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Efeméride científica: el comienzo de la Biología Molecular

El 1 de febrero de 1944 se publicaba el artículo “Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III” en la revista J. Experimental Medicine, cuyos autores son Oswald Avery (1877-1955), Colin MacLeod (1909-1972) y Maclyn McCarty (1911-2005).

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La semana de la ciencia: La piedra Rosetta de la bioquímica

A continuación se informa de algunas actividades de la Semana de la Ciencia que se celebran en la UCM durante la Semana de la Ciencia (sólo quedan plazas para la segunda actividad: la piedra Rosetta de la bioquímica).

Se puede encontrar información adicional en:
http://www.madrimasd.org/semanaciencia/2014/actividades/MostrarActividad.aspx?id=11311
http://www.ivoox.com/playerivoox_ee_2554813_1.html
http://www.ivoox.com/playerivoox_ee_2554952_1.html
https://www.flickr.com/photos/104236056@N06/sets/72157637696924354/

 
Remitido por.
Álvaro Martínez del Pozo
UCM

Conmemoraciones químicas del 27 de mayo

Algunas conmemoraciones químicas del 27 de mayos tienen que ver con la química nuclear, aplicaciones de la química de polímeros y descubrimientos esenciales que permitieron descifrar el código genético.

27 de mayo de 1887. Nacimiento de Kasimierz Fajans. Descubrió la ley de desplazamiento radiactivo que explica las transformaciones nucleares. Esta ley la formuló de manera independientemente y casi simultáneamente con Frederick Soddy; conociéndose como Ley de Fajans-Soddy. Esta ley permite predecir la evolución de los isótopos radiactivos.

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Fajans descubrió varios núcleos radiactivos y el elemento químico protactinio (número atómico: 91). También formuló la regla de Fajans que permite predecir si un compuesto inorgánico es covalente o iónico.

27 de mayo de 1930. Se patenta la primera cinta adhesiva (el popular “celo”) de uso generalizado aún 80 años después. Estaba basada en el celofan, que es una modificación de la celulosa, un polímero natural. El invento fue realizado por Richard Drew, que trabajaba en la compañía 3M.

27 de mayo de 1961. Nirenberg y Matthaei realizan un experimento clave para empezar a descifrar el código genético. Encuentran que el polinucleótido formado sólo por unidades Los resultados obtemde uridina se transcribe en una proteína que sólo tiene el aminoácido fenilalanina. Nirenberg recibió el Premio Nobel de Medicina en 1968 (compartido con Khorana y Holley).

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Los resltados obtenidos por Nirenberg y otros científicos (Ochoa entre ellos) a principios de los años 1960s demostraron el dogma de la biología molecular (DNA hace RNA, RNA hace proteína) y caracterizaron la relación entre la secuencia de bases de un gen y la secuencia de aminoácidos de una proteína.

Nirenberg, nacido en Nueva York (1927), se licenció en Zoología y Química (¡una combinación curiosa!) por la Universidad de Florida.  Realizó la tesis doctoral en química biológica en la Universidad de Michigan (1957). Realizó una estancia postdoctoral en el Instituto  Nacional de Artritis y Enfermedades Metabólicas del NIH (Nacional Institute of Health), donde permaneció el resto de su carrera científica.

Desde su incorporación al NIH, empezó a investigar la existencia de mRNA y su papel en la síntesis de proteínas (para confirmar la propuesta del dogma de la biología molecular de Francis Crick) y con su colaborador Heinrich Matthaei desarrolló una técnica que permitía detectar la síntesis de proteína en acción, a través del estudio de la  incorporación de aminoácidos radioactivos en proteínas. Esta técnica les permitió  realizar alguno de los experimentos más espectaculares de la historia de la ciencia al demostrar (en el primer experimento de la serie) que el ácido poliuridílico [un RNA sólo con nucleótidos con uracilo (U) como única base] es un precursor de polifenilalanina.

