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Linus Pauling - Historia

Linus Pauling - Historia

Linus Pauling

1901- 1994

Químico americano

El químico estadounidense Linus Pauling nació en Portland, Oregon el 28 de febrero de 1901. Se interesó por la química desde muy joven. Dejó la escuela secundaria para ir a la universidad. Fue a la Universidad Estatal de Oregon, donde en su último año estaba enseñando. Luego pasó a Cal Tech, donde obtuvo un doctorado en 1925.

Pauling hizo enormes contribuciones a los campos de la biología, la química orgánica e inorgánica, la química teórica y la mineralogía. Gran parte de su trabajo inicial involucró la naturaleza de los enlaces químicos.

Uno de sus descubrimientos importantes fue que la enfermedad de células falciformes es el resultado de una alteración de las estructuras de hemoglobina a nivel molecular. También fue el primero en plantear la hipótesis de que las proteínas pueden organizarse en un patrón helicoidal, allanando así el camino para que Watson y Crick desarrollen el modelo de ADN de doble hélice. Pauling fue galardonado con dos premios Nobel, primero el Premio de Química y luego el Premio de la Paz por sus esfuerzos en favor del desarme.

Pauling generó controversia por sus pronunciamientos sobre la terapia con vitaminas, particularmente en lo que respecta al uso de vitamina C para prevenir y tratar el resfriado común.


La primera 'enfermedad molecular': una historia de Linus Pauling, el mecenas intelectual

En noviembre de 1949, el químico Linus Pauling y tres colegas publicaron un artículo sobre la anemia de células falciformes, un estudio que abrió nuevas y emocionantes posibilidades para la investigación de tales "enfermedades moleculares". Incluso antes de que apareciera esta célebre publicación en Science, Pauling previó sus posibles beneficios y la anunció como un gran avance médico: '. nuestra química estructural y comprensión de las moléculas está llegando al punto en que debería ser de ayuda para convertir la medicina en una ciencia real ”[Guiles, R. (1949) El descubrimiento de una enfermedad de la sangre llamada clave para la investigación del cáncer. The Detroit Times 13 de septiembre de 1949, recortes de periódicos 1949 n.18, Pauling Papers.]. Su descubrimiento, que este trastorno debilitante fue causado por una forma anormal de hemoglobina, surgió de una rica combinación de experiencia, desde la notable intuición de Pauling hasta la cuidadosa química experimental de su alumno Harvey A. Itano. También se basó en la innovación tecnológica: una máquina de electroforesis hecha a medida ubicada en el Instituto de Tecnología de California fue la herramienta perfecta para revelar diferencias químicas fundamentales entre las formas normales y anormales de hemoglobina. Este trabajo no solo estableció una nueva forma de ver las enfermedades hereditarias, sino que también estimuló la producción en masa de la máquina de electroforesis como una herramienta esencial de investigación y diagnóstico. Una inspección detallada de este estudio de caso ilustra cómo Pauling dirigió su laboratorio y ayuda a explicar cómo un hombre pudo lograr tanto durante su vida.


Vitamina C, Linus Pauling tenía razón todo el tiempo. La opinión de un médico

Aquí hay un artículo escrito por la Dra. Hilary Roberts sobre Linus Pauling y sus puntos de vista sobre la vitamina C.

Es el décimo aniversario de la muerte de Linus Pauling y se están confirmando sus conjeturas científicas más controvertidas sobre los beneficios para la salud de la vitamina C. El peso de la evidencia aún puede obligar al establecimiento médico a aceptar sus ideas sobre nutrición y salud.

La afirmación de Linus Pauling & # x27, de que conocía una cura para las enfermedades cardíacas, el cáncer y las infecciones, fue recibida con burla. Sus notables declaraciones de propiedades saludables se referían a la sustancia que conocemos como vitamina C. Ahora, diez años después de su muerte el 19 de agosto de 1994, sus ideas revolucionarias finalmente están en el camino de la reivindicación. Dada su historia, no debería sorprendernos si Pauling tenía razón desde el principio. Después de todo, fue el principal químico del siglo pasado y, posiblemente, el mayor científico estadounidense de todos los tiempos. Sigue siendo la única persona que ha ganado dos premios Nobel no compartidos, el primero de Química (1954) y el segundo de la paz (1962). Además de ser uno de los más grandes científicos de la historia, fue un reconocido humanitario.

En el momento de su muerte, el establecimiento médico había tildado a Pauling de charlatán, porque abogaba por el uso de altas dosis de vitamina C para tratar muchas enfermedades. Irwin Stone introdujo por primera vez a Pauling a la vitamina C y le explicó que en realidad no era una vitamina, sino una sustancia esencial que ya no podíamos fabricar en nuestro cuerpo. La mayoría de los animales producen su propia vitamina C, en grandes cantidades. En los seres humanos, el gen de esta capacidad ha mutado y ya no funciona correctamente.

Cuando Pauling examinó las afirmaciones de Stone & # x27, descubrió que la medicina convencional había ignorado durante mucho tiempo la evidencia de médicos y científicos respetados. Esta investigación sugirió que las altas dosis de vitamina C podrían ser una cura para muchas enfermedades, incluidos el cáncer y las enfermedades cardíacas. Sin embargo, cuando explicó estos hallazgos en sus libros maravillosamente elaborados "La vitamina C y el resfriado común" y "Cómo vivir más tiempo y sentirse mejor", la profesión médica se indignó, lo que implicaba que un simple químico no podría comprender las complejidades de la ciencia médica.

Si Pauling estaba en lo cierto, la vitamina C podría ayudar a vencer a los principales asesinos del mundo industrializado. Esto sonaba tan improbable que un científico menor que hiciera la afirmación probablemente habría sido ignorado. El mundo médico ya había ignorado informes similares sobre la vitamina C. Linus Pauling tenía la reputación de estar 20 años por delante de otros científicos.

Es posible que haya estado años por delante en otros campos, pero, en medicina, los conocedores consideraban que tal cosa era imposible. Pauling luchó con las autoridades médicas y convenció a una gran cantidad de público de los beneficios de las altas dosis de vitamina C. Se enfrentó al establecimiento médico porque la implicación para la salud era enorme: el fin de la muerte prematura y el sufrimiento innecesario de enfermedades cardíacas, infecciones y enfermedades del corazón. muchos cánceres.

Desde la muerte de Pauling & # x27, el establecimiento médico ha recuperado la posición científica con una serie de experimentos sobre la vitamina C. En particular, los NIH midieron la distribución de la vitamina C en el cuerpo y afirmaron que Pauling estaba equivocado acerca de la necesidad de dosis altas. ya que la sangre podría saturarse a dosis bajas [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 3704-9.]. Agregaron que las dosis superiores a un gramo eran potencialmente peligrosas. A partir de ese momento, el lobby de las altas dosis de vitamina C se puso a la defensiva.

Si el cuerpo podía saturarse con dosis bajas, seguía el argumento, las dosis más altas eran simplemente un desperdicio o incluso potencialmente peligrosas. Sin embargo, los informes clínicos sobre la utilidad de la vitamina C en dosis altas se han repetido en la literatura durante más de 50 años. Estos informes continuaron, particularmente en los campos de enfermedades cardíacas, infecciones y cáncer, contradiciendo las conclusiones de los NIH. O los informes clínicos sobre la eficacia de las dosis altas fueron incorrectos o el trabajo experimental de los NIH fue defectuoso.

Tomando nota de esta inconsistencia, los doctores Steve Hickey y Hilary Roberts decidieron investigar los datos para un libro (& quot Ascorbate, la ciencia de la vitamina C & quot, www.lulu.com/ascorbate). Comenzaron examinando las afirmaciones aparentemente ridículas de los efectos médicos de la vitamina C. Pauling había declarado que la sustancia podía curar el cáncer y que la escasez era la principal causa de enfermedades cardíacas. Entre sus muchos avances científicos, Pauling había cometido errores ocasionales: tal vez había hecho lo mismo con la vitamina C. Si estaba equivocado, sus hipótesis deberían ser fáciles de refutar.

Cuando examinaron la evidencia, Hickey y Roberts encontraron evidencia de fondo para las ideas de Pauling & # x27s a partir de informes médicos y científicos independientes, que cubren medio siglo. Los hallazgos de estos artículos no pueden descartarse como efectos placebo ni explicarse fácilmente. Los informes incluyeron la remisión del SIDA, curas para el cáncer y la recuperación inmediata de los niños en el punto de muerte por shock séptico. Las afirmaciones parecían tan fuera de lo común que eran difíciles de creer. Sin embargo, Hickey y Roberts no pudieron encontrar contraejemplos en la literatura científica o médica.

Si estos informes positivos eran realmente incorrectos, nadie había demostrado que esto fuera cierto. La evidencia científica fue consistente con las ideas de Pauling & # x27s, con algunas excepciones notables. La principal excepción fueron los datos de los NIH sobre la saturación de sangre y tejidos. El establecimiento médico aceptó las conclusiones de los NIH y las tuvo en la más alta estima. El Instituto de Medicina de EE. UU. Había basado su asignación dietética recomendada (RDA) oficial en estos resultados. Si los NIH estaban en lo cierto, Pauling estaba equivocado y los informes positivos de dosis altas deben ser inválidos.

