Los orígenes de la medicina molecular

A continuación se enlaza un excelente artículo escrito por Ramón Andrade (@3dciencia) conmemorando la publicación de un artículo histórico de Linus Pauling que supuso el origen del estudio de las enfermedades desde un punto de vista molecular; que fue un precursor de la biomedicina. Como siempre, excelentemente ilustrado por el propio Ramón Andrade y se ha publicado en su magnífico blog Flagellum. Impulsando la comprensión de la ciencia.

El 25 de Noviembre de 1949 Linus Pauling publica “Sickle cell Anemia, a Molecular disease” sobre la anemia falciforme primera enfermedad de la cual se conoció su causa molecular. Demostró que la hemoglobina de los individuos sanos sin eritrocitos distintos y los de afectados de anemia falciforme era diferente, tenía diferente movilidad en un campo eléctrico (electroforética). Había un tercer tipo de individuos con células falciformes presentes en sangre pero no afectados que parecían tener los dos tipos de hemoglobina. Por los resultados Pauling supuso era debido al cambio de una aminoácido con carga por otro sin ella. Un artículo fundamental donde nombró por primera vez el concepto de enfermedad molecular.

Ramón_Pauling_Anemia falcifomre

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¡Ya está aquí! El VIII Festival de la Cristalografía

Hace 10 meses lanzamos, desde este mismo blog, el Festival de la Cristalografía. Fue el 11 de noviembre de 2013 y sirvió para conmemorar el 111º aniversario del anuncio de la ecuación de Bragg, por parte de su mentor J. J. Thomson en una reunión científica de la Philosophical Society of Cambridge. Con esta comunicación científica, y su posterior aplicación en la resolución de la estructura cristalina del cloruro de sodio, quedaba “inaugurada” la cristalografía química.

festival_cristal_logo

El principal objetivo de la cristalografía es el estudio de la estructura en estado sólido de sustancias químicas (desde un sencillo elemento a un virus, que es un ensamblaje de moléculas). A partir de estos hallazgos se pueden entender muchas propiedades físicas, químicas, biológicas y tecnológicas. Por otro lado, estos resultados sirven para diseñar sustancias químicas y materiales con propiedades determinadas. La cristalografía es un área multidisciplinar, que se relaciona con otras ciencias, como se muestra en la imagen siguiente (en otro post explicaré con más detalle la relación de la cristalografía con otras ciencias).

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El principal objetivo del Festival de la Cristalografía es unirse a los esfuerzos que numerosos cristalógrafos y otros científicos interesados en el tema por promover el impacto social de la cristalografía y destacar la importante labor que la cristalografía juega en el progreso científico y en la educación y cultura científicas; lo que constituye algunos de los objetivos del Año Internacional de la Cristalografía, que celebramos en 2014.

Con este post inauguramos la VIII Edición del Festival de la Cristalografía, la de la Red Tetragonal Primitiva, una de las 14 redes cristalinas de Bravais tridimensionales; caracterizada por tres ángulos de 90º y dos de las aristas iguales, constituyendo un prisma rectangular de base cuadrada y conteniendo un eje de orden 4. Algunos minerales que pertenecen a este sistema cristalino son la scheelita (wolframato de calcio, una mena importante del wolframio; y que homenajea al gran químico Carl Wilhem Scheele, uno de los descubridores del oxígeno), el rutilo (la principal fuente de dióxido de titanio, uno de las sustancias químicas de mayores aplicaciones industriales; en la imagen), el zircón (silicato de zirconio, materia prima para la obtención del metal y sus compuestos), la cristobalita (un polimorfo de la sílice) y la pirolusita (dióxido de manganeso y un mena principal de este metal).

Rutile-122157Cristales de rutilo (Fuente: Wikipedia)

Las normas y el tipo de participación en el Festival de la Cristalografía son las que se indicaron en la primera edición.