En esa época se estableció una carrera entre diversos grupos de investigación (entre los que destacaba el de Severo Ochoa) por descifrar el código genético, siendo el de Nirenberg el primero en conseguirlo. A partir de ahí, la historia es conocida…

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Nirenberg recibió el Premio Nobel de Medicina en 1968, compartiéndolo con Holley y Khorana (dos químicos). ¡La época en la que los químicos eran galardonados con los Premios Nobel de Medicina!

En noviembre de 2009, la ACS (American Chemical Society) eligió el desciframiento del código genético como uno de los acontecimientos químicos relevantes (Nacional Historic Chemical Landmark). Curiosamente, fue el primer empleado del gobierno federal de Estados Unidos galardonado con un Premio Nobel. EL NIH tiene una página web con numerosa información sobre la vida e investigación de Nirenberg y, en 2004, publicó un artículo personal sobre sus investigaciones en Trends Biochem. Sci. 2004, 29, 46.

Nota: Este post participa en la XV Edición del Carnaval de Química, que aloja el blog El cuaderno de Calpurnia Tate.

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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

La química de la bioquímica

El dossier científco de la última edición de la revista de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular trata sobre las relaciones entre la química y la biología. El dossier científico, que he tenido el placer de editar, consta de una introducción (escrita por mí) y cuatro artículos excelentes escritos por José María Valpuesta (aspectos históricos), Enrique Mann (la química como herramienta en biomedicina), María Vallet (biomateriales) y Sonsoles Martín-Santamaría (la nueva disciplina emergente de la química biológica, Chemical Biology). Ha sido una buena oportunidad para destacar el papel de la química en el desarrollo de la biolquímica y áreas relaciondas; así como la sinergia entre la química y las ciencias de la vida en este Año Internacional de la Química.

Los artículos completos se pueden descargar en PDF. A continuación se muestran los resúmenes.

 

Bernardo Herradón-García

CSIC

herradon@iqog.csic.es

 

Bienal de Química: Síntesis orgánica, historia, glicobiología y ribosomas.

La tercera jornada de la XXXIII Reunión Bienal de la RSEQ fue muy intensa. Asistí a dos conferencias plenarias, dos conferencias invitadas, tres comunicaciones de póster seleccionados y a una sesión de presentaciones flash. Los temas fueron variados: metodológía sintética, moléculas complejas de quiralidad plana, interacciones carbohidrato-proteína, historia de la química y la toxicología, y ribosomas, RNA, proteínas y su significado biológico. Los resúmenes y mis impresiones se indican a continuación,

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El futuro: una visión desde la Química

Charla en la Universidad de Girona el día 21 de julio de 2011. Se debatió el papel actual de la química, su relación con otras ciencias y su importancia futura en aspectos como la producción de energía, la conservación medioambiental, alimentos, salud, materiales tecnológicos y aspectos sociales.

Las conclusiones son:

1) No sabemos como será el futuro.

2) No sabemos comos seré el futuro de la química.

3) Lo que si sabemos es que no hay futuro sin la química.

Copia de la presentación en PDF.

futuro_vision-desde-la-quimicaBernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

Ciencia de hoy en día

En la edición del 26 de abril de 2010 de la revista The Scientist se publica una noticia que narra que dos artículos que han investigado el mecanismo molecular de la señalización del receptor de estrógenos han sido retirados. Uno de ellos, de 2002, se publicó en PNAS, y desde hace tiempo se tenía sospecha de que los resultados eran “poco fiables”; y, a pesar de ello,  el artículo ha sido citado ampliamente (190 veces). Además, el segundo artículo, publicado en Molecular and Cellular Biology en 2007, se basaba en los resultados del primero y también ha sido citado 27 veces.

La retirada de los artículos ha sido realizada tras una investigación interna en Wyeth (actualmente formando parte de Pfizer) dónde trabajan los autores del artículo del PNAS; que comprobaron la inexactitud de muchos datos.

Independientemente de la repercusión científica de este asunto y de otras conclusiones “morales” que se pueden sacar de esta historia,  quiero destacar  un comentario a la noticia publicada en The Scientist. Lo “pego” a continuación:

High citations: Cited for what?
by Shi Liu
[Comment posted 2010-04-27 14:35:58]
I am wondering why this highly cited 2002 paper got retracted so late. I am also wondering why this paper would be cited by the other researchers if it is doomed to be unreliable. Just because it is a PNAS paper and thus makes it a desirable reference? I know that some papers on how to write scientific papers have taught some tricks on how to cite literature which includes citing the top journals to boost the value of the later work? /////
More ironically, the 2007 Molecular and Cellular Biology paper “further detailed the mechanism of” the 2002 PNAS paper also got retracted even though it self has received 27 citations. Does this mean flawed science is actually infectious? /////
What citation means and how much value should we give to the citation counts?

Creo que el comentario es suficientemente ilustrativo de la tendencia que existe en la ciencia de hoy en día a citar según que cosas, lo que ya fue objeto de un post anterior en este blog.

Una copia del artículo de The Scientist lo podéis ver aquí.

Bernardo Herradón

IQOG-CSIC

herradon@iqog.csic.es

Nirenberg: Un bioquímico precursor de la biología molecular.

El pasado día 15 falleció Marshall W. Nirenberg, Premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1968, por su contribución al desciframiento del código genético. Nirenberg ha sido uno de los científicos más destacados del siglo XX y en su grupo se realizaron algunos de los experimentos más importantes y bellos de la historia de la ciencia. Los resultados obtenidos por Nirenberg y otros científicos (Ochoa entre ellos) a principios de los años 1960s demostraron el “dogma” de la biología molecular y caracterizaron la relación entre la secuencia de bases de un gen y la secuencia de aminoácidos de una proteína. Descanse en paz.

Nirenberg, nacido en Nueva York (1927), se licenció en Zoología y Química (¡una combinación curiosa!) por la Universidad de Florida.  Realizó la tesis doctoral en química biológica en la Universidad de Michigan (1957). Realizó una estancia postdoctoral en el Instituto  Nacional de Artritis y Enfermedades Metabólicas del NIH (Nacional Institute of Health), donde permaneció el resto de su carrera científica.

Desde su incorporación al NIH, empezó a investigar la existencia de mRNA y su papel en la síntesis de proteínas (para confirmar la propuesta del “dogma de la biología molecular” de Francis Crick) y con su colaborador Heinrich Matthaei desarrolló una técnica que permitía detectar la síntesis de proteína en acción, a través del estudio de la  incorporación de aminoácidos radioactivos en proteínas. Esta técnica les permitió  realizar alguno de los experimentos más espectaculares de la historia de la ciencia al demostrar (en el primer experimento de la serie) que el ácido poliuridílico [un RNA sólo con nucleótidos con uracilo (U) como única base] es un precursor de polifenilalanina.

En esa época se estableció una carrera entre diversos grupos de investigación (entre los que destacaba el de Severo Ochoa) por descifrar el código genético, siendo el de Nirenberg el primero en conseguirlo. A partir de ahí, la historia es conocida…

Nirenberg recibió el Premio Nobel de Medicina en 1968, compartiéndolo con Holley y Khorana (dos químicos). ¡La época en la que los químicos eran galardonados con los Premios Nobel de Medicina!

Recientemente (Noviembre de 2009) la ACS (American Chemical Society) ha elegido “el desciframiento del código genético” como uno de los “acontecimientos químicos relevantes” (Nacional Historic Chemical Landmark). Curiosamente, fue el primer empleado del gobierno federal de Estados Unidos galardonado con un Premio Nobel. EL NIH tiene una página web con numerosa información sobre la vida e investigación de Nirenberg y, en 2004, publicó un artículo personal sobre sus investigaciones en Trends Biochem. Sci. 2004, 29, 46.