Sin embargo, las conclusiones de los NIH no eran correctas. Hickey y Roberts examinaron sus experimentos y encontraron que estaban llenos de errores. Por ejemplo, los investigadores le dieron una dosis de vitamina C, esperaron hasta que se excretó y luego midieron los niveles en sangre. Usando este procedimiento, encontraron que el aumento de la dosis no aumentaba mucho los niveles en sangre. En lugar de darse cuenta de que esto se debía a que la dosis había sido excretada, los NIH afirmaron que se debía a que el cuerpo estaba saturado, por lo que las dosis más altas eran redundantes. Luego usaron glóbulos blancos como modelo para las células normales, para ver cómo absorbían la vitamina C de su entorno. Estos glóbulos blancos están especializados para absorber vitamina C, incluso cuando los suministros son bajos. Si otras células del cuerpo fueran similares a los glóbulos blancos, normalmente tendríamos una reserva de 40 gramos en nuestro cuerpo. En este caso, dada la dosis diaria recomendada de 200 mg propuesta, se necesitarían de 2 a 3 años para llenar un cuerpo agotado. Esto es demostrablemente incorrecto: el ejemplo clásico es que los marineros de James Lind & # x27s se recuperaron del escorbuto en cuestión de días cuando les dieron frutas cítricas que contenían pequeñas cantidades de vitamina C.

Estos errores fueron graves e insoportables. Para verificar su reinterpretación de los datos, Hickey envió correos electrónicos a los NIH, al Instituto de Medicina y a todos los científicos con los que pudo contactar y que estaban asociados con la RDA, pidiéndoles que brinden una respuesta científica razonable a estos errores. Nadie pudo dar tal respuesta. Dado que es una práctica científica normal explicar y defender sus ideas, la hipótesis de que las personas solo necesitan pequeñas cantidades de vitamina C parece cada vez más inestable.

Incluso los datos posteriores de NIH & # x27s contradicen su trabajo anterior. El grupo de vitamina C de los NIH publicó una serie de artículos sobre la vitamina C y el cáncer [Ann Intern Med, 140 (7), 533-7.]. En estos artículos, sugirieron que dosis repetidas de vitamina C oral producirían niveles en sangre de al menos 220 microM (una medida de la concentración), que es tres veces mayor que el valor máximo de 70 microM y valor quotsaturado que afirmaron en sus artículos de RDA. Si bien sus propios documentos mostraron claramente que sus afirmaciones sobre dosis bajas estaban equivocadas, los NIH parecieron no darse cuenta. En cambio, sugirieron que las dosis intravenosas podrían producir niveles sanguíneos más altos, lo que podría ser eficaz contra el cáncer. A pesar de que sus datos se estaban acercando a los hallazgos de Pauling & # x27 sobre el uso de vitamina C en el cáncer, los NIH aprovecharon la oportunidad para montar otro ataque contra Linus Pauling, sugiriendo que no conocía la diferencia entre la vitamina C oral e intravenosa (IV). .

Pauling había realizado una serie de ensayos con el Dr. Ewan Cameron, un especialista en cáncer escocés, que demostraba que la vitamina C intravenosa permitía a los pacientes con cáncer vivir mucho más tiempo de lo esperado. Numerosos otros estudios confirmaron este efecto, en particular el trabajo del Dr. Abram Hoffer y el Dr. Hugh Riordan. La Clínica Mayo intentó refutar esta investigación pero fracasó, ya que utilizaron dosis orales bajas, lo que invalidaba sus resultados. En su propio artículo sobre el cáncer, los investigadores de los NIH afirmaron que el uso de Pauling y Cameron de la vía intravenosa era "casual", lo que implica que Pauling no conocía la diferencia entre las dosis inyectadas y orales. De hecho, Pauling había escrito explícitamente sobre esta diferencia, por lo que la crítica de los NIH estaba fuera de lugar.

Una nueva teoría científica, llamada modelo de flujo dinámico, explica todas las respuestas observadas a la vitamina C en la literatura. Este modelo se describe en el libro "Ascorbate", mencionado anteriormente. Según el modelo, idealmente las personas deberían estar en un estado de flujo dinámico, lo que significa que deberían ingerir más vitamina C de la que necesitan, en forma de suplementos de dosis dividida. El ascorbato extra fluye a través del cuerpo y se excreta en la orina. Sin embargo, no se desperdicia, ya que el exceso actúa como un reservorio cuando se requiere vitamina C adicional. El flujo dinámico es lo más cerca que podemos estar los humanos de restaurar nuestra fisiología a cómo era antes de que perdiéramos la capacidad de producir vitamina C en nuestros cuerpos, como todavía lo hacen la mayoría de los otros animales.

Es difícil imaginar qué habría hecho Linus Pauling de todo esto si hubiera vivido. A Hickey y Roberts les gusta pensar que habría señalado los errores del NIH antes. Podría haberse divertido explicando que los NIH no podían realizar un experimento simple, pero trató de culparlo por las deficiencias en la investigación de Mayo Clinic & # x27s. Han pasado ya 10 años desde la muerte de Pauling. El biólogo Rene Dubos sugirió que la corriente principal converge con Pauling veinte años después. Si es así, solo tenemos otra década para esperar hasta que el establecimiento médico pueda admitir que Pauling tenía razón desde el principio.


Universidad

En el otoño de 1917 Pauling ingresó al Oregon Agricultural College (OAC), ahora Oregon State University, en Corvallis, Oregon. Allí estudió cómo se relacionan las propiedades físicas y químicas de las sustancias con la estructura de los átomos (unidades básicas de la materia) y las moléculas que las componen. Una molécula es la partícula más pequeña en la que se puede dividir una sustancia y aún tener la identidad química de la sustancia original.

Durante su último año, Pauling conoció a Ava Helen Miller mientras enseñaba química en una clase de economía doméstica. Se casaron el 17 de junio de 1923 y luego tuvieron cuatro hijos. Pauling recibió su licenciatura & # x0027s de OAC el 5 de junio de 1922. Comenzó a asistir al Instituto de Tecnología de California (Cal Tech) en Pasadena el otoño siguiente. Recibió su doctorado, summa cum laude (con los máximos honores), en química en 1925.


¡Gracias por leer!

Dr. Emile Zuckerkandl, 1986.

En 1963, un año después de publicar por primera vez sus ideas sobre el estudio de moléculas como indicadores de patrones evolutivos, Emile Zuckerkandl y Linus Pauling continuaron explorando lo que consideraban un hilo de investigación muy prometedor.

Específicamente, los dos se unieron para argumentar que el método del reloj molecular, como lo llamaron desde entonces, podría usarse para derivar filogenias (o árboles evolutivos) de esencialmente cualquier forma de información molecular. Esta posición se explicó con más detalle en & # 8220 Moléculas como documentos de la historia evolutiva & # 8221, un artículo publicado en Problemas de la bioquímica evolutiva e industrial, volumen compilado en 1964 con motivo del 70º cumpleaños del bioquímico soviético Alexander Oparin.

El trabajo más influyente de Zuckerkandl y Pauling sobre este tema se presentó por primera vez ese mismo año, en un documento que presentaron juntos en el simposio & # 8220 Evolución de genes y proteínas & # 8221 celebrado en el Instituto de Microbiología de la Universidad de Rutgers. La charla, publicada formalmente un año después y titulada & # 8220Divergencia y convergencia evolutiva en el nivel de macromoléculas informativas & # 8221, clasificó las moléculas que se encuentran en la materia viva en tres grupos. Cada uno de estos grupos se identificó de acuerdo con nuevos términos que la pareja había desarrollado y que se basaban en el grado en que la información específica contenida en un organismo se reflejaba en diferentes moléculas. Estas tres categorías fueron:

1.Moléculas semantoforéticas (o Semántidas), que contienen información genética o una transcripción de la misma. El ADN, por ejemplo, se consideró compuesto de semántidas primarias.

2. Moléculas episemánticas, que se sintetizan bajo el control de semántidas terciarias. Todas las moléculas construidas por enzimas se consideraron episemánticas.

3. Moléculas asemánticas, que no son producidos por el organismo y no expresan (directa o indirectamente) ninguna de las informaciones que contiene el organismo. En su discusión, Zuckerkandl y Pauling se apresuraron a señalar que ciertas moléculas asemánticas pueden cambiar de forma. Los virus, por ejemplo, pueden cambiar de forma cuando se integran en el genoma del huésped, al igual que las vitaminas cuando se usan y modifican anabólicamente.

Las semántidas se consideraron más relevantes para la historia evolutiva, pero el término nunca se popularizó en biología, paleontología u otros campos relacionados relevantes para el estudio de la evolución. No obstante, cualquiera que sea la nomenclatura, las & # 8220 semántidas & # 8221 que Zuckerkandl y Pauling querían investigar & # 8211 ADN, ARN y polipéptidos & # 8211 demostraron ser precisamente el tesoro de información sobre la historia evolutiva que el dúo había esperado. sea ​​el caso.

Una figura de la traducción francesa de Zuckerkandl y Pauling & # 8217s 1964 paper.

Fundamentalmente, Zuckerkandl y Pauling pretendían dilucidar cómo se podría obtener información sobre la historia evolutiva de los organismos mediante la comparación de cadenas polipeptídicas homólogas. Al examinar estas sustancias, los investigadores buscaron específicamente descubrir el momento aproximado en el que desapareció el último ancestro común entre dos especies. En esencia, es este enfoque del que hablamos cuando usamos los términos & # 8220 reloj molecular & # 8221 o & # 8220 reloj evolutivo & # 8221.

Zuckerkandl y Pauling argumentaron que, al evaluar las diferencias generales entre las cadenas polipeptídicas homólogas y comparar los residuos de aminoácidos individuales en sitios moleculares homólogos, los biólogos y paleontólogos estarían mejor equipados para evaluar el número mínimo de eventos mutacionales que separaban dos cadenas.

Con esta información en la mano, los investigadores estarían facultados para exhumar los detalles de la historia evolutiva entre especies, como está inscrito en las secuencias de bases de los ácidos nucleicos. Este conjunto de datos, creían, contendría incluso más información útil que las correspondientes secuencias de aminoácidos de la cadena de polipéptidos, ya que no todas las sustituciones en los nucleótidos se expresarían mediante diferencias en la secuencia de aminoácidos.

Una mesa de Zuckerkandl y Pauling & # 8217s 1965 papel Brujas.