A diferencia de otros carnavales científicos, en este Festival de la Cristalografía se puede participar a través de un blog o a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía; o a través de ambos.

Hay muchas maneras de participar, con material diverso (ver más abajo) y se puede comunicar la participación de dicersas maneras.

En el caso de que quieras participar a través de un post en un blog, puedes hacerlo poniendo una referencia a este post, y/o dejando un comentario al mismo, y/o comunicarlo a través de Twitter (@FestivalCristal ó @QuimicaSociedad) y/o a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía. Si quieres participar con un post, pero no tienes blog, no hay problema, se puede publicar (con tu nombre y filiación) en este blog.

Si queires participar con material distinto de un post, se puede hacer a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía, a través de Twitter (e@FestivalCristal ó @QuimicaSociedad). Si no tenéis (o no queréis usar las redes sociales), yo (o el anfitrión de turno del festival) nos encargaríamos de colgar la información en alguno de nuestros blogs. En esta  edición, puedes mandar un mensaje a b.herradon@csic.es.

Como se ha comentado anteriormente, en el Festival de la Cristalografía se puede participar de diversas maneras:

 1) Post publicados en cualquier web o blog. De cualquier tipo relacionado con la cristalografía: historia, biografías, conceptos, avances científicos, cristalografía y sociedad, relación con otras ciencias y artes.  etc.

2) Reseñas breves (a veces, sólo el título, si es suficientemente explicativo) de artículos publicados en revistas científicas que puedan ser de interés para los seguidores del Festival.

3) Enlaces a sitios de interés: revistas de cristalografía, sitios web, actividades en centros de enseñanza, etc. (tanto en España como en el extranjero).

4) Artículos en prensa y otras informaciones en medios de comunicación que tengan relación con la cristalografía.

5) Actividades del IYCr. En todo el mundo, especialmente en España.

6) Concursos de cristalografía.

7) Actividades en centros de investigación y en centros de enseñanza.

8) Material en video.

9) Imágenes de cristales. Sin duda, algunas de las imágenes más atractivas de la ciencia.

10) Material didáctica/educativo.

11) Recomendación de lecturas (libros/artículos) sobre cristalografía.

12) Cualquier otra actividad/material que se nos ocurra.

Toda la información participante se colocará también en el menú lateral de este blog anfitrión  y se difundirá a través de las redes sociales.

Ya llevamos 10 meses y 7 ediciones del Festival de la Cristalografía, con alrededor de 70 post en distintos blogs. Hay que reconocer que no son muchos. Pero, por otro lado, la participación a través del grupo de Facebook se puede considerar excelente, con más de 750 mini-posts, en los que nos encontramos con bellas fotografías de cristales, comentarios a noticias relacionadas con la cristalografía, efemérides cristalográficas, referncias a artículos científicos, videos diversos, prácticas de laboratorio, material educativo, etc. Todo esta información y material distribuido a través de INTERNET es un ejemplo del poder de la cristalografía como herramienta educativa, divulgativa y científica; confirmando la temática de una de las ponencias presentadas a la V Escuela de Verano sobre Historia de la Química en la Universidad de la Rioja.

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Agradezco a todos los particpantes en las anteriores ediciones del Festival de la Cristalografía, tanto a través de los blogs como de Facebook; y, especialmente a los organizadores de las ediciones anteriores del Festival de la Cristalografía, cuyos enlaces y organizadores se indican a continuación.

I Festival de la Cristalografía: Edición Triclínico. Organizado por Bernardo Herradón (@QuimicaSociedad) en el blog Cristalografía, Química, Ciencia,….

II Festival de la Cristalografía: Edición Monoclínico Primitivo. Organizado por César Tomé (@EDocet) en el blog Experientia Docet.

III Festival de la Cristalografía: Edición Monoclínico Centrado. Organizado por Marta Macho (@MartaMachoS) en el blog ::ZFTNews.

IV Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Primitivo. Organizado por Ramón Andrade (@3dCiencia) en el blog Flagellum. Impulsando la comprensión de la ciencia.

V Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado. Organizado por Teresa Valdés-Solís (@tvaldessolis) en el blog Ciencia y presencia.

VI Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado en la Base. Organizado por Miguel Ángel Morales (@gaussianos) en el blog Gaussianos.

VII Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado en las Caras. Organizado por Daniel Torregrosa (@DaniEPAP) en el blog Ese punto azul pálido.

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Para terminar, sólo me queda animar a los investigadores, profesores, maestros, divulgadores, todos los que amen y aprecien las múltiples facetas de la cristalografía a que participen en el Festival de la Cristalografía

¡Viva Kepler! ¡Viva Haüy! ¡Viva Pasteur! ¡Viva Laue! ¡Viva Bragg! ¡Viva Pauling! ¡Viva Bernal! ¡Viva Franklin! ¡Viva Perutz! ¡Viva Crowfoot-Hodgking!…. Y todos los gigantes de la ciencia que han contribuido al desarrollo de la cristalografía.

Johannes Kepler Kopie eines verlorengegangenen Originals von 1610Kepler

HaüyHaüy

pasteurPasteur

laue_postcardLaue

Bragg_WH_WLW. L Bragg (izda) y W. H. Bragg

paulingPauling y el modelo de hélice alfa de las proteínas

BernalBernal

franklin_2Franklin

Perutz_HemoglobinaPerutz y el modelo de la estructura de la hemoglobina

Crowfoot_dorothyCrowfoot-Hodgkin y el modelo de la insulina

Nota 1: Este es el post inicial del Festival de la Cristalografía. Si os habéis dado cuenta, no se ha fjado una fecha final de esta edición del Festival. De momento es fecha indefinida, pero calculo que estará activo hasta el 31 de octubre de 2014.

Nota 2: Este post también participa en el XXXIX Carnaval de Química (edición: Y) (@CarnavalQuimica), que organiza el magnífico blog Gominolas de Petróleo (@gominolasdpetro).

carnaval química XXXIX 530Nota 3: Este post participa en el IX Carnaval de Geología (@geocarnaval), alojado por el blog MasScience (@MasScience)

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Bernardo Herradón
(@QuimicaSociedad)

Linus Pauling (1901-1994)

Linus Pauling fue un genio que modernizó la química en el siglo XX. Introdujo la aplicación de  los métodos de la mecánica cuántica a la química, siendo uno de los fundadores de la química cuántica. A partir de estos estudios, se tuvo una imagen más clara de las estructuras atómicas y del enlace químico. Fue pionero en la aplicación de los métodos de determinación de estructuras químicas para caracterizar sustancias químicas (iónicos o moleculares) y relacionar esa información para explicar fenómenos químicos, incluyendo la función biológica, y relacionándola con la estructura. Fue el gran maestro de la química estructural. Pauling estaba convencido de que entender la estructura es la clave para descifrar algunos de los misterios del universo. Su interés en biología y su amplio conocimiento de la química estructural, le convirtió en uno de los funadadores de las nuevas disciplinas de la biología molecular y la biomedicina.

pauling_einstein

Pauling nació en Oregon el 28 de febrero de 1901. Quedó huérfano de padre siendo muy joven. Por problemas económicos familiares, se le recomendó que estudiase una carrera práctica que le permitiese encontrar trabajo pronto. Por eso eligió estudiar ingeniería química en la Oregon State University (OSU), graduándose en 1922.

Desde muy joven, pensaba que la física era fundamental para entender el comportamiento químico y decidió realizar la tesis doctoral en química física. Solicito realizar la tesis en el grupo de Arthur Noyes, en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), uno de los químicos físicos más prestigiosos de la época. Parece ser que Noyes dudó en su contratación porque Pauling era un ingeniero químico que no había asistido a cursos de química física avanzada. Sin embargo, convenció a Noyes y éste le admitió en su grupo; donde terminó la tesis en 1925.

