeles, 2017) recibió el premio Nobel de Química en 1994 “por su contribución a la química de los carbocationes”. Hijo de un abogado húngaro, estudió química orgánica con Geza Zemplen, discípulo de Emil Fischer, y se doctoró en Budapest en 1949. Él, su esposa, también química, y 200000 personas se fueron de Hungría en 1956 tras las revueltas contra los soviéticos. En 1957 pasó, ayudado por Ingold y Todd, de Londres a Canadá, donde trabajó en la Dow Chemical dedicándose ya a los carbocationes. En 1965 fue profesor de la Universidad de Cleveland, Ohio, y en 1977, con nacionalidad estadounidense desde hacía algunos años, se trasladó, con quince de los suyos, a la Universidad de Southern California. En su discurso del Nobel, titulado “Mi investigación en carbocationes y su papel en química”, Olah comenzó haciendo un repaso histórico del tema, indicando que los iones carbonio (carbocationes) habían sido considerados intermediarios en las reacciones, y como tales, sustancias hipotéticas de una vida tan breve que no podían ser aislados. Pero hacia 1963 él consiguió obtenerlos a partir de fluoruros de alquilo (u otros fluoruros orgánicos RF) tratados con un ácido de Lewis tan extremadamente fuerte como el pentafluoruro de antimonio (SbF5). Así preparó iones carbonio R+ disueltos a temperaturas muy bajas (—80ºC o menores) en disolventes poco nucleofílicos (SO2F2, por ejemplo). La vida suficientemente larga de los R+ permitió realizar espectros de RMN y caracterizar su estructura. En estos compuestos existe un carbono deficiente de electrones: con sólo seis se une trigonalmente a tres átomos mediante orbitales sp2 (enlaces sigma) y contiene un cuarto orbital p vacío situado por encima y por debajo del plano de los enlaces. Olah estudió la estabilidad de los carbocationes. Por ejemplo, la estabilidad del trimetil carbonio (CH3)3C+, es inferior a la del trimetoxi carbonio (CH3O)3C+. En general, los sustituyentes que sueltan electrones deslocalizan la carga y estabilizan el catión, y al contrario los que atraen electrones; pero al ganar estabilidad pierden reactividad electrofílica. Los carbocationes han servido para clarificar mecanismos de reacciones. El proceso de su síntesis se ha empleado para preparar alcanos superiores a partir de metano, isomerizar alcanos lineales a ramificados, obtener gasolinas de mayor octanaje, romper aceites pesados, licuar carbón en condiciones de craqueo suave, y otras.

Karry B. MULLIS (Lenoir, NC, 1944) y Michael SMITH (Blackpool, UK , 1932 – Vancouver, 2000) compartieron el premio Nobel en 1993 “por su invento del método de la reacción en cadena de la polimerasa (RCP)” y “por sus contribuciones fundamentales al establecimiento de la mutagénesis directa basada en oligonucleótidos y su desarrollo para estudios de proteínas”. Respectivamente.

Karry MULLIS se doctoró en bioquímica (1966) dirigido por J.B.Neilands en Berkeley. El resto de su biografía es amor, viajes y cansancio de hablar del RCP. En su conferencia del premio Nobel, titulada, naturalmente, “La RCP”, confesó que sus héroes fueron Max Delbrück, premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1969, que inspiró a Erwin Schrödinger su librito ‘¿Qué es la vida?’, y Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965. Se preguntó, ¿cómo inventé la RPC? Y dijo que después de sintetizar muchos oligonucleótidos para detectar mutaciones, se le ocurrió volviendo a casa en automóvil de noche ¡¡Eureka!! ¡Por Thor! Gritó. Paró el coche y calculó que 2 elevado a 20 superaba el millón. Era el año 1985. El método consiste en poner en contacto oligonucleótidos sintéticos con ADN en presencia de la enzima ADN polimerasa. Las hebras de ADN se separan al calentarlas y dos oligonucleótidos se unen a cada pareja de hebras en extremos opuestos y en los lugares adecuados de la molécula. En los puntos de contacto, la polimerasa añadida lee el código genético y liga las palabras de modo que se forman dos nuevas hebras de ADN. Estas nuevas hebras se pueden reduplicar. Si el proceso se repite entre 20 y 60 veces, se obtienen millones de copias del ADN en unas horas, ya que en cada etapa se duplica el número de copias. Poco después de conocerse el procedimiento empezaron a emplearse aparatos comerciales que funcionaban automáticamente y que se utilizaban, por ejemplo, para con muestras minúsculas reconocer genéticamente los padres de hijos ignorados, criminales que hayan dejado huellas genéticas, detectar el virus del SIDA, estudiar defectos genéticos antes del nacimiento o copiar el ADN de fósiles como en la novela ‘Parque Jurásico’. Al díscolo y peculiar Mullis le tocó el Nobel sólo ocho años después.

Michael SMITH se doctoró en la Universidad de Manchester en 1956. En ese mismo año obtuvo una beca posdoctoral para trabajar con el profesor H.G.Khorana (bioquímico, premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1968, al que debía toda su carrera científica, dijo agradecido) en Vancouver. Allí se dedicó a la síntesis de oligonucleótidos, fragmentos de ADN. Después, ya ciudadano canadiense, hizo visitas sabáticas a distintas universidades, fue cofundador de una compañía biotecnológica y tuvo responsabilidades administrativas de alto nivel. En su lección del Nobel, titulada “ADN sintético y biología” exhibió una tabla con los pares de bases de los oligonucleótidos de varios organismos enumerados por orden de longitud creciente: virus, bacterias, hongos, plantas y animales. En ellos estudió la estabilidad a la temperatura y la especificidad. Y los utilizó para el aislamiento de genes, para secuenciar ADN de dos hebras, para definir con precisión los extremos del ARN mensajero y para, en fin, realizar la mutagénesis directa. Smith puso un ejemplo de su método: Sintetizamos un oligonucleótido con el ADN cambiado (sea una adenina por una guanina) y hacemos que se una a un ADN vírico en presencia de la enzima ADN polimerasa, obtendremos un ADN sintético con una palabra del código mutada que, al multiplicarse en bacterias, producirá proteínas mutadas con un aminoácido cambiado. Con este método, enfatizó Smith, se puede estudiar en detalle cómo funcionan las proteínas, qué determina su estructura tridimensional y cómo interaccionan. (De hecho, el método ha hecho cambiar el diseño de los experimentos a los investigadores, dijo). Asimismo, el método permite obtener proteínas con propiedades deseadas, por ejemplo, que sean más resistentes a los ácidos y al agua a temperaturas más altas. Actualmente, dijo Smith, se está intentando una hemoglobina para reemplazar a la sangre, anticuerpos que neutralicen a las células del cáncer, la curación de las enfermedades hereditarias, y plantas que utilicen con mayor eficiencia el CO2 en la fotosíntesis. Además, por si lo anterior sabía a poco, dijo que se está estudiando la estructura de las proteínas relacionadas con la formación de placas en la enfermedad de Alzheimer, la terapia para la fibrosis quística, el mecanismo de la hemofilia, de la neurotransmisión y de la inmunodeficiencia, los posibles procedimientos para mejorar la acción enzimática…Parece que el profesor Smith estaba contento.

Sidney ALTMAN (Montreal, 1939) y Thomas CECH (Chicago, 1947) compartieron el premio Nobel de Química en 1989 “por su descubrimiento de las propiedades catalíticas del ARN”.

Sidney ALTMAN estudió física y biofísica. En 1967 se doctoró en la Universidad de Colorado con una tesis dirigida por Leonard Lerman. En 1969 estuvo en el MRC Laboratory of Molecular Biology en Cambridge, Inglaterra, con S.Brenner y F.Crick, donde ayudó al descubrimiento de la enzima relacionada con el ARN ribonucleasa P (RNasa P). En 1971 fue profesor asistente en la Universidad de Yale y profesor en 1980. En su conferencia del Nobel, titulada “Clivaje enzimático de ARN por ARN”, explicó cómo se había producido la gran sorpresa: la secuencia

ADN <=====> ARN ——-> Proteína

que indica cómo la información genética se transmite mediante el ARN desde el ADN a las proteínas, que son las responsables de catalizar la construcción de las estructuras moleculares, no es una representación completa de lo que se considera el ‘dogma central de la biociencia’, porque el ARN, además de transmitir, tenía todas las propiedades de una verdadera enzima: se necesitaba en pequeñas cantidades y era estable durante la reacción. Altman, trabajando con una enzima constituida por ARN+proteína de la bacteria E.coli comprobó que al separarlas la enzima no catalizaba, luego el ARN era necesario para la catálisis. Además, demostró el mecanismo por el que la RNasa P catalizaba reacciones de clivaje (ruptura de enlaces y separación de fragmentos) en los enlaces fosfodiéster del ARN. Altman, en su discurso, exhibió una tabla en la que se detallaban las reacciones bioquímicas catalizadas por el ARN.

Thomas CECH se doctoró en 1975 en la Universidad de California Berkeley. Tras pasar por el MIT, en1983 fue profesor en la Universidad de Colorado, y en 1988 presidente del Howard Hughes Medical Institute. Cech fue el primero en demostrar que el ARN podía catalizar una reacción química. En su discurso de aceptación del Nobel, titulado “Autoempalme y actividad enzimática de una secuencia en la que interviene el ARN del Tetrahymena’’, mostró una microscopía electrónica del ADN recombinante del Tetrahymena thermophila, un protozoo ciliado de agua dulce, destacando las zonas de empalme y las de clivaje endonucleolítico. Cech demostró que el ARN podía autoempalmarse sin catálisis de proteínas. El proceso se desarrollaba mediante la intervención de un intrón, una secuencia de polinucleótidos dentro de un gen que no codifica e interrumpe a los exones, las secuencias que codifican. El intrón, denominado IVS (siglas de intervening sequence), es eliminado tras la interacción de una molécula de guanina con un grupo hidroxilo, uniéndose los extremos de los exones y quedando empalmado el ARN. Este proceso es crucial para la transcripción del mensaje genético.

Los descubrimientos de Cech y Altman dieron paso a varios temas de investigación: la posibilidad de obtener nuevos agentes terapéuticos que rompiesen el ARN de los virus, de crear nuevas enzimas ARN, de desarrollar plantas resistentes a los virus, de estudiar cómo empezó y se desarrolló la vida conociendo la información genética y catalítica del ARN de las células primigenias, etcétera. Cech se dedicó después a la investigación de los telómeros, estructuras que protegen los extremos de los cromosomas, y de la telomerasa, la enzima que copia y alarga las secuencias de los telómeros.

Johann DEISENHOFER (Zusmaltheim, Baviera, 1943), Hartmut MICHEL (Munich, 1948) y Robert HUBER (Luisburgo, 1937) compartieron el premio Nobel de Química en 1988 “por la determinación de la estructura tridimensional de un centro de reacción fotosintético”.

Hartmut MICHEL estudió bioquímica y se doctoró en 1977 con el estudio de la correlación de los niveles intracelulares de ADP y ATP con el gradiente de protones a través de la membrana de la célula de una holobacteria. Después intentó cristalizar las proteínas de la membrana de bacteriorodopsina y obtuvo cristales bidimensionales. Tras realizar estudios en el MRC de Cambridge sobre microscopía electrónica y rayos X con Richard Henderson (premio Nobel de Química en 2017) en 1980 consiguió cristales tridimensionales pero sin éxito final. En 1981, trabajando con Huber, consiguió aislar y cristalizar el centro de reacción fotosintético de una bacteria (el año más feliz de su vida, con el nacimiento, además, de su hija). En 1987 llegó a director del Instituto Max Planck de Francfurt.

Johann DEISENHOFER empezó a trabajar con Robert Huber en 1971. Obtuvo el doctorado en 1974 con la elucidación cristalográfica de la estructura del inhibidor de la tripsina pancreática bovina. Después trabajó en estructura de proteínas con cristalografía de rayos X y computadoras. En 1982 se empeñó en el estudio del centro de reacción (RC) aislado por Michel: en poco más de un año lograron establecer su estructura tridimensional. En 1988 se trasladó a EEUU como profesor de bioquímica de la Universidad de Texas.

Deisenhofer y Michel escribieron a medias la conferencia del Nobel, de cuarenta páginas, titulada “El centro de reacción fotosintético de la bacteria púrpura ‘Rhodopseudomonas Viridis”. Michel comenzó explicando las mejoras que fue introduciendo hasta conseguir unos perfectos cristales tetragonales del RC bacteriano. A continuación, Deisenhofer contó pormenorizadamente cómo habían determinado la estructura del RC por cristalografía de difracción de rayos X: reemplazando mediante compuestos con átomos pesados y utilizando los mejores programas de ordenador disponibles consiguieron calcular las fases (con una resolución de hasta 2,3 angstrom) y un mapa de la densidad electrónica. Las diversas fotografías que mostró (lamentablemente sin colores en el ejemplar consultado) denotaban que el RC está compuesto por dos subunidades proteínicas homólogas. Los grupos hemo del citocromo, esto es, los pigmentos donantes de electrones, están colocados en la interfase de las subunidades. Además de elucidar las secuencias de los aminoácidos de las subunidades de dos bacterias púrpura, las compararon con las secuencias de las proteínas de los cloroplastos de las espinacas. Los RC han cambiado, dijeron, pero los cambios sugieren una relación evolucionaria.

Robert HUBER se doctoró en 1963 con una tesis sobre estructuras cristalinas determinadas por difracción de rayos X. Después trabajó con enzimas proteolíticas y sus inhibidores, con inmunoglobulinas y sus fragmentos, de cuya estructura elucidó varios, y de las proteínas complementarias. En 1976 fue profesor en la Universidad Técnica de Munich y en 1980 empezó a estudiar las proteínas implicadas en la excitación de energía y en la transferencia de electrones en el centro de reacción fotosintético, estudios a los que unieron Michel y Deisenhofer. Para la experimentación de la cristalografía de proteínas elaboró varios programas de computadora. Su lección del Nobel, de 43 páginas, titulada “Una base estructural de la transferencia de energía luminosa y de electrones en Biología”, la dedicó a dar una visión de conjunto del mecanismo de la fotosíntesis en bacterias. En ella, comenzó anunciando que se había elucidado por cristalografía de rayos X la transferencia intramolecular de energía luminosa y de electrones, demostrando que tiene lugar mediante tres cofactores que son complejos proteínicos. En un primer paso, la luz es colectada por las ficobilisomas (FBS) de las cianobacterias (la ficocianobilina, grupo prostético cromóforo) y transfieren energía luminosa y electrones, en un segundo paso, al centro de reacción (RC). La transferencia de energía se realiza, en unos picosegundos, desde los componentes donantes activados del FBS hasta los receptores del RC que se encuentran en un estado de menor excitación: D* + R = D + R*. Los electrones se transfieren al sistema de pigmentos (receptores quinona) del RC, para lo que se requiere un solapamiento efectivo de orbitales moleculares y muy poca energía de activación. El tercer paso son las reacciones de reducción del oxígeno por los electrones, que tienen lugar en el RC mediante la acción catalítica de las oxidasas azules. En concreto, la enzima ascorbato oxidasa, dijo Huber, es un polipéptido con cobre compuesto por 553 residuos de aminoácidos que requiere cuatro electrones y cuatro protones para formar dos moléculas de agua en el proceso de reducción del oxígeno.

El equipo de los tres investigadores alemanes explicó así el mecanismo de la fotosíntesis bacteriana, que aunque es más sencilla que la de las plantas, incrementó el conocimiento del mecanismo y evidenció la enorme velocidad con que se producen las transferencias de energía y electrones en los sistemas biológicos.

Charles J. PEDERSEN (Corea, 1904 – Salem, NJ, 1989), Jean Marie LEHN (Rosheim, Francia, 1939) y Donald J. CRAM (Chester, VT, 1919 – Palm Desert, CA, 2001) compartieron el premio Nobel de Química en 1987 “por el desarrollo y empleo de moléculas con interacciones de gran selectividad específicas de su estructura”.

Charles J. PEDERSEN, hijo de marino noruego y japonesa, nació en Corea y se educó en inglés con marianistas en Yokohama. Estudió ingeniería química en la Universidad de Dayton y química orgánica en el MIT. Trabajó como químico en la empresa Du Pont Co. durante 42 años en Wilmington y Salem. Investigó en la química de la coordinación y, principalmente, en las propiedades catalíticas de los metales de transición. En 1967 descubrió los éteres corona, unas moléculas constituidas por un anillo flexible de átomos de carbono con átomos de oxígeno situados a intervalos regulares que atrapan átomos metálicos en el centro del anillo. En su lección del Nobel, titulada “El descubrimiento de los éteres corona”, explicó cómo obtuvo el dibenzo-18-corona-6, un anillo de 18 átomos que incluye dos bencenos y una corona de 6 átomos de oxígeno con enlaces éter, CH2-O-CH2, así como otros análogos: benzo-15-corona-5, dibenzo-21-corona-7, ambos de estructura plana, y el diciclohexil-24-corona-8 que no es plano. Los tamaños de los cuatro compuestos anteriores están comprendidos entre 17 y 43 angstroms. Pedersen añadió que se habían preparado hasta 60 moléculas diferentes formadas por entre 12 y 60 átomos en el anillo poliéter incluyendo de 4 a 10 átomos de oxígeno, y que algunas de ellas también contenían átomos de nitrógeno o azufre. Con el esqueleto hidrocarbonado orientado hacia el exterior y los oxígenos hacia el interior, los poliéteres complejan, en el centro del anillo, cationes de los metales alcalinos y alcalinotérreos, así como los de transición Cu I, Ag, Au, Zn, Cd, Hg II y La.

Jean Marie LEHN ya de adolescente montó en su casa un pequeño laboratorio. En 1963 se doctoró en química orgánica física en el ‘Centre National de la Research Scientiphique’. Durante un año trabajó con Woodward en Harvard participando en la síntesis de la vitamina B12 y estudió cuántica con Roald Hoffmann. En la Universidad de Estrasburgo utilizó para muchos procesos la Resonancia Magnética Nuclear y la computación cuántica ab initio. En 1967 observó que los antibióticos naturales eran capaces de hacer permeables las membranas a los cationes, quiso hacer moléculas que imitasen este comportamiento y diseñó los criptatos. Sus trabajos en este campo los expuso en su macrolección del Nobel (48 páginas y 193 citas, la más larga de la historia) titulada “Química supramolecular: ámbito y perspectivas. Moléculas. Supermoléculas. Ingenios moleculares”. Lehn definió la química supramolecular como la química que mediante el enlace intermolecular asocia las estructuras y funciones de dos o más especies químicas. El reconocimiento entre especies para formar enlaces receptor-sustrato puede ser esférico, tetraédrico o lineal, sean de la misma clase, metálicos, anfifílicos o aniónicos, dijo. Con estas bases, Lehn sintetizó una serie de supermoléculas que cumpliesen diferentes funciones. Unas en las que la catálisis supramolecular se efectúe mediante reacciones de clivaje o de formación de enlaces. Otras en las que moléculas receptoras lipofílicas actúen en procesos de transporte con gradientes de pH, redox o lumínico. Lehn distinguió dos clases de moléculas: los receptores internos, con cavidades mediante las cuales interaccionan, y los exorreceptores, que interaccionan con los sustratos en superficie. A estos los llamó metalonucleatos. De las supermoléculas, Lehn pasó a la definición de los conjuntos polimoleculares. En ellos, los reconocimientos, transferencias y transformaciones se realizan a través de fotones, electrones o iones, lo que supone la introducción de receptores fotoactivos, o de cadenas poliolefínicas para la transferencia de electrones en los procesos redox, o de receptores macrocíclicos para los canales iónicos. Esta ingeniería molecular y supramolecular abre perspectivas hacia la realización de ingenios moleculares que podrían llevar a cabo operaciones de reconocimiento, reacción y transferencia de información a nivel molecular, concluyó.

Donald j. CRAM, tras una infancia narrada al estilo Tom Sawyer, reconoció que, después, la investigación científica fue su dios. Se doctoró en Harvard al acabar la Segunda Guerra Mundial y en 1947 ingresó en la Universidad de California, Los Ángeles. En su conferencia del Nobel, titulada “El diseño de anfitrión-invitados y sus complejos” empezó diciendo que las publicaciones de Pedersen y Lehn demostraron las oportunidades que ofrecían la química de los complejos, por lo que pensaron que con moléculas relativamente sencillas tipo sandwich podían simular a las enzimas. Los complejos están formados por un anfitrión y un invitado unidos por muchos lugares al igual que el receptor y el donante en la química biológica. Cram y sus colaboradores trabajaron con estructuras de corona (Pedersen), de cripta (Lehn) y otras en forma de percha, nido y cápsula. Distinguieron también modelos preorganizados de sistemas ligandos (‘spherands’) y sus complejos de metales alcalinos u otros (‘spheraplexes’). Además, como el reconocimiento de la quiralidad es fundamental en el campo biótico, sintetizaron un anfitrión enantioméricamente puro para distinguir enantiómeros en la formación de complejos de aminoácidos y ésteres. Para la síntesis de imitadores de enzimas tomaron como modelo la transacilasa, enzima que opera en la biosíntesis de ácidos grasos con un mecanismo de acción conocido. Demostraron que las síntesis eran posibles si los complejos imitadores podían actuar en una amplia gama de velocidades de reacción y tenían sensibilidad para la inhibición competitiva. Cram llamó ‘cavitands’ (cavitandos) a los imitadores sintéticos que contienen superficies cóncavas (cavidades) de dimensiones moleculares a las que convergen grupos funcionales que ligan sustratos y catalizan; y ‘carcerands’ (carceleros) a las celdas moleculares de las que el invitado no puede escapar.