A medida que avanzaba su trabajo, Pauling y Zuckerkandl publicaron otro artículo, 1965 & # 8217s & # 8220Evolutionary Divergence and Convergence in Proteins. & # 8221 Esta publicación apareció en Evolución de genes y proteínas, un volumen que surgió de una conferencia a la que habían asistido los dos en Brujas, Bélgica.

En este punto, la idea del dúo del reloj molecular, o de la "paleogenética química", había provocado la oposición de los evolucionistas y taxonomistas de los organismos, así como de algunos bioquímicos. Refiriéndose ahora a sus & # 8220semantides & # 8221 simplemente como macromoléculas informativas, Zuckerkandl y Pauling utilizaron la reunión de 1965 para argumentar enérgicamente contra sus escépticos. Zuckerkandl reprendió

Ciertamente, no podemos suscribirnos a la afirmación hecha en esta reunión por un bioquímico de renombre de que los estudios estructurales comparativos de polipéptidos pueden enseñarnos. nada sobre la evolución que no conocemos.

Pauling también agregó que

La taxonomía tiende, idealmente, no hacia cualquier tipo de clasificación conveniente de formas vivientes (a pesar de una declaración en contrario hecha en esta reunión).

Desafiando directamente a los presentes que intentaban desacreditar la idea del reloj molecular, la pareja insistió en que la taxonomía tendía hacia una clasificación filética basada en la historia evolutiva. Dado que la comparación de la estructura de macromoléculas informativas homólogas permitió el establecimiento de relaciones filogenéticas, los estudios de Zuckerkandl-Pauling sobre paleogenética química se habían ganado un lugar dentro del estudio de la taxonomía. Esto, argumentaron, era cierto tanto como método para reforzar las clasificaciones filéticas existentes como para aumentar su precisión. Específicamente, los dos afirmaron que

Es probable que la evaluación de la cantidad de diferencias entre dos organismos derivadas de secuencias en genes estructurales o en su traducción polipeptídica conduzca a cantidades diferentes de las obtenidas sobre la base de observaciones realizadas en cualquier otro nivel superior de integración biológica. Por un lado, algunas diferencias en los genes estructurales no se reflejarán en otras partes del organismo y, por otro lado, es posible que algunas diferencias observadas por el biólogo del organismo no se reflejen en los genes estructurales.

De hecho, fueron estas primeras observaciones, junto con el trabajo adicional realizado por los científicos que se tomaron en serio sus ideas, las que permitieron el desarrollo de una medida exitosa de las tasas de cambio evolutivo a lo largo del tiempo. Sin estos datos, los paleontólogos, antropólogos físicos y genetistas modernos no podrían determinar con precisión las historias evolutivas. En la actualidad, esta técnica ha sido sistematizada y especializada en el campo de la bioinformática, que ahora es fundamental para muchos estudios tanto en biología como en medicina.

Sin embargo, el propósito taxonómico del reloj molecular fue solo un subproducto de las principales ambiciones de Zuckerkandl y Pauling en el estudio de la paleogenética: comprender mejor los modos de transformaciones macromoleculares retenidos por la evolución para dilucidar los tipos de cambios discernibles en el contenido de la información y & # 8211 lo más importante para Pauling & # 8211 para identificar las consecuencias de estos cambios para un organismo dado.

A pesar de su considerable potencial, el trabajo de Zuckerkandl y Pauling, aunque realizado en una coyuntura tan crítica en un campo incipiente, fue olvidado en gran parte tan recientemente como a principios de la década de 1990. De hecho, en el artículo de 1992 de Allan Wilson y Rebecca Cann & # 8217, & # 8220 The Recent African Genesis of Humans & # 8221, se dio a entender que el concepto de reloj molecular o evolutivo fue desarrollado y empleado por primera vez por un antropólogo de Berkeley, Vincent Sarich. . Sarich había colaborado con Wilson en 1967 para estimar que la divergencia entre humanos y simios ocurrió entre cuatro y cinco millones de años atrás.

Pauling todavía estaba vivo en 1992, y al ver este artículo le escribió debidamente al editor de su editor, Científico americano, señalando que, de hecho, él y Zuckerkandl habían emitido, en 1962, su propia estimación de la desaparición del último antepasado común del gorila y el hombre. Los cálculos de Zuckerkandl y Pauling & # 8217 habían producido una divergencia de aproximadamente 7,6 millones de años antes del presente, que Pauling señaló que estaba mucho más cerca que la cifra de Sarich & # 8217 de las estimaciones más recientes de divergencia determinadas por Sibley y Ahlquist en 1984 y 1987. En particular, Pauling y la estimación de Zuckerkandl & # 8217 sigue estando más cerca de las nociones más contemporáneas de 8 a 10 millones de años.

Hoy en día, se recuerda que Emile Zuckerkandl y Linus Pauling fueron los primeros en defender la noción del reloj molecular, incluso si muchos de los detalles que ahora se consideran fundamentales aún debían ser resueltos por una serie de científicos que lo siguieron. Independientemente, como en tantas otras áreas de la ciencia, Pauling demostró una vez más estar en la planta baja de una nueva disciplina. Esta fue una empresa académica que también continuó sirviendo bien al joven Zuckerkandl, ya que continuó a través de una prolífica carrera en la ciencia que concluyó con su fallecimiento en 2013.


Instituto Linus Pauling

Debido a su personalidad dinámica y sus muchos logros en campos muy diversos, es difícil definir adecuadamente a Linus Pauling. Un hombre extraordinario que abordó con insistencia ciertos problemas humanos cruciales mientras perseguía una asombrosa variedad de intereses científicos, el Dr. Pauling era casi tan conocido por el público estadounidense como lo era por la comunidad científica mundial. Es la única persona que ha recibido dos premios Nobel no compartidos: Química (1954) y Paz (1962).

Además del reconocimiento general como uno de los dos más grandes científicos del siglo XX, sus colegas solían reconocerlo como el químico más influyente desde Lavoisier, el fundador de la ciencia química moderna en el siglo XVIII. Su libro de texto introductorio General Chemistry, revisado tres veces desde su primera impresión en 1947 y traducido a 13 idiomas, ha sido utilizado por generaciones de estudiantes universitarios. Después de que Pauling ingresara al campo de la química como profesional a mediados de la década de 1920, su trabajo, basado en la física, ha afectado el trabajo de todos los químicos. También se le considera a menudo el padre fundador de la biología molecular, que ha transformado las ciencias biológicas y la medicina y ha proporcionado la base para la biotecnología.

Linus Pauling, un genio polifacético con entusiasmo por la comunicación, fue durante años probablemente el científico estadounidense más visible, vocal y accesible. Una boina negra sobre una mata de cabello blanco rizado se convirtió en su marca registrada, junto con un par de ojos azules vivos que transmitían su intenso interés en temas desafiantes. Era un maestro en explicar información médica y científica difícil en términos comprensibles para laicos inteligentes. Escribió numerosos artículos y libros para el público en general, sobre ciencia, paz y salud. Los libros populares en los que Linus Pauling detalló sus recomendaciones nutricionales son La vitamina C y el resfriado común, Cáncer y vitamina C (con Ewan Cameron, M.D.) y Cómo vivir más tiempo y sentirse mejor. Fue buscado constantemente como orador para conferencias, mítines políticos, graduaciones y programas de medios.

Al mismo tiempo, Linus Pauling produjo una multitud de artículos científicos académicos sobre una asombrosa variedad de temas en numerosos campos de investigación. De los más de 1.000 artículos y libros que publicó como autor único o conjunto, alrededor de dos tercios son sobre temas científicos. Su libro histórico La naturaleza del enlace químico se cita con frecuencia como el libro científico más influyente del siglo XX.

Linus Pauling nunca se mostró reacio a inspirar o entrar en controversias expresando ideas científicas poco ortodoxas, adoptando una posición moral fuerte o animando al público a alguna causa digna. A menudo provocó a las comunidades científica, médica y política con sus imaginativas hipótesis científicas y su fuerte activismo social. Asumió riesgos profesionales y personales que la mayoría de sus colegas evitaban. Firme y obstinado, aunque rara vez perdía su alegre equilibrio, continuó su camino elegido y a veces solitario como visionario de la ciencia y profeta de la humanidad.

Para dar un ejemplo de su naturaleza comprometida pero de espíritu libre: en 1962, durante la administración Kennedy, los Pauling fueron invitados a una fiesta especial en la Casa Blanca en honor a los premios Nobel. El Dr. Pauling pasó el día fuera de las puertas portando una pancarta que protestaba por las pruebas nucleares atmosféricas. Luego, esa noche, él y su esposa se sentaron a una elegante cena con los Kennedy. Y, cuando se tocó música enérgica, la pareja se sintió inspirada a levantarse y bailar, para deleite de los espectadores.

Descubrimientos importantes

Durante las siete décadas de su carrera científica, los intereses de investigación de Pauling fueron asombrosamente amplios y eclécticos. Hizo importantes descubrimientos en muchos campos diferentes de la química: química física, estructural, analítica, inorgánica y orgánica, así como bioquímica. Utilizó la física teórica, en particular la teoría cuántica y la mecánica cuántica, en sus investigaciones sobre la estructura atómica y molecular y los enlaces químicos. Se aventuró en la metalurgia y la mineralogía a través del estudio de las estructuras atómicas y la unión de metales y minerales y, con sus colegas, publicó las estructuras de cientos de sustancias inorgánicas, incluidos el topacio y la mica. Tanto en medicina teórica como aplicada, realizó importantes descubrimientos en enfermedades genéticas, hematología, inmunología, función cerebral y psiquiatría, evolución molecular, terapia nutricional, tecnología de diagnóstico, epidemiología estadística y biomedicina.

Gran parte del trabajo de toda la vida de Pauling combinó la dedicación y el conocimiento del científico con un profundo compromiso con el humanitarismo que defendía su propio principio ético operativo de "minimización del sufrimiento".