Becado por la Fundación Guggenheim (en la época en la que ser becario era un honor y no era una palabra denigrada como actualmente) realizó estancias postdoctorales entre 1926 y 1927. Reconociendo el papel que la ciencia europea estaba realizando para entender la estructura de la materia, trabajó en Copenhage con Niels Bohr (Premio Nobel de Física en 1922), en Münich con Arnold Sommerfeld (no recibió el Premio Nobel, pero lo mereció varias veces), en Londres con William H. Bragg (Premio Nobel de Física en 1915) y en Göttingen con Max Born (Premio Nobel de Física en 1954). Sin duda, recibió una excelente formación teórica y experimental en mecánica cuántica y en cristalografía; en definitiva, en las estructuras de sustancias químicas, ya sean átomos, sales o moléculas.

De vuelta a Estados Unidos, fue contratado como profesor en Caltech donde permaneció hasta su jubilación en 1973. Tras esta fecha y hasta su muerte, el 19 de agosto de 1994, Pauling trabajó como profesor emérito en la Stanford University, donde se creó el Linus Pauling Institute (LPI). Pauling investigó de manera continuada durante 72 años, siendo un testigo privilegiado y protagonista del mayor desarrollo de la historia de la química. Posteriormente, su legado fue trasladado desde el LPI a su Alma Mater, la OSU.

Pauling fue un excelente docente y divulgador de la ciencia. En esta última faceta era frecuente su participación en medios diversos explicando ciencia. Un ejemplo se puede encontrar en el vídeo http://www.youtube.com/watch?v=KDDQMTfMZxE.

En su faceta docente, parece que era un profesor espectacular al que le gustaba ilustrar sus explicaciones teóricas con demostraciones prácticas en clase. Hay una característica que le iguala con Mendeleev. Cuando éste tuvo que explicar Química general a sus alumnos de primer curso de la Universidad de San Petersburgo, no encontró ningún libro de texto que le satisficiera; por lo que decidió escribir su libro Principios de química, cuya redacción le inspiró para crear la tabla periódica. Lo mismo le pasó a Pauling. Cuando tuvo que explicar Química general a alumnos de primer curso de Caltech, se dio cuenta que lo mejor era escribir su propio libro de texto. Así nació su libro General Chemistry, cuya primera edición se publicó en 1947, constituyendo un clásico de la enseñanza de la química desde entonces.

Realizó aportaciones fundamentales en las bases teóricas de la química, usando la mecánica cuántica para explicar la estructura molecular y el enlace químico. Introdujo conceptos fundamentales como la resonancia y la hibridación. De estos estudios surgió el libro Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry (escrito en colaboración con E. Bright Wilson) en 1935; un clásico en química cuántica.

Pauling propulsó la Teoría de Enlace de Valencia (TEV) como una teoría más química e intuitiva que la alternativa Teoría de Orbiltaes Moleculares (TOM) para explicar el enlace y la estructura molecular. Debido que la TOM es más fácilmente implantable en un programa computacional que la TEV, aquella se desarrolló más que esta.

Pauling fue un pionero en el uso de la cristalografía en química, siendo el primer tema que desarrolló a su vuelta a Caltech en 1927. El uso de la difracción de rayos X y de la difracción de electrones le permitió profundizar en la estructura de compuestos inorgánicos (principalmente) y orgánicos y empezar a entender la naturaleza del enlace químico. De estas investigaciones surgieron las reglas de Pauling para predecir la estructura cristalina de compuestos iónicos y la escala de electronegatividad que desarrolló, que permitió determinar el carácter iónico/covalente (parcial) de los enlaces químicos.

Con estas investigaciones, Pauling se convirtió en la máxima autoridad en química estructural de la historia. Su amplio conocimiento lo plasmó en el libro The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals; publicado por primera vez en 1939, convirtiéndose en uno de los libros científicos clásicos.

A mediados de la década de los años 1930s, Pauling empezó a interesarse en moléculas de interés biológico, especialmente proteínas. Pensaba que la función podría entenderse a partir de su estructura y que ésta podría determinarse por los métodos que él estaba usando para moléculas pequeñas, especialmente métodos de difracción.

Ya en 1934, en conexión con sus investigaciones sobre magnetismo de sustancias químicas, determinó las propiedades magnéticas de la hemoglobina. Ésta es la proteína transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre en los mamíferos y su estructura y funcionamiento son vitales para entender el mecanismo molecular del transporte de oxígeno y las consecuencias sobre la salud que puede tener su malfuncionamiento.

En 1940 hizo la propuesta novedosa de que la especificidad de las interacciones biológicas se debe a la complementariedad molecular, lo que permite explicar las interacciones entre los antígenos y anticuerpos (con implicaciones en inmunología) y la catálisis enzimática. En esta última área, propone que el aumento de la velocidad de una reacción enzimática se debe a la estabilización del estado de transición por interacción con la enzima. Esta hipótesis explica muchos resultados experimentales y sirve para el diseño de fármacos por inhibición enzimática.

Basándose en la complementariedad molecular, Pauling propuso en 1946 que un gen podría consistir en dos hebras mutuamente complementarias, un concepto que anticipó la propuesta de Watson y Crick para la estructura del DNA.

En los años 1940s, Pauling creó el área de la medicina molecular al proponer que la anemia falciforme estaba causada por la mutación de un único aminoácido de los 457 que forman la cadena monomérica de hemoglobina.

En 1948 propuso las estructuras secundarias de las cadenas peptídicas: la hélice alfa y la lámina beta. Su propuesta fue teórica basada en el empleo de modelos moleculares y su profundo conocimiento de la estructura molecular e interacciones no covalente. Poco después se encontró experimentalmente (por difracción de rayos X) que estas propuestas eran motivos estructurales frecuentes en la estructura de péptidos y proteínas.

Con sus propuestas y resultados experimentales sobre la estructura de proteínas, mecanismos de reacciones enzimáticas, complementariedad de proteínas y ácidos nucleicos, y en medicina molecular; se puede considerar a Pauling uno de los fundadores de la biología molecular y su moderna ramificación, la biomedicina.

En la época del Macarthismo en Estados Unidos, estuvo castigado sin pasaporte, lo que le impidió viajar a Inglaterra a para ver las fotografías de la difracción de rayos X tomadas por Rosalind Franklin. Si hubiese visto las fotografías, seguramente hubiese propuesto la estructura de doble hélice del DNA antes que Watson y Crick y la historia de la ciencia hubiese cambiado. Pero esto se ciencia ficción.

Ya en esa época había recibido el Premio Nobel de Química por sus aportaciones a la química estructural, Pacifista convencido y activo (de ahñi los problemas en su país), defendió el desarme nuclear. Por estas acciones, recibió el Premio Nobel de la Paz de 1962 (entregado en 1963). Ha sido la única persona que ha recibido dos Premios Nobel de manera individual: Química (1954) y Paz (1962).

Pauling defendió la hipótesis (que practicó) de que la ingesta de grandes cantidades de vitamina C podrían ser beneficiosa para la salud general. La vitamina C es fundamental en algunas funciones fisiológicas del organismo, como la biosíntesis de colágeno, carnitina y algunos neurotransmisores. La vitamina C es el cofactor de algunas enzimas como la prolinahidroxilasa y la lisina hidroxilasa. La vitamina C también tiene propiedades antioxidantes, siendo un  agente eficaz en combatir el estrés oxidativo. Su deficiencia causa el escorbuto.

Como todas las vitaminas, las necesidades diarias son de unos pocos miligramos. Pauling creía que la vitamina C causaba un beneficio general a la salud y abogó por la ingesta maxima de vitamina C, que él mismo practicó tomando hata 100 veces la máxima ingesta diaria de vitamina C. Hoy en día sabemos que el consumo excesivo de vitamina C causa serios problemas de salud, especialmente problemas renales.

Debido a estas prácticas, a veces se ha relacionado a Pauling con la pseudociencia. Sin embargo, Pauling no hizo pseudociencia en su investigación sobre los efectos de la vitamina C. Hizo ciencia, sólo que se equivocó. Plantear hipótesis y teorías que generaciones posteriores prueban erróneas también es ciencia. En la época en la que Pauling empezó a aplicar su teoría (en él mismo), no era descabellado pensar que una vitamina con propiedades antioxidantes podría tener un efecto beneficioso independientemenete de la dosis. También este ejemplo, muestra las dos caras de las sustancias químicas y el hecho de que la dosis determina el efecto.

Sitios de interés y bibliografía:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1954/pauling-bio.html#

http://en.wikipedia.org/wiki/Linus_Pauling

Linus Pauling Institute

Linus Pauling in his own words: selected writings, speeches, and interviews

G. R. Desiraju, Nature, 2000, 408, 407.

Libros de Pauling y sobre Pauling

La obra de Pauling en los fondos de la OSU

Pauling y el enlace químico (en los fondos de la OSU)

Pauling y la investigación en hemoglobina y la anemia falciforme (en los fondos de la OSU)

Pauling y la carrera por descubrir la estructura del DNA (en los fondos de la OSU)

The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals: an introduction to modern structural chemistry

Introduction to quantum mechanics: with applications to chemistry

General Chemistry

Linus Pauling and the Chemistry of Life (escrito por Tom Hager)

Honores recibidos por Linus Pauling (en los fondos de la OSU)

Pauling como maestro

Actividades por la paz (en los fondos de la OSU)

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Linus Pauling: uno de los tres grandes de la historia de la química. Tendiendo puentes entre la química, la biología y la física.

A veces me han preguntado cuales son los químicos más importantes de todos los tiempos. Siempre es difícil elegir entre tanto científico ilustre. Pero me lanzo a la piscina y digo “si tengo que elegir a uno, es Mendeleev; si son dos, añado a Pauling; y si hay que elegir un tercero, propongo a Lavoisier”

¿Por qué esa elección? ¿Tienen algo en común estos tres químicos de épocas tan distantes y que usaron técnicas y teorías tan diferentes?

Cronológicamente, el primero fue Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), con el que la química empezó a ser una ciencia moderna basada en el método científico. A partir de sus investigaciones, se pudieron obtener numerosos datos experimentales sobre los elementos, compuestos químicos y sus transformaciones.

Dimitri Mendeleev (1834-1907) fue fundamental en sistematizar el enorme caudal de resultados experimentales obtenidos en las décadas precedentes, identificando similitudes y diferencias entre los elementos químicos; y, lo que es más importante, predecir nuevos resultados. La culminación de sus investigaciones lo constituye la identificación de la periodicidad de las propiedades químicas, que dieron lugar a  la Tabla periódica de los elementos químicos. Esta es uno de los iconos de la ciencia y posiblemente la mayor aportación de la química a la historia de la cultura universal (entendiendo como cultura, también la científica; por supuesto). Crear la tabla periódica en una época en la que no se conocía la estructura íntima de la materia constituye un hito heurístico.

El tercero de los grandes es Linus Pauling, del que hoy se conmemora el 111º aniversario de su nacimiento y que, en cierto modo, expandió el trabajo de Mendeleev; haciendo contribuciones que permitieron entender como los elementos químicos (a través de los átomos, ya aceptados por toda la comunidad científica) se combinan entre sí a través de enlaces químicos.

Pauling estaba convencido de que entender la estructura es la clave para descifrar algunos de los misterios del universo. Para llegar a este conocimiento, Pauling usó las herramientas de la física, ilustrada por la mecánica cuántica, siendo un pionero del uso de la mecánica cuántica en química y, de hecho, uno de los fundadores de la química cuántica.

Pauling nació en Oregon el 28 de febrero de 1901. Quedó huérfano de padre siendo muy joven. Por problemas económicos familiares, se le recomendó que estudiase una carrera práctica que le permitiese encontrar trabajo pronto. Por eso eligió estudiar ingeniería química en la Oregon State University (OSU), graduándose en 1922.

Desde muy joven, pensaba que la física era fundamental para entender el comportamiento químico y decidió realizar la tesis doctoral en química física. Solicito realizar la tesis en el grupo de Arthur Noyes, en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), uno de los químicos físicos más prestigiosos de la época. Parece ser que Noyes dudó en su contratación porque Pauling era  un ingeniero químico que no había asistido a cursos de química física avanzada. Sin embargo, convenció a Noyes y éste le admitió en su grupo; donde terminó la tesis en 1925.

Becado por la Fundación Guggenheim (en la época en la que ser becario era un honor y no era una palabra denigrada como actualmente) realizó estancias postdoctorales entre 1926 y 1927. Reconociendo el papel que la ciencia europea estaba realizando para entender la estructura de la materia, trabajó en Copenhage con Niels Bohr (Premio Nobel de Física en 1922), en Münich con Arnold Sommerfeld (no recibió el Premio Nobel, pero lo mereció varias veces), en Londres con William H. Bragg (Premio Nobel de Física en 1915) y en Göttingen con Max Born (Premio Nobel de Física en 1954). Sin duda, recibió una excelente formación teórica y experimental en mecánica cuántica y en cristalografía; en definitiva, en las estructuras de sustancias químicas, ya sean átomos, sales o moléculas.

De vuelta a Estados Unidos, fue contratado como profesor en Caltech donde permaneció hasta su jubilación en 1973. Tras esta fecha y hasta su muerte, el 19 de agosto de 1994, Pauling trabajó como profesor emérito en la Stanford University, donde se creó el Linus Pauling Institute (LPI). Pauling investigó de manera continuada durante 72 años, siendo un testigo privilegiado y protagonista del mayor desarrollo de la historia de la química. Posteriormente, su legado fue trasladado desde el LPI a su Alma Mater, la OSU.

Pauling fue un excelente docente y divulgador de la ciencia. En esta última faceta era frecuente su participación en medios diversos explicando ciencia. Un ejemplo se puede encontrar en el vídeo http://www.youtube.com/watch?v=KDDQMTfMZxE.

En su faceta docente, parece que era un profesor espectacular al que le gustaba ilustrar sus explicaciones teóricas con demostraciones prácticas en clase. Hay una característica que le iguala con Mendeleev. Cuando éste tuvo que explicar Química general a sus alumnos de primer curso de la Universidad de San Petersburgo, no encontró ningún libro de texto que le satisficiera; por lo que decidió escribir su libro Principios de química, cuya redacción le inspiró para crear la tabla periódica. Lo mismo le pasó a Pauling. Cuando tuvo que explicar Química general a alumnos de primer curso de Caltech, se dio cuenta que lo mejor era escribir su propio libro de texto. Así nació su libro General Chemistry, cuya primera edición se publicó en 1947, constituyendo un clásico de la enseñanza de la química desde entonces.

Realizó aportaciones fundamentales en las bases teóricas de la química, usando la mecánica cuántica para explicar la estructura molecular y el enlace químico. Introdujo conceptos fundamentales como la resonancia y la hibridación. De estos estudios surgió el libro Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry (escrito en colaboración con E. Bright Wilson) en 1935; un clásico en química cuántica.

Pauling fue un pionero en el uso de la cristalografía en química, siendo el primer tema que desarrolló a su vuelta a Caltech en 1927. El uso de la difracción de rayos X y de la difracción de electrones le permitió profundizar en la estructura de compuestos inorgánicos (principalmente) y orgánicos y empezar a entender la naturaleza del enlace químico. De estas investigaciones surgieron las reglas de Pauling para predecir la estructura cristalina de compuestos iónicos y la escala de electronegatividad que desarrolló, que permitió determinar el carácter iónico/covalente (parcial) de los enlaces químicos.

Con estas investigaciones, Pauling se convirtió en la máxima autoridad en química estructural de la historia. Su amplio conocimiento lo plasmó en el libro The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals; publicado por primera vez en 1939, convirtiéndose en uno de los libros científicos clásicos.

A mediados de la década de los años 1930s, Pauling empezó a interesarse en moléculas de interés biológico, especialmente proteínas. Pensaba que la función podría entenderse a partir de su estructura y que ésta podría determinarse por los métodos que él estaba usando para moléculas pequeñas, especialmente métodos de difracción.

Ya en 1934, en conexión con sus investigaciones sobre magnetismo de sustancias químicas, determinó las propiedades magnéticas de la hemoglobina. Ésta es la proteína transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre en los mamíferos y su estructura y funcionamiento son vitales para entender el mecanismo molecular del transporte de oxígeno y las consecuencias sobre la salud que puede tener su malfuncionamiento.

En 1940 hizo la propuesta novedosa de que la especificidad de las interacciones biológicas se debe a la complementariedad molecular, lo que permite explicar las interacciones entre los antígenos y anticuerpos (con implicaciones en inmunología) y la catálisis enzimática. En esta última área, propone que el aumento de la velocidad de una reacción enzimática se debe a la estabilización del estado de transición por interacción con la enzima. Esta hipótesis explica muchos resultados experimentales y sirve para el diseño de fármacos por inhibición enzimática.

Basándose en la complementariedad molecular, Pauling propuso en 1946 que un gen podría consistir en dos hebras mutuamente complementarias, un concepto que anticipó la propuesta de Watson y Crick para la estructura del DNA.

En los años 1940s, Pauling creó el área de la medicina molecular al proponer que la anemia falciforme estaba causada por la mutación de un único aminoácido de los 457 que forman la cadena monomérica de hemoglobina.

En 1948 propuso las estructuras secundarias de las cadenas peptídicas: la hélice alfa y la lámina beta. Su propuesta fue teórica basada en el empleo de modelos moleculares y su profundo conocimiento de la estructura molecular e interacciones no covalente. Poco después se encontró experimentalmente (por difracción de rayos X) que estas propuestas eran motivos estructurales frecuentes en la estructura de péptidos y proteínas.

Con sus propuestas y resultados experimentales sobre la estructura de proteínas, mecanismos de reacciones enzimáticas, complementariedad de proteínas y ácidos nucleicos, y en medicina molecular; se puede considerar a Pauling uno de los fundadores de la biología molecular y su moderna ramificación, la biomedicina.

En la época del Macarthismo en Estados Unidos, estuvo castigado sin pasaporte, lo que le impidió viajar a Inglaterra a para ver las fotografías de la difracción de rayos X tomadas por Rosalind Franklin. Si hubiese visto las fotografías, seguramente hubiese propuesto la estructura de doble hélice del DNA antes que Watson y Crick y la historia de la ciencia hubiese cambiado. Pero esto se ciencia ficción.

Ya en esa época había recibido el Premio Nobel de Química por sus aportaciones a la química estructural, Pacifista convencido y activo (de ahñi los problemas en su país), defendió el desarme nuclear. Por estas acciones, recibió el Premio Nobel de la Paz de 1962 (entregado en 1963). Ha sido la única persona que ha recibido dos Premios Nobel de manera individual: Química (1954) y Paz (1962).

En definitiva, un gigante de la ciencia y de la historia de la humanidad.

Nota: Este post participa en la XII Edición del Carnaval de Química, que aloja el  blog Historias con mucha química (como todas) que administra María Docavo y en la X Edición del Carnaval de Biología, que aloja el blog Scientia que administra José Manuel López Nicolás.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es