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.

Herbert A. HAUPTMAN (Nueva York, 1917 – Buffalo, NY, 2011) y Jerome KARLE (Nueva York, 1818 – 2013) compartieron el premio Nobel de Química en 1985 “por sus extraordinarios logros en el desarrollo de métodos directos para la determinación de estructuras cristalinas”.

HAUPTMAN comenzó su relación con Karle en el Naval Research Laboratory de Washington en 1947. Sus estudios en matemáticas se complementaron con la preparación de Karle en química física y hacia 1953 fueron capaces de desarrollar un sistema de ecuaciones con las que, a partir de las medidas de intensidad de los rayos X, era posible determinar las estructuras moleculares. En su conferencia del Nobel, titulada “Métodos directos y dispersión anómala”, Hauptman informó del progreso de sus investigaciones. Comenzó diciendo que, en un diagrama de rayos X de una sustancia cristalina, la densidad electrónica determina el patrón de difracción, es decir, las magnitudes y las fases de los máximos de difracción. Estos datos son en general suficientes, sabiendo que el cristal está compuesto de átomos discretos cuyos números atómicos se conocen, para determinar las estructuras cristalinas. En el caso de un cristal centro simétrico o de cristales que posean otros elementos de simetría, dijo, se debe fijar en ellos el origen e introducir distribuciones de probabilidad de diversos factores de estructura para la determinación de las fases. A las combinaciones lineales de las fases las llamaron ‘invariantes’ y ‘semi-invariantes’ de estructura, que sirvieron para conectar las intensidades de difracción observadas con las fases necesarias de los factores de estructura. Hauptman explicó cómo se podían calcular las distribuciones de probabilidad teniendo en cuenta el entorno de vecindad. Y enunció el principio fundamental de la determinación de estructuras por métodos directos: el conjunto de los cosenos de las semi-invariantes conduce a los valores de las fases individuales. En 1954 se doctoró en la Universidad de Maryland con una tesis puramente matemática: “Un algoritmo euclidiano n – dimensional”. Hacia 1980, cuando trabajaba en el Medical Foundation of Buffalo (que después llevaría su nombre), Hauptman inició el sistema de combinar los métodos directos con la dispersión anómala en un intento de facilitar la solución de las estructuras de los cristales macromoleculares, demostrando que la presencia de uno o dos dispersores anómalos facilita la solución del problema de las fases.

Jerome KARLE se doctoró en 1944 en la Universidad de Michigan, donde dedujo una teoría sobre los patrones de difracción de electrones en las monocapas orientadas de hidrocarburos de cadena larga. En 1946, él y su esposa Isabella entraron en el Naval Research Laboratory, donde se les unió Hauptman. En su conferencia del Nobel, titulada “Recuperando información de fases a partir de los datos de intensidad”, explicó que en un cristal las unidades atómicas o moleculares están dispuestas de modo que presentan periodicidad tridimensional. Por ello, es posible describir estos ordenamientos con series de Fourier que representen la estructura cristalina mediante la distribución de la densidad electrónica en el cristal. Esto es equivalente, dijo, a situar la posición de los átomos en las regiones con mayor densidad electrónica. La técnica experimental empleada es la difracción de rayos X, con la que se obtiene un patrón de dispersión diferente para cada sustancia cristalina. Los coeficientes de las series de Fourier son números complejos y las fases de dichos números no son fácilmente asequibles, enfatizó: son necesarias varias etapas matemáticas para establecer relaciones entre fases y magnitudes y entre fases solas y, finalmente, desarrollar procedimientos prácticos para la determinación de las estructuras. Karle empleó varias fórmulas para la determinación de la fase en cristales centro-simétricos y no centro-simétricos; en éstos, que son mayoría, se requirió la teoría de invariantes y semi-invariantes. Además, utilizó cuidadosamente las medidas de probabilidad en cada etapa de una determinación de fase. La determinación práctica de las estructuras fue laboriosamente ejecutada por Isabella Kale. Entonces, dijo su marido, no existían los potentes ordenadores actuales ni los rayos X generados por sincrotrón. A continuación, Karle enumeró en su conferencia las múltiples aplicaciones que se derivan del conocimiento de las estructuras: la relación con su función en metales, minerales, macromoléculas y virus, con sus propiedades físicas, químicas y biológicas, con las síntesis y los mecanismos de reacción…Y prosiguió exponiendo algunas complejas estructuras por ellos elucidadas: los cuatro confórmeros del ciclo-hexaglicil, el dihidrato de L-arginina, la estéreo configuración de los alcaloides batracotoxina e histrionicotoxina, etcétera, recordando la importancia que han tenido estos métodos en el conocimiento de vitaminas, antibióticos y hormonas.

Paul BERG (Nueva York, 1926) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1980 “por sus estudios fundamentales de la bioquímica de los ácidos nucleicos, especialmente del ADN recombinante”. Walter GILBERT (Boston, 1932) y Frederick SANGER (Redcombe, UK, 1818 – Cambridge, UK, 2013) compartieron la mitad del mismo premio “por sus contribuciones a la determinación de la secuencia de bases en los ácidos nucleicos”.

Paul BERG estudió bioquímica y sirvió como piloto de caza submarinos en la Segunda Guerra Mundial. Se doctoró en 1952 con una tesis sobre el metabolismo C1 en el que actúan como cofactores las vitaminas B12 y B9 (ácido fólico). Estudió en Copenhague con H.Kalckar. Trabajando con A.Kornberg (premio Nobel de Medicina o Fisiología con Severo Ochoa en 1959) descubrieron una nueva enzima de activación, la sintetasa específica, que forma aminoacil adenilatos con los aminoácidos; estos compuestos se unen al ARN de transferencia dando aminoacil–ARNt, que es el intermediario activado en la síntesis de proteínas. Así, Berg se encontró haciendo la transición de la bioquímica clásica a la biología molecular, preocupándose por cómo actúan los genes y cómo se forman las proteínas.

En su lección de aceptación del Nobel, titulada “Disecciones y reconstrucciones de genes y cromosomas” Berg relató su trabajo con Renato Dulbecco (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1975) en el Salk Institute con los virus tumorales de los simios SV40. El genoma del virus reside en una molécula de ADN circular con 5-8 genes y contiene 5243 pares de nucleótidos. Después, Berg y sus colaboradores consiguieron insertar ‘in vitro’ el ADN de un plásmido bacteriano en el ADN del SV40. Para ello, tuvieron que convertir en lineales las moléculas circulares extracromosómicas del plásmido, quitarles nucleótidos y añadirles ‘colas’ capaces de formar enlaces covalentes. De esta manera crearon la primera molécula de ADN ‘fabricada’ con partes de organismos diferentes, un ADN híbrido que fue conocido con el nombre de ADN recombinante. Había nacido, en 1972, la ingeniería genética, que podría, dijo Berg, dar paso a una nueva medicina: por ejemplo, a la sustitución de genes defectuosos por normales; pero para la terapia génica, insistió, se necesita un mayor conocimiento de cómo están organizados los genes, cómo funcionan y cómo son regulados, para lo que se precisa la colaboración de especialistas de áreas diversas. No obstante, uno de los primeros resultados prácticos de la tecnología recombinante fue el desarrollo de una cepa de bacterias que contenían un gen capaz de producir insulina, la hormona de los mamíferos.

Walter GILBERT se doctoró en 1957 en la Universidad de Cambridge con una tesis sobre la dispersión de partículas elementales dirigida por Abdus Salam, premio Nobel de Física en 1979. Tras ser profesor asistente de física teórica se cambió a la investigación experimental en biología molecular. Trabajó con James Watson (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1962) en la identificación del ARN mensajero, una copia de vida corta de un gen del ADN que lleva información del genoma a los ribosomas, la fábrica de las proteínas. Tras ser usado unas pocas veces, el ARNm se rompe y se recicla en otros ARN. Gilbert, según sus propias palabras, demostró que una sola molécula mensajera servía a muchos ribosomas y que la cadena creciente de polipéptido permanecía siempre unida al ARN de transferencia. Así se efectuaba la síntesis de las proteínas: la cadena se transfiere de un ARNt a otro a medida que crece según la orden dictada por el ARNm, orden que a su vez procede del código genético del ADN.

Gilbert, en su conferencia del Nobel titulada “Secuenciación del ADN y estructura de los genes”, señaló que, con Müller Hill, aislaron el represor lactosa, una proteína producida por un gen en cantidades mínimas, por lo que es difícil de identificar, caracterizar y purificar. La función del represor ‘lac’ consiste en controlar un segundo gen, desenchufándolo si su producto no se necesita; parece ser que esto lo consigue uniéndose al gen operador alineándose con él en virtud de su forma alargada. Así, el ‘lac’ actúa como represor del operón de la lactosa, que es el conjunto de genes (regulador –lac-, operador y estructurales) que metabolizan la lactosa. Gilbert aisló el fragmento de ADN al que se une el represor, lo cual fue el principio del estudio del genoma: éste puede ser descrito estableciendo el orden en que están colocados los nucleótidos (formados por pentosa-base nitrogenada-grupo fosfato) que constituyen la molécula de ADN. En 1976, Maxam y Gilbert desarrollaron un método para secuenciar rápidamente el orden de los nucleótidos. Para ello, empleando el represor, marcaron con el radioisótopo fósforo 32 el extremo de una de las hebras de ADN, trataron los nucleótidos con reacciones químicas específicas para cada una de las bases nitrogenadas, separaron los productos de las cuatro bases mediante electroforesis en gel de poliacrilamida, y dedujeron la secuencia a partir del patrón de las bandas radiactivas obtenidas. Además de estos logros, Gilbert también hizo una primera propuesta de la estructura de los genes, diferenciando los exones, una región del gen que codifica proteínas a través del ARNm, de los intrones, largas cadenas del ADN que no codifican y que separan unos exones de otros.

Frederick SANGER manifestó que secuenciar ácidos nucleicos es parecido a hacerlo con proteínas, trabajo que realizó con éxito en 1943 y que le valió su primer premio Nobel de Química en 1958. En 1962 se trasladó al Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge donde estaban Perutz, Crick, Kendrew, H.E.Huxley, Klug y los ácidos nucleicos. En 1977 desarrolló el método de secuenciación enzimática, que expuso en su conferencia del Nobel titulada “Determinación de las secuencias de nucleótidos en el ADN”. Empezó trabajando con el ADN de una sola hebra de un bacteriófago y con un oligonucleótido sencillo (ON) capaz de hibridarse con una región del ADN. El ON se emplea como sustrato de la enzima ADN polimerasa, que va añadiendo mononucleótidos a la cadena y copia el ADN. Sanger, en su discurso, mostró el mapa genético del primer ADN completamente secuenciado: el de un bacteriófago con 5386 nucleótidos. También exhibió un mapa de los genes del ADNt mitocondrial de doble hebra identificando los que codifican proteínas. El método Sanger ha servido de base para la secuenciación automática que se emplea en la actualidad.

Sir Aaron KLUG (Lituania, 1926) recibió el premio Nobel de Química en 1982 “por el desarrollo de la microscopía electrónica y la dilucidación estructural de los complejos biológicamente importantes ácido nucleico-proteína”. Nació en Lituania, pero creció en Durban (Sudáfrica) y estudió en la Universidad de Ciudad del Cabo, especialmente rayos X, cristalografía, cuántica y análisis de Fourier. Obtuvo una beca para el laboratorio Cavendish, en Cambridge, RU, donde se doctoró con una tesis sobre el flujo de calor en las transiciones de fase en aleaciones, dirigida por el físico matemático D.R.Hartree. Después, con F.J.W.Roughton, estudió la difusión del oxígeno en los glóbulos rojos y calculó la constante de velocidad de la reacción del O2 con la hemoglobina. Tras pasar por el Birkberck College, donde trabajó con Rosalind Franklin, Donald Caspar y Francis Crick, entró, en 1962, en el MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK, donde investigaban otros grandes de la biología molecular estructural, esa ciencia que trata de describir la maquinaria biológica en detalle molecular, es decir, químico.

El microscopio electrónico de transmisión fue construido por Knoll y Ruska en 1933 y seis años después el propio Knoll (quizá con la ayuda de von Arpenue) construyó el microscopio de barrido. Klug, como relató en su conferencia del Nobel titulada “De las macromoléculas a los montajes biológicos”, puso en funcionamiento un combinado de ambos sistemas microscópicos que contaba con reconstrucción tridimensional de imagen, la cual permite pasar de una imagen 2D a otra 3D; por ejemplo, se pueden separar las contribuciones de dos capas cristalinas que se solapan mediante análisis de Fourier. Klug utilizó su ‘sistema de microscopía electrónica cristalográfica o de Fourier’, como él la denominaba porque estaba suplementada con análisis de rayos X, para el estudio de los virus, recordando que fue Rosalind Franklin quien le introdujo en el tema. (Si no hubiese fallecido quizá estuviese dando esta conferencia en mi lugar, dijo). Klug estudió el virus del mosaico del tabaco (VMT) deduciendo su forma cilíndrica y su tamaño (3000 angstrom de longitud, 180 de diámetro y 40 millones de dalton de masa). La cubierta consta de 2130 subunidades de proteínas idénticas empaquetadas en disposición helicoidal alrededor de una molécula de ARN de un solo filamento constituido por 6390 nucleótidos. Además, mostró una tabla mostrando las muchas publicaciones que se habían hecho en el laboratorio MRC: virus helicoidales, virus icosaedros y los fagos T2 y T4. También estudió Klug otros complejos diferentes de los virus: el ARNt y la cromatina. Dedujo que el ARNt tiene una estructura tridimensional en forma de L, con dos segmentos de doble hélice perpendiculares entre sí. Con respecto a la cromatina, partió de la base de que el nucleosoma, que consta de un octámero formado por dos moléculas de las cuatro histonas (proteínas), es la unidad fundamental. La molécula de ADN se enrolla en torno al nucleosoma y otra histona, la H1, se sitúa en las zonas donde se une y donde sale el ADN y las estabiliza. Cada nucleosoma se conecta al siguiente mediante un fragmento de ADN y forma una cadena, que se enrolla y pliega dando lugar a una fibra de cromatina. Esta se compacta para formar los brazos del cromosoma. Y Sir Aaron, judío practicante, siguió investigando.

Artturi Ilmari VIRTANEN (Helsinki, 1895 – 1973) recibió el premio Nobel de Química en 1945 “por su investigación e invenciones en la química de la agricultura y de la nutrición, especialmente por su método de preservación del forraje”. Se doctoró en 1919 en la Universidad de Helsinki, estudió Química Física en Zurich con G.Wiegner (1920), y bacteriología con C.Barthel (1921) y enzimología con H. von Euler (1922-3) en Estocolmo. Fue instructor de química (1924-39) y profesor de bioquímica (1939-48) en la Universidad de Helsinki. En 1929 estudió la fermentación de dioxiacetona a glicerol y ácido glicérico en presencia de fosfatos por efecto de la bacteria ‘colli’ : esta fue la primera fermentación elucidada químicamente de principio a fin. El premio Nobel se lo concedieron por el método AIV (sus siglas) de preservar el forraje como si fuera fresco para que las vacas dieran la misma cantidad de leche en los largos inviernos que en los veranos. El método lo puso a punto con su trabajo en su propia granja. Así lo explicó en su conferencia del Nobel titulada “La fijación biológica del nitrógeno y la preservación del forraje en agricultura, y su importancia en la nutrición humana”. En ella comenzó tratando el problema de la fijación del nitrógeno en los nódulos formados por las bacterias en las raíces de las plantas leguminosas. Discutió el papel de la leghemoglobina y propuso un mecanismo hipotético para la fijación del N2 a través de la hidroxilamina. Con respecto a la preservación de las cosechas de forraje, señaló que las sustancias nutritivas se rompían por varias causas: por la respiración de las plantas, por la fermentación debida a los microorganismos que genera ácidos láctico y butírico, y por rotura de las proteínas, también debida a los microorganismos, que produce amoniaco. En su investigación descubrió que la velocidad de descomposición aumentaba con el valor del pH, por lo que acidificó los forrajes almacenados hasta pH 3-4 utilizando preferentemente ácidos fuertes (clorhídrico y sulfúrico) porque había que gastar menos. Con este sencillo método consiguió inhibir las fermentaciones a amoniaco y butírico y reducir al mínimo la evolución a CO2. Virtanen también explicó cómo había estudiado la influencia de su método sobre la nutrición de personas y animales. Sólo encontró ventajas, por ejemplo, dijo, hay vitamina C en el forraje conservado y no en el heno seco.

Luis Federico LELOIR (París, 1906 – Buenos Aires, 1987) consiguió el premio Nobel de Química en 1970 “por su descubrimiento de los nucleótidos-azúcar y su papel en la biosíntesis de los carbohidratos”. El argentino Luis Federico vino de París, donde murió su padre poco antes de que él naciera. En 1932 se graduó como doctor en Medicina en la Universidad de Buenos Aires y trabajó en el Instituto de Fisiología en el metabolismo de los carbohidratos. En 1936 estuvo en el Biochemical Laboratory of Cambridge, UK, con el profesor F.G.Hopkins, premio Nobel de Fisiología en 1929. En el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires, del que fue director, desarrolló su actividad científica y obtuvo sus principales hallazgos, que describió en su conferencia del Nobel titulada “Dos décadas de investigación sobre la biosíntesis de sacáridos”. Leloir descubrió los nucleótidos-azúcar y aisló, entre otros, uridinadifosfato glucosa (UDP-glucosa), constituido por uracilo-ribosa-pirofosfato-glucosa. Estos compuestos resultaron ser clave en los procesos del metabolismo de los carbohidratos. Por ejemplo, en la asimilación de la lactosa, un disacárido formado por los monosacáridos galactosa y glucosa, los nucleótidos-azúcar UDP-galactosa y UDP-glucosa son cofactores en la transformación de galactosa en glucosa, mediante la acción de las tres enzimas necesarias. Si hay deficiencia enzimática, la galactosa no se transforma en glucosa, se acumula y origina galactosemia, una enfermedad que produce lesiones en el hígado y en el sistema nervioso central. Leloir también descubrió que la biosíntesis de carbohidratos no es inverso al metabolismo, sino que es un proceso con otras etapas. Por ejemplo, la UDP-glucosa y la glucosa1fosfato en presencia de la enzima glucógeno sintetasa producen glucógeno, un polisacárido formado por cadenas ramificadas de glucosa que constituya la reserva energética del organismo. Asimismo, Leloir señaló que se habían detectado muchas reacciones de transferencia en las que participan nucleótidos-azúcar, pero que en algunos casos las transferencias no son directas sino a través de lípidos como intermediarios. Así, con el soporte del undecaprenol pirofosfato o del poliprenol (con 20 unidades de isopreno) se van añadiendo moléculas de azúcares sencillos para dar polisacáridos.

En todo el desarrollo de su conferencia, Leloir no se olvidó de citar, reiterativamente, los nombres de los colaboradores que trabajaron con él en cada una de las investigaciones. Loor al maestro.