Los primeros años

Linus Carl Pauling nació en Portland, Oregon, el 28 de febrero de 1901. Recibió su educación inicial en Oregon, terminando en 1922 con una licenciatura en ingeniería química de Oregon Agricultural College en Corvallis - ahora Oregon State University. Ya se sintió atraído por el desafío de cómo y por qué átomos particulares forman enlaces entre sí para crear moléculas con estructuras únicas.

Para realizar estudios de posgrado, Pauling fue al Instituto de Tecnología de California (Caltech), que proporcionó un estipendio para la investigación y la enseñanza. En 1925 recibió un Ph.D. en química y física matemática. Galardonado con una beca Guggenheim, en 1926-27 estudió en Europa con físicos que exploraban las implicaciones de la mecánica cuántica para la estructura atómica. En este nuevo campo revolucionario, Pauling encontró un marco físico y matemático para sus propias teorías futuras sobre la estructura molecular y su correlación con las propiedades y funciones químicas.

"Reglas de Pauling"

Después de que Linus Pauling se uniera a la facultad de Caltech en el otoño de 1927, continuó su intensa investigación sobre la formación de enlaces químicos entre átomos en moléculas y cristales. Para trazar los ángulos de enlace y las distancias características de átomos particulares en relación con otros átomos, usó la difracción de rayos X (aprendida anteriormente como estudiante de posgrado), complementada después de 1930 con la difracción de electrones, una técnica aún más nueva que trajo a los EE. UU. Desde Europa. . La mecánica cuántica permitió a Pauling explicar teóricamente el fenómeno de la vinculación de una manera mucho más satisfactoria que antes. Comenzó a formular generalizaciones sobre los arreglos atómicos en cristales con enlace iónico, en los que los electrones cargados negativamente, que orbitan alrededor del núcleo cargado positivamente, se transfieren de un átomo a otro. Las “Reglas de Pauling” demostraron ser de gran valor para descifrar e interpretar las estructuras iónicas, particularmente las complejas de muchos minerales de silicato.

Electronegatividad, hibridación y resonancia.

Pauling descubrió que en muchos casos el tipo de enlace, ya sea iónico o covalente (formado por el intercambio de electrones entre átomos enlazados), podría determinarse a partir de las propiedades magnéticas de una sustancia. También estableció una escala de electronegatividad de los elementos para su uso en enlaces de carácter intermedio (que tienen enlaces iónicos y covalentes) cuanto menor es la diferencia de electronegatividad entre dos átomos, más se acerca el enlace entre ellos a un enlace puramente covalente. Para explicar el enlace covalente, Pauling introdujo dos nuevos conceptos importantes, basados ​​en la mecánica cuántica: hibridación enlace-orbital y resonancia de enlace.

La hibridación reorganiza la nube de electrones de un átomo para que algunos electrones asuman posiciones favorables para la unión. Dado que el átomo de carbono puede formar cuatro enlaces, dispuestos tetraédricamente, una característica estructural central de la química orgánica, la explicación de Pauling y de muchas características relacionadas del enlace covalente atrajo la atención de químicos de todo el mundo. La resonancia es un salto rápido de electrones hacia adelante y hacia atrás entre dos o más posiciones posibles en una red de enlaces. La resonancia hace una contribución importante a la geometría estructural y la estabilidad de muchas sustancias, como el benceno o el grafito, para las cuales un sistema de enlace estático y no resonante sería inadecuado. Pauling luego extendió su concepto de resonancia de enlace a una teoría de enlace en metales y compuestos intermetálicos.

Los conceptos innovadores de Pauling, publicados a partir de fines de la década de 1920, junto con numerosos ejemplos de su aplicación a compuestos químicos o grupos de compuestos particulares, dieron a los químicos principios fundamentales para aplicar al creciente cuerpo de conocimiento químico. También podían predecir con precisión nuevos compuestos y reacciones químicas sobre una base teórica que era mucho más satisfactoria que el empirismo directo de la química anterior a Pauling.

El libro definitivo

En 1939 Pauling reunió su trabajo sobre estos temas en su libro definitivo La naturaleza del enlace químico y la estructura de moléculas y cristales, que se convirtió en un clásico y fue traducido a muchos idiomas. Su tercera edición apareció en 1960 y se ha mantenido impresa hasta el día de hoy. El manuscrito original escrito a mano fue entregado por un ex alumno de Pauling al Instituto de Ciencia y Medicina Linus Pauling y ahora es parte de los Papeles de Ava Helen y Linus Pauling en la Biblioteca del Valle de la Universidad Estatal de Oregon.

El interés de Pauling por la estructura molecular continuó a lo largo de su larga carrera, y los cálculos teóricos involucrados significaron una felicidad absoluta para él. Usó lo que llamó el "método estocástico", que se basó en su propio conocimiento enciclopédico y su formidable memoria y le permitió postular una estructura molecular probable, basada en el razonamiento y el cálculo teórico. Los asociados a menudo realizaban verificaciones de laboratorio detalladas, como ocurre con la mayoría de sus proyectos de investigación. Muchos de sus descubrimientos e invenciones fueron luego ampliados y utilizados de manera rentable en la industria por otros. Y aunque en años posteriores se dedicó principalmente a la investigación biomédica, su curiosidad a menudo lo impulsó a identificar las intrincadas estructuras de muchos minerales arcillosos, metales de transición, compuestos intermetálicos y otras sustancias. En 1992 recibió una de sus últimas patentes por una técnica novedosa de fabricación de materiales superconductores.

Enseñar química a estudiantes de primer año

A principios de la década de 1930, Pauling se hizo cargo de la enseñanza de química de primer año en Caltech. Su enfoque teórico moderno de la química, su carismático estilo de conferencias y su enérgico talento para el espectáculo (las demostraciones de laboratorio ocasionalmente se convierten en exhibiciones pirotécnicas) lo convirtieron en un profesor muy popular. También les contó a los estudiantes sobre su investigación actual, brindándoles una idea del trabajo del químico profesional. En 1947 introdujo su nuevo enfoque de la educación química en Química general, un libro de texto que influyó mucho en la enseñanza de la química en todo el mundo al redirigirla de su base tradicional, puramente empírica, al nuevo "enfoque de enlace químico".

Fisiología y salud

La implicación de Pauling con la fisiología y la salud humanas, que dominó las últimas tres décadas de su carrera investigadora, tenía muchos precedentes. A mediados de la década de 1930, una parte importante de su investigación, generosamente financiada por la Fundación Rockefeller, se trasladó a la bioquímica, un campo que había evitado anteriormente, a medida que se interesaba cada vez más en las moléculas altamente complejas de los organismos vivos. Al aplicar técnicas utilizadas en estudios de difracción anteriores a compuestos biológicos, ahora buscaba comprender la estructura de las proteínas.

En 1934, investigó las propiedades magnéticas de la hemoglobina, la molécula transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos. Luego estudió las funciones de los antígenos y anticuerpos en la respuesta inmune, un aspecto del importante fenómeno de especificidad en las interacciones bioquímicas.

En 1940 hizo la novedosa propuesta de que esta especificidad se logra a través de la complementariedad molecular, que consideraba el secreto de la vida. El concepto, que implica un ajuste "mano en guante" de una molécula contra o dentro de otra molécula que tiene una forma complementaria a la primera, fue probado en su laboratorio durante los siguientes 10 años mediante numerosos experimentos serológicos, obteniendo resultados publicados. en no menos de 34 artículos científicos. En 1946, Pauling postuló que el gen podría consistir en dos hebras mutuamente complementarias, un concepto que anticipa el descubrimiento de Watson y Crick de la estructura del ADN siete años después.

Enfermedad molecular

Pauling originó el concepto de enfermedad molecular. En 1945, mientras escuchaba a un médico describir la anemia de células falciformes, instantáneamente supuso que podría deberse a un defecto en la hemoglobina de los glóbulos rojos. Después de tres años de minuciosa investigación, él y su asociado, el Dr. Harvey Itano, identificaron esta enfermedad prevalente como de origen molecular, causada por una anomalía de transmisión genética en la molécula de hemoglobina. En pacientes susceptibles, las moléculas de hemoglobina en la sangre venosa, que carecen de oxígeno, se autocomplementan y se deforman, se adhieren y forman largos bastones que interfieren con la circulación sanguínea.

La descripción de Pauling de esta primera enfermedad molecular (como él la llamó) inició la búsqueda de muchos más trastornos de este tipo. La nueva idea rápidamente se volvió inmensamente importante en medicina y ahora es el foco principal de la investigación del genoma humano. Así, las especialidades médicas de hematología, serología, inmunología, genética aplicada y patología deben mucho a las contribuciones de Pauling, que se hicieron mucho antes de que su intenso interés en la promesa de la terapia nutricional se hiciera ampliamente conocido.

Segunda Guerra Mundial

Cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial, el Dr. Pauling ofreció al gobierno de los Estados Unidos el uso de su laboratorio y de sus servicios como consultor de investigación. Ideó algunos explosivos impresionantes (¡uno llamado "Linusite"!) Y propulsores de misiles para la Armada. Inventó un medidor que monitoreaba los niveles de oxígeno en submarinos y aviones que luego el dispositivo proporcionó de un valor incalculable para garantizar niveles seguros de ese gas vital para bebés prematuros en incubadoras y para pacientes quirúrgicos bajo anestesia.

Con un asociado, el Dr. Pauling creó una forma sintética de plasma sanguíneo para su uso en transfusiones de emergencia en clínicas de campo de batalla. También participó en una comisión presidencial en tiempos de guerra formada para recomendar direcciones futuras de programas de investigación científica y médica financiados por el gobierno. Dos resultados importantes fueron la expansión de posguerra de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), que permitió la financiación de investigaciones externas, y la creación de la Fundación Nacional de Ciencias. Reconociendo las actividades patrióticas de Pauling durante la guerra, el presidente Harry Truman en 1948 le entregó la Medalla Presidencial al Mérito "por sus destacados servicios a los Estados Unidos desde octubre de 1940 hasta junio de 1946".

Hablar

Con el fin de la guerra, Pauling se centró de nuevo en sus estudios de estructura de proteínas en Caltech. Pero tenía nuevas distracciones, provocadas por la era atómica naciente.Junto con otros científicos eminentes (como Einstein) que sentían el imperativo moral de expresar sus preocupaciones sobre hacia dónde se dirigía la sociedad humana posterior a Hiroshima, comenzó a hablar en contra de un mayor desarrollo, pruebas, abuso de armas nucleares, así como en contra de nuevas "Juramentos de lealtad" impuestos por el estado.

Durante la infame era McCarthy a principios de la década de 1950, fue tratado casi como un traidor. A pesar de su patriotismo pasado, durante varios años se le negó el pasaporte para viajar al extranjero a conferencias científicas. La razón del Departamento de Estado: "No en el mejor interés de los Estados Unidos". Solo en 1954, cuando Pauling recibió el Premio Nobel de Química, se restableció un pasaporte sin restricciones.

La hélice alfa

Mientras era profesor invitado en la Universidad de Oxford en 1948, Pauling tuvo una repentina percepción de la estructura fundamental de las proteínas, una percepción que se le había escapado durante más de una década. Trabajando con una hoja de papel que dobló en sitios donde sabía por consideraciones teóricas que la cadena se podía doblar, descubrió que la cadena polipeptídica, formada a partir de secuencias de aminoácidos, se enrollaba en una estructura helicoidal particular, a la que llamó la hélice alfa. Él basó esta configuración teórica en consideraciones de enlaces químicos más evidencia de difracción de rayos X de ciertas proteínas fibrosas. Esta propuesta, así como un concepto complementario de una estructura de "hoja plisada" relacionada, resultó ser correcta. Los estudios posteriores de difracción de rayos X han encontrado que la hélice alfa es un componente principal de las proteínas globulares y fibrosas y controla ampliamente su estructura y función.

Unos años más tarde, en 1953, Watson y Crick propusieron que la estructura del ADN, la sustancia genética de los seres vivos, es una doble hélice de dos hebras, con una hebra de la hélice complementaria a la otra. Las propuestas de Pauling de estructura helicoidal y complementariedad molecular sustentan su teoría. (Posiblemente Pauling, quien también buscó la estructura del ADN, habría descubierto la doble hélice él mismo si hubiera asistido a una conferencia en Londres en 1952 y hubiera visto, al igual que Watson y Crick, nuevos datos cruciales de difracción de rayos X del ADN, pero este viaje fue impedido por la negación de un pasaporte.) La confirmación y el conocimiento de la estructura del ADN lanzó de inmediato el nuevo campo de la genética molecular, que ha revolucionado prácticamente toda la biología.

Premio Nobel de Química

En 1954 Linus Pauling recibió el Premio Nobel de Química. La Real Academia Sueca de Ciencias citó su trabajo fundamental sobre la naturaleza del enlace químico y la estructura de moléculas y cristales y también reconoció su aplicación de los conceptos resultantes para dilucidar la estructura de las proteínas, específicamente la hélice alfa.

Premio Nobel de la Paz

Pauling dio buenos resultados a su nueva y elevada posición como premio Nobel en su creciente activismo social. A fines de la década de 1950 y principios de la de 1960, se convirtió en una figura completamente heroica para cientos de miles de estadounidenses que admiraban la valiente protesta del químico contra las pruebas nucleares atmosféricas. Sostuvo, utilizando datos científicos y estadísticas para demostrar sus puntos, que la lluvia radiactiva aumentaría la incidencia de cáncer y trastornos genéticos, incluidos los defectos de nacimiento. A medida que se aceleraba la tensión y la competencia internacionales entre los Estados Unidos y la Unión Soviética, también atrajo la atención del público sobre la acumulación y proliferación de armamento nuclear, preparativos para una guerra termonuclear que, según él, destruiría a la mayoría de las criaturas vivientes del planeta. Abordó ambos temas en su popular libro ¡No más guerra! (1958). Sostuvo que la negociación paciente y razonada y la diplomacia, utilizando la objetividad y los procedimientos del método científico, resolverían las disputas de una manera más duradera, racional y mucho más humana que la guerra. Pidió a los científicos que se convirtieran en pacificadores.

En esta fase más intensa de la Guerra Fría, el nombre de Linus Pauling estaba a menudo en las noticias, como cuando hizo circular una petición contra las pruebas nucleares atmosféricas y la acumulación excesiva de arsenales nucleares. La petición fue presentada a principios de 1958 a las Naciones Unidas después de haber sido firmada por unos 9.000, eventualmente más de 11.000 científicos en todo el mundo. La posición opuesta del gobierno de los Estados Unidos fue defendida, a veces de manera insultante, por la mayoría de la prensa y por varios científicos, como el físico Edward Teller, muchos de los cuales eran empleados federales.

La implacable campaña antisemitismo de Pauling que duró seis años se vio finalmente reivindicada cuando las tres potencias nucleares de entonces firmaron un tratado: Estados Unidos, Gran Bretaña y la U.R.S.S.

El 10 de octubre de 1963, el día en que entró en vigor la prohibición limitada de las pruebas, se anunció que Linus Pauling sería galardonado con el Premio Nobel de la Paz de 1962. Un miembro clave del comité de selección de Noruega comentó más tarde que el tratado probablemente sería no se hubiera llevado a cabo sin el impulso galvanizador del Dr. Pauling. Su inicio oportuno ha evitado que innumerables personas sufran cáncer y daños genéticos. Linus Pauling fue muy admirado y todavía es muy apreciado por su valiente posición pública por muchas personas que vivieron esos años. Hoy, por supuesto, prevenir la guerra nuclear y las consecuencias de las pruebas de armas aéreas, así como frenar la proliferación de armas nucleares, es la posición aceptada por la mayoría de las personas en todo el mundo.

Activista por la paz

Pauling creía que la creación de armas nucleares significaba que debía abolirse la guerra y instituirse el reino de la ley mundial. Buscando los medios para lograr una paz duradera y equitativa en la era nuclear a través del diálogo racional, se originó y participó con otros científicos de renombre en una serie de conferencias internacionales de Pugwash, que incluyeron representantes soviéticos. Durante casi una década, en el papel de un anciano estadista por la paz, protestó rotundamente contra la acción militar de Estados Unidos en Vietnam y en otras partes del sudeste asiático. También criticó a Estados Unidos por interferir en naciones latinoamericanas, como Cuba y Nicaragua, y / o librar una guerra con Irak en el Golfo Pérsico en lugar de utilizar sanciones económicas y negociaciones. En 1991, denunciando la lucha en la ex Yugoslavia, escribió "Un llamamiento por la paz en Croacia" y firmó otras peticiones internacionales que citaban graves violaciones de los derechos humanos.

Pauling a menudo instaba a los científicos a involucrarse en la política y la sociedad: "A veces se dice que la ciencia no tiene nada que ver con la moralidad. Esto está mal. La ciencia es la búsqueda de la verdad, el esfuerzo por comprender el mundo, implica el rechazo de los prejuicios, del dogma, de la revelación, pero no del rechazo de la moral. Una forma en que los científicos trabajan es observando el mundo, tomando nota de los fenómenos y analizándolos ".

En 1964 Linus Pauling dejó su cátedra titular en Caltech debido a la presión de administradores y fideicomisarios conservadores que desaprobaban sus prominentes y persistentes actividades anti-nucleares y de promoción de la paz internacional. Pauling había estado en el Instituto durante 42 años, primero como estudiante de posgrado y luego como miembro de la facultad. (En 1937 fue nombrado presidente de su División de Química e Ingeniería Química y director de los Laboratorios Gates y Crellin, cargos de los que había abdicado en 1958 bajo presión administrativa).

Perseguir problemas humanitarios

Dejando Pasadena a Santa Bárbara, Pauling se convirtió en miembro fundador del Centro para el Estudio de Instituciones Democráticas, lo que le permitió dedicarse a cuestiones humanitarias, en particular el uso del pensamiento científico para resolver problemas en la sociedad moderna. Posteriormente ocupó cátedras de química en la Universidad de California, San Diego (1967-69) y en la Universidad de Stanford (1969-73).

A mediados de la década de 1950, Pauling extendió su interés anterior por la fisiología humana al estudio de la salud mental y somática de grupos e individuos. Las estadísticas de salud, que había comenzado a utilizar con sus estudios de peligros nucleares y proselitismo antinuclear, se convirtieron ahora en una herramienta epidemiológica. Por ejemplo, demostró estadísticamente que fumar era una gran amenaza para la salud, reduciendo el promedio de vida en ocho años, mucho antes de que el establecimiento médico comenzara a emitir fuertes advertencias. También estudió otros factores involucrados en la longevidad.

Medicina ortomolecular

Pauling había hablado de la importancia de las vitaminas a finales de la década de 1930. A mediados de la década de 1960, se sintió intrigado por la bioquímica de la nutrición. Sus raíces estaban en la investigación que había realizado en Caltech sobre el mecanismo de acción de los agentes anestésicos en el cerebro y en la exploración de la posibilidad de que el retraso mental y las enfermedades mentales (especialmente la esquizofrenia) fueran causadas por diversos trastornos bioquímicos y genéticos. Este trabajo en la química de los fluidos cerebrales, que estudia el entorno molecular de la mente, condujo más tarde a una investigación clínica colaborativa con el Dr. Abram Hoffer sobre la eficacia terapéutica de las vitaminas en el cáncer. Al fundar el nuevo campo de la psiquiatría ortomolecular ("Orthomolecular Psychiatry" Science 160: 265-271, 1968), Pauling propuso que las anomalías mentales podrían tratarse con éxito corrigiendo los desequilibrios o deficiencias entre los componentes bioquímicos naturales del cerebro, en particular las vitaminas y otras sustancias. micronutrientes, como alternativa a la administración de potentes psicofármacos sintéticos.

Pauling más tarde amplió este concepto a la medicina ortomolecular. El concepto y el término (que significa "moléculas correctas en la concentración correcta") caracterizan un enfoque para la prevención y el tratamiento de enfermedades y el logro de una salud óptima que se basa en las acciones fisiológicas y enzimáticas de nutrientes específicos, como vitaminas, minerales y aminoácidos presentes en el cuerpo.

Vitamina C

Fascinado con el papel multifacético de la vitamina C (ácido ascórbico) en el mantenimiento de la salud, comenzó a peinar la literatura científica y médica en busca de evidencia clínica y experimental sobre su importancia. A partir de estudios publicados, del razonamiento fisiológico y evolutivo, y de sus propias experiencias y de su esposa, se convenció del valor de la vitamina C en grandes dosis como profiláctico o paliativo para el resfriado común. En 1970 escribió el libro La vitamina C y el resfriado común, que se convirtió en un éxito de ventas y atrajo la atención del público al tiempo que creaba una demanda enorme y en continuo aumento de este micronutriente.

Más tarde se convenció del valor del ascorbato para combatir la gripe, el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, las infecciones y los problemas degenerativos del proceso de envejecimiento. Agregó otros micronutrientes, como la vitamina E y las vitaminas B, a su lista de suplementos útiles y publicó otros dos libros populares y varios artículos, tanto científicos como populares, sobre terapia nutricional. Como sucedió durante sus esfuerzos anteriores para despertar al público sobre los peligros de las armas nucleares, los pronunciamientos de Pauling sobre el tema de la medicina nutricional a menudo fueron atacados por médicos y organizaciones de médicos que ignoraron su prolongada y perspicaz participación en la bioquímica de la salud humana y gran parte de ella. los estudios publicados. A menudo descartaron sus ideas como charlatanes.

El LPI

Después de retirarse al estado de profesor emérito en Stanford en 1973, Pauling cofundó la organización de investigación biomédica sin fines de lucro que ahora lleva su nombre. El Instituto Linus Pauling de Ciencia y Medicina se estableció principalmente para realizar investigaciones y educación en medicina ortomolecular, siguiendo su creencia de que la nutrición podría prevenir, mejorar o curar muchas enfermedades, retrasar el proceso de envejecimiento y aliviar el sufrimiento.

En LPI Pauling y su personal trabajaron en el desarrollo de pruebas de diagnóstico y herramientas para analizar una multitud de compuestos que se encuentran en los fluidos corporales. En su opinión, la individualidad bioquímica, que implica necesidades dietéticas únicas y específicas de los individuos, determina cómo se puede lograr una salud óptima mediante el uso juicioso de sustancias naturales. Sostuvo que la individualidad bioquímica, la enfermedad molecular o el estrés ambiental pueden aumentar la necesidad de ciertos micronutrientes, como la vitamina C, considerablemente por encima de la dosis diaria recomendada. También advirtió contra el uso excesivo de sustancias como el azúcar y los edulcorantes químicos. A diferencia de muchos defensores del campo de la medicina nutricional, él consideraba la medicina ortomolecular como un complemento crucial de la práctica médica estándar y, por lo tanto, no descartaba los tratamientos convencionales, como cirugía, quimioterapia y radiación, cuando se consideraba apropiado.

Como portavoz prominente, informado y elocuente del uso de nutrientes como medio para lograr la salud, prolongar la vida y proporcionar alternativas económicas, fácilmente disponibles y no tóxicas a las drogas, Pauling ganó un gran número de admiradores fervientes entre el público. También hubo escépticos y detractores. A los ataques de los médicos y otras autoridades de la medicina que a lo largo de los años desestimaron o ridiculizaron sus afirmaciones, Pauling respondió con datos de investigación convincentes y un razonamiento lógico. Como sucedió anteriormente con su abierto activismo antinuclear y pacífico, e incluso hasta cierto punto con su trabajo original sobre la naturaleza del vínculo químico, los ataques de los críticos no impidieron que Pauling mantuviera su posición, y a menudo se lo consideraba un héroe asediado. Utilizó el interés continuo de los medios en él con buenos resultados para promover su "régimen para una mejor salud", con la vitamina C como piedra angular. Sin duda, el público de hoy conoce al Dr. Linus Pauling más por su defensa de la vitamina C y la medicina ortomolecular que por su trabajo sobre el enlace químico o por la paz mundial.

Los ultimos años

En los últimos años de su vida, Pauling redujo sus conferencias y viajes asociados a todo el mundo que antes eran frecuentes. Dividió en gran parte su tiempo entre su rancho costero, donde hizo un trabajo teórico y escribió para su publicación, y su apartamento en Stanford cerca del Instituto Linus Pauling, donde se desempeñó como Director de Investigación después de renunciar a la presidencia de la Junta de Fideicomisarios en 1992.

Pauling continuó publicando artículos sobre salud, así como reminiscencias de su carrera en la ciencia y su trabajo por la paz. Escribió muchos artículos científicos sobre medicina ortomolecular y química estructural. Este último incluía detallar su teoría poco ortodoxa de "polisferón" compacta de la estructura de los núcleos atómicos y la fisión nuclear desde el punto de vista de un químico estructural, y una explicación (basada en el fenómeno de hermanamiento en los cristales) de los desconcertantes patrones de difracción del "cuasicristal". de ciertas aleaciones, que parecen mostrar una simetría quíntuple contraria a las leyes de la cristalografía clásica. Prosiguió con estos temas casi hasta el momento de esta muerte.

En retrospectiva, la amplitud de los intereses y la investigación de Pauling fue enorme y su trabajo publicado fue prodigioso: más de 1.065 publicaciones, desde libros y artículos científicos y populares hasta prólogos y reseñas de libros, cartas a editores y discursos impresos.

Numerosos honores

Linus Pauling recibió muchos honores. En 1933, a la notablemente joven edad de 32 años, fue elegido miembro de la prestigiosa Academia Nacional de Ciencias, y en 1936 de la igualmente prestigiosa American Philosophical Society. En 1948 se convirtió en miembro extranjero de la Royal Society of London, la principal sociedad científica honoraria de Gran Bretaña. Muchas otras sociedades y asociaciones científicas de todo el mundo lo convirtieron en miembro o miembro honorario. En química, además del Premio Nobel (1954), Pauling recibió numerosos premios, incluidos Davy, Pasteur, Willard Gibbs, T.W. Richards, G.N. Medallas Lewis, Priestley, Avogadro y Lomonosov. Fue el primer ganador del Premio de la Academia Nacional de Ciencias en Ciencias Químicas, en 1979. La Biblioteca Nacional de Medicina le otorgó su Premio Conmemorativo del Sesquicentenario en 1986 recibió otros reconocimientos médicos notables, como Addis, Phillips, Virchow, Lattimer y las medallas de la Academia Francesa de Medicina. Recibió el Premio al Logro Médico Martin Luther King, Jr. por su trabajo pionero en la determinación de la causa de la anemia de células falciformes, la enfermedad molecular que prevalece entre los afroamericanos.

El presidente Ford le otorgó la Medalla Nacional de Ciencia en 1975, y en 1989 la Junta Nacional de Ciencia le otorgó el Premio Vannevar Bush en reconocimiento a sus destacadas contribuciones a la ciencia, la tecnología y la sociedad. También recibió destacadas medallas y premios en mineralogía, derecho internacional, filosofía y ciencias sociales. Entre los premios humanitarios que ganó Pauling, el más notable, por supuesto, fue el Premio Nobel de la Paz de 1962; también recibió los premios de la paz Gandhi y Lenin y la medalla de la paz Albert Schweitzer. Pauling fue nombrado Humanista del Año en 1961. Pauling también recibió la Medalla de Oro del Instituto Nacional de Ciencias Sociales. Además, Pauling recibió títulos honoríficos de unas 50 universidades y colegios de todo el mundo. Varias universidades han creado su propia Cátedra o Medalla Linus Pauling, para honrar a otros científicos o humanitarios en su nombre.

Hasta ahora se han publicado nueve biografías y tres antologías de sus escritos y discursos, y en 2002 se publicó una colección de dos volúmenes de muchas de sus publicaciones científicas más importantes.

Vida personal

Linus Pauling siempre enfatizó la importancia de tener una vida personal plena y feliz. En 1923 se casó con Ava Helen Miller, quien había sido estudiante en un curso de química que impartió cuando aún era estudiante en el Oregon Agricultural College. El Dr. Pauling atribuyó con frecuencia a su esposa el mérito de haber influido en el desarrollo de su conciencia social. Estuvo muy involucrada en actividades de paz, tanto con su esposo como sola. Pauling dijo que su Premio Nobel de la Paz realmente debería haber sido para ella, o al menos ser compartido entre ellos. En sus charlas y escritos informales, a menudo hablaba con ternura y humor de su asociación complementaria. Murió en 1981. En homenaje a su dedicación a la paz mundial, la cátedra Ava Helen y Linus Pauling sobre la paz mundial ha sido establecida por el alma mater de los Pauling, la Universidad Estatal de Oregón en Corvallis, donde los documentos, medallas y otros Los objetos de interés se encuentran en Colecciones Especiales en la Biblioteca del Valle. Además, el Instituto Linus Pauling estableció la Cátedra Ava Helen Pauling donada en 2001 para honrar la memoria de Ava Helen Pauling.

Los Pauling tuvieron cuatro hijos. Linus Pauling, Jr., M.D., psiquiatra, vive en Honolulu. Peter Pauling, Ph.D., cristalógrafo y profesor retirado de química, residió en Gales hasta su muerte en 2003. Linda Pauling Kamb vive en la casa construida originalmente por sus padres en las colinas sobre Pasadena. Su esposo, ex profesor de geología de Caltech y vicepresidente y rector, murió en 2011. Crellin Pauling, Ph.D., fue profesor de biología en la Universidad Estatal de San Francisco hasta su muerte en 1997. Hay 15 nietos y 19 tatarabuelos -nietos.

Tras la muerte de Pauling a la edad de 93 años en su rancho cerca de Big Sur en la costa de California, se llevó a cabo un servicio conmemorativo en la Iglesia Conmemorativa de Stanford en Palo Alto el 29 de agosto.

LPI se traslada a OSU

Los activos del Instituto Linus Pauling de Ciencia y Medicina se utilizaron para establecer el Instituto Linus Pauling como un instituto de investigación en OSU en 1996 para investigar la función y el papel de los micronutrientes, fitoquímicos y otros componentes de los alimentos en el mantenimiento de la salud humana y la prevención y tratar enfermedades y promover el conocimiento en áreas que eran de interés para Linus Pauling a través de la investigación y la educación. LPI sigue funcionando como un tributo a un gran científico, Linus Pauling.

Barbara Marinacci preparó una versión anterior de esta breve biografía y la publicó en "Linus Pauling - In Memoriam" (Instituto Linus Pauling de Ciencia y Medicina, 1994, © LPISM).


Contenido

En sus primeras manifestaciones, la biología molecular (el nombre fue acuñado por Warren Weaver de la Fundación Rockefeller en 1938 [1]) era una idea de explicaciones físicas y químicas de la vida, más que una disciplina coherente. Tras el advenimiento de la teoría de la herencia del cromosoma mendeliano en la década de 1910 y la maduración de la teoría atómica y la mecánica cuántica en la década de 1920, tales explicaciones parecían estar al alcance. Weaver y otros alentaron (y financiaron) la investigación en la intersección de la biología, la química y la física, mientras que físicos prominentes como Niels Bohr y Erwin Schrödinger dirigieron su atención a la especulación biológica. Sin embargo, en las décadas de 1930 y 1940 no estaba claro en absoluto qué investigación interdisciplinaria —si es que la había— daría frutos en química coloidal, biofísica y biología de la radiación, cristalografía y otros campos emergentes que parecían prometedores.

En 1940, George Beadle y Edward Tatum demostraron la existencia de una relación precisa entre genes y proteínas. [2] En el curso de sus experimentos que conectan la genética con la bioquímica, cambiaron del pilar de la genética Drosophila a un organismo modelo más apropiado, el hongo Neurospora la construcción y explotación de nuevos organismos modelo se convertiría en un tema recurrente en el desarrollo de la biología molecular. En 1944, Oswald Avery, que trabajaba en el Instituto Rockefeller de Nueva York, demostró que los genes están formados por ADN [3] (véase el experimento de Avery-MacLeod-McCarty). En 1952, Alfred Hershey y Martha Chase confirmaron que el material genético del bacteriófago, el virus que infecta a las bacterias, está formado por ADN [4] (véase el experimento de Hershey-Chase). En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura de doble hélice de la molécula de ADN basándose en los descubrimientos de Rosalind Franklin. [5] En 1961, François Jacob y Jacques Monod demostraron que los productos de ciertos genes regulaban la expresión de otros genes actuando sobre sitios específicos en el borde de esos genes. También plantearon la hipótesis de la existencia de un intermediario entre el ADN y sus productos proteicos, al que llamaron ARN mensajero. [6] Entre 1961 y 1965 se determinó la relación entre la información contenida en el ADN y la estructura de las proteínas: existe un código, el código genético, que crea una correspondencia entre la sucesión de nucleótidos en la secuencia del ADN y una serie de aminoácidos en proteínas.

Los principales descubrimientos de la biología molecular tuvieron lugar en un período de sólo veinticinco años. Fueron necesarios otros quince años antes de que tecnologías nuevas y más sofisticadas, unidas hoy bajo el nombre de ingeniería genética, permitieran el aislamiento y caracterización de genes, en particular los de organismos muy complejos.

Si evaluamos la revolución molecular en el contexto de la historia biológica, es fácil notar que es la culminación de un largo proceso que comenzó con las primeras observaciones al microscopio. El objetivo de estos primeros investigadores fue comprender el funcionamiento de los organismos vivos describiendo su organización a nivel microscópico. Desde finales del siglo XVIII, la caracterización de las moléculas químicas que componen a los seres vivos cobra cada vez más atención, junto con el nacimiento de la química fisiológica en el siglo XIX, desarrollada por el químico alemán Justus von Liebig y tras el nacimiento de la bioquímica. a principios del 20, gracias a otro químico alemán Eduard Buchner. Entre las moléculas estudiadas por los químicos y las diminutas estructuras visibles al microscopio óptico, como el núcleo celular o los cromosomas, existía una zona oscura, "el mundo de las dimensiones ignoradas", como lo llamó el físico químico Wolfgang. Ostwald. Este mundo está poblado por coloides, compuestos químicos cuya estructura y propiedades no estaban bien definidas.

Los éxitos de la biología molecular se derivan de la exploración de ese mundo desconocido mediante las nuevas tecnologías desarrolladas por químicos y físicos: difracción de rayos X, microscopía electrónica, ultracentrifugación y electroforesis. Estos estudios revelaron la estructura y función de las macromoléculas.

Un hito en ese proceso fue el trabajo de Linus Pauling en 1949, que por primera vez vinculó la mutación genética específica en pacientes con anemia de células falciformes con un cambio demostrado en una proteína individual, la hemoglobina en los eritrocitos de individuos heterocigotos u homocigotos.

El desarrollo de la biología molecular es también el encuentro de dos disciplinas que progresaron considerablemente en el transcurso de los primeros treinta años del siglo XX: la bioquímica y la genética. El primero estudia la estructura y función de las moléculas que componen los seres vivos. Entre 1900 y 1940 se describieron los procesos centrales del metabolismo: el proceso de digestión y absorción de los elementos nutritivos derivados de la alimentación, como los azúcares. Cada uno de estos procesos está catalizado por una enzima en particular. Las enzimas son proteínas, como los anticuerpos presentes en la sangre o las proteínas responsables de la contracción muscular. Como consecuencia, el estudio de las proteínas, de su estructura y síntesis, se convirtió en uno de los principales objetivos de los bioquímicos.

La segunda disciplina de la biología que se desarrolló a principios del siglo XX es la genética. Tras el redescubrimiento de las leyes de Mendel a través de los estudios de Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak en 1900, esta ciencia empezó a tomar forma gracias a la adopción por Thomas Hunt Morgan, en 1910, de un organismo modelo para estudios genéticos. , la famosa mosca de la frutaDrosophila melanogaster). Poco después, Morgan demostró que los genes están localizados en los cromosomas. Tras este descubrimiento, continuó trabajando con Drosophila y, junto con muchos otros grupos de investigación, confirmó la importancia del gen en la vida y el desarrollo de los organismos. Sin embargo, la naturaleza química de los genes y sus mecanismos de acción sigue siendo un misterio. Los biólogos moleculares se comprometieron con la determinación de la estructura y la descripción de las complejas relaciones entre genes y proteínas.

El desarrollo de la biología molecular no fue solo el fruto de algún tipo de "necesidad" intrínseca en la historia de las ideas, sino que fue un fenómeno característicamente histórico, con todas sus incógnitas, imponderables y contingencias: los notables desarrollos de la física a principios de el siglo XX destacó el relativo retraso en el desarrollo de la biología, que se convirtió en la "nueva frontera" en la búsqueda del conocimiento sobre el mundo empírico. Además, los desarrollos de la teoría de la información y la cibernética en los años cuarenta, en respuesta a exigencias militares, trajeron a la nueva biología un número significativo de ideas fecundas y, sobre todo, metáforas.

La elección de bacterias y de su virus, el bacteriófago, como modelos para el estudio de los mecanismos fundamentales de la vida fue casi natural - son los organismos vivos más pequeños que se sabe que existen - y al mismo tiempo fruto de elecciones individuales. Este modelo debe su éxito, sobre todo, a la fama y al sentido de organización de Max Delbrück, físico alemán, que supo crear un grupo de investigación dinámico, con sede en Estados Unidos, cuyo ámbito exclusivo era el estudio del bacteriófago. : los grupo de fagos. [7]

El panorama geográfico de los desarrollos de la nueva biología estuvo condicionado sobre todo por trabajos anteriores. Estados Unidos, donde la genética se había desarrollado más rápidamente, y el Reino Unido, donde coexistían tanto la genética como la investigación bioquímica de niveles muy avanzados, estaban a la vanguardia. Alemania, cuna de las revoluciones de la física, con las mejores mentes y los laboratorios de genética más avanzados del mundo, debería haber tenido un papel primordial en el desarrollo de la biología molecular. Pero la historia decidió de otra manera: la llegada de los nazis en 1933 - y, en un grado menos extremo, la rigidez de las medidas totalitarias en la Italia fascista - provocó la emigración de un gran número de científicos judíos y no judíos. La mayoría de ellos huyó a Estados Unidos o al Reino Unido, lo que dio un impulso extra al dinamismo científico de esas naciones. Estos movimientos, en última instancia, hicieron de la biología molecular una ciencia verdaderamente internacional desde sus inicios.

El estudio del ADN es una parte central de la biología molecular.

Primer aislamiento de ADN Editar

Trabajando en el siglo XIX, los bioquímicos aislaron inicialmente ADN y ARN (mezclados) de núcleos celulares. Fueron relativamente rápidos en apreciar la naturaleza polimérica de sus aislados de "ácido nucleico", pero sólo más tarde se dieron cuenta de que los nucleótidos eran de dos tipos: uno que contenía ribosa y el otro desoxirribosa. Fue este descubrimiento posterior el que condujo a la identificación y denominación del ADN como una sustancia distinta del ARN.

Friedrich Miescher (1844-1895) descubrió una sustancia que llamó "nucleína" en 1869. Un poco más tarde, aisló una muestra pura del material ahora conocido como ADN del esperma de salmón, y en 1889 su alumno, Richard Altmann, lo llamó "ácido nucleico". Se descubrió que esta sustancia solo existía en los cromosomas.

En 1919, Phoebus Levene del Instituto Rockefeller identificó los componentes (las cuatro bases, el azúcar y la cadena de fosfato) y demostró que los componentes del ADN estaban unidos en el orden fosfato-azúcar-base. Llamó a cada una de estas unidades un nucleótido y sugirió que la molécula de ADN consistía en una cadena de unidades de nucleótidos unidas entre sí a través de los grupos fosfato, que son la "columna vertebral" de la molécula. Sin embargo, Levene pensó que la cadena era corta y que las bases se repetían en el mismo orden fijo. Torbjörn Caspersson y Einar Hammersten demostraron que el ADN era un polímero.

Cromosomas y rasgos heredados Editar

En 1927, Nikolai Koltsov propuso que los rasgos heredados se heredarían a través de una "molécula hereditaria gigante" que estaría formada por "dos hebras espejo que se replicarían de forma semiconservadora utilizando cada hebra como plantilla". [8] Max Delbrück, Nikolay Timofeev-Ressovsky y Karl G. Zimmer publicaron resultados en 1935 que sugerían que los cromosomas son moléculas muy grandes cuya estructura se puede cambiar mediante el tratamiento con rayos X, y que al cambiar así su estructura fue posible cambiar las características hereditarias gobernadas por esos cromosomas. En 1937, William Astbury produjo los primeros patrones de difracción de rayos X a partir del ADN. No pudo proponer la estructura correcta, pero los patrones mostraron que el ADN tenía una estructura regular y, por lo tanto, podría ser posible deducir cuál era esta estructura.

En 1943, Oswald Theodore Avery y un equipo de científicos descubrieron que los rasgos propios de la forma "suave" del Neumococo podría transferirse a la forma "rugosa" de la misma bacteria simplemente haciendo que la forma muerta "suave" (S) esté disponible para la forma viva "rugosa" (R). De manera inesperada, la R viviente Neumococo las bacterias se transformaron en una nueva cepa de la forma S, y las características S transferidas resultaron ser hereditarias. Avery llamó al medio de transferencia de rasgos el principio transformador; identificó al ADN como el principio transformador, y no a la proteína como se pensaba anteriormente. Básicamente, rehizo el experimento de Frederick Griffith. En 1953, Alfred Hershey y Martha Chase hicieron un experimento (experimento de Hershey-Chase) que mostró, en el fago T2, que el ADN es el material genético (Hershey compartió el premio Nobel con Luria).

Descubrimiento de la estructura del ADN Editar

En la década de 1950, tres grupos se propusieron determinar la estructura del ADN. El primer grupo en comenzar fue en King's College London y fue dirigido por Maurice Wilkins y luego se unió a Rosalind Franklin. Otro grupo formado por Francis Crick y James Watson estaba en Cambridge. Un tercer grupo estaba en Caltech y estaba dirigido por Linus Pauling. Crick y Watson construyeron modelos físicos utilizando barras y bolas de metal, en los que incorporaron las estructuras químicas conocidas de los nucleótidos, así como la posición conocida de los enlaces que unen un nucleótido al siguiente a lo largo del polímero. En el King's College, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin examinaron los patrones de difracción de rayos X de las fibras de ADN. De los tres grupos, solo el grupo de Londres pudo producir patrones de difracción de buena calidad y, por lo tanto, producir suficientes datos cuantitativos sobre la estructura.

Estructura de hélice Editar

En 1948, Pauling descubrió que muchas proteínas incluían formas helicoidales (ver hélice alfa). Pauling había deducido esta estructura de los patrones de rayos X y de los intentos de modelar físicamente las estructuras. (Pauling también sugirió más tarde una estructura de ADN helicoidal de tres cadenas incorrecta basada en los datos de Astbury). Incluso en los datos iniciales de difracción del ADN de Maurice Wilkins, era evidente que la estructura involucraba hélices. Pero esta idea fue solo el comienzo. Quedaban las preguntas de cuántas hebras se juntaban, si este número era el mismo para cada hélice, si las bases apuntaban hacia el eje helicoidal o hacia afuera y, en última instancia, cuáles eran los ángulos y coordenadas explícitos de todos los enlaces y átomos. Tales preguntas motivaron los esfuerzos de modelado de Watson y Crick.

Nucleótidos complementarios Editar

En su modelado, Watson y Crick se limitaron a lo que consideraban química y biológicamente razonable. Aún así, la amplitud de posibilidades era muy amplia. Se produjo un gran avance en 1952, cuando Erwin Chargaff visitó Cambridge e inspiró a Crick con una descripción de los experimentos que Chargaff había publicado en 1947. Chargaff había observado que las proporciones de los cuatro nucleótidos varían entre una muestra de ADN y la siguiente, pero que para pares particulares de nucleótidos - adenina y timina, guanina y citosina - los dos nucleótidos siempre están presentes en proporciones iguales.

Utilizando difracción de rayos X, así como otros datos de Rosalind Franklin y su información de que las bases estaban emparejadas, James Watson y Francis Crick llegaron al primer modelo preciso de la estructura molecular del ADN en 1953, que fue aceptado mediante inspección por Rosalind Franklin. [9] El descubrimiento fue anunciado el 28 de febrero de 1953, el primer artículo de Watson / Crick apareció en Naturaleza el 25 de abril de 1953. Sir Lawrence Bragg, director del Laboratorio Cavendish, donde trabajaban Watson y Crick, dio una charla en la Facultad de Medicina del Hospital Guy's en Londres el jueves 14 de mayo de 1953, que resultó en un artículo de Ritchie Calder en la Crónica de noticias de Londres, el viernes 15 de mayo de 1953, titulado "Por qué estás. Más cerca del secreto de la vida". La noticia llegó a los lectores de Los New York Times al día siguiente, Victor K. McElheny, al investigar su biografía, "Watson y el ADN: hacer una revolución científica", encontró un recorte de seis párrafos New York Times artículo escrito desde Londres y fechado el 16 de mayo de 1953 con el título "Se escanea la forma de 'Unidad de vida' en la celda". El artículo se publicó en una edición anterior y luego se retiró para dejar espacio a las noticias consideradas más importantes. (Los New York Times posteriormente publicó un artículo más extenso el 12 de junio de 1953). El periódico universitario de la Universidad de Cambridge también publicó su propio artículo breve sobre el descubrimiento el sábado 30 de mayo de 1953. El anuncio original de Bragg en una Conferencia Solvay sobre proteínas en Bélgica el 8 de abril de 1953 no fue reportado por la prensa. En 1962 Watson, Crick y Maurice Wilkins recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su determinación de la estructura del ADN.

"Central Dogma" Editar

El modelo de Watson y Crick atrajo un gran interés inmediatamente después de su presentación. Al llegar a su conclusión el 21 de febrero de 1953, Watson y Crick hicieron su primer anuncio el 28 de febrero. En una presentación influyente en 1957, Crick expuso el "dogma central de la biología molecular", que predijo la relación entre ADN, ARN y proteínas, y articuló la "hipótesis de la secuencia". Una confirmación crítica del mecanismo de replicación que estaba implícito en la estructura de doble hélice siguió en 1958 en la forma del experimento de Meselson-Stahl. El trabajo de Crick y colaboradores mostró que el código genético se basaba en tripletes de bases que no se superponen, llamados codones, y Har Gobind Khorana y otros descifraron el código genético poco después (1966). Estos hallazgos representan el nacimiento de la biología molecular.

Prehistoria: la estructura helicoidal del ARN Editar

El trabajo más temprano en biología estructural del ARN coincidió, más o menos, con el trabajo que se estaba realizando sobre el ADN a principios de la década de 1950. En su artículo seminal de 1953, Watson y Crick sugirieron que el apiñamiento de van der Waals por el grupo 2`OH de la ribosa impediría que el ARN adoptara una estructura de doble hélice idéntica al modelo que propusieron, lo que ahora conocemos como ADN en forma B. [10] Esto provocó preguntas sobre la estructura tridimensional del ARN: ¿podría esta molécula formar algún tipo de estructura helicoidal y, de ser así, cómo? Al igual que con el ADN, el trabajo estructural inicial sobre el ARN se centró en el aislamiento de polímeros de ARN nativo para el análisis de difracción de fibras. En parte debido a la heterogeneidad de las muestras analizadas, los patrones de difracción de fibra iniciales eran generalmente ambiguos y no se podían interpretar fácilmente. En 1955, Marianne Grunberg-Manago y sus colegas publicaron un artículo que describe la enzima polinucleótido fosforilasa, que escinde un grupo fosfato de los nucleótidos difosfatos para catalizar su polimerización. [11] Este descubrimiento permitió a los investigadores sintetizar polímeros de nucleótidos homogéneos, que luego combinaron para producir moléculas de doble hebra. Estas muestras produjeron los patrones de difracción de fibra más fácilmente interpretables obtenidos hasta ahora, lo que sugiere una estructura helicoidal ordenada para el ARN bicatenario afín que difería de la observada en el ADN. Estos resultados allanaron el camino para una serie de investigaciones sobre las diversas propiedades y propensiones del ARN.A finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, se publicaron numerosos artículos sobre diversos temas en la estructura del ARN, incluida la hibridación ARN-ADN, [12] ARN de triple hebra, [13] e incluso cristalografía a pequeña escala de nucleótidos de ARN - GC, y AU - en arreglos primitivos en forma de hélice. [14] Para una revisión más profunda de los primeros trabajos en biología estructural del ARN, consulte el artículo La era del despertar del ARN: biología estructural del ARN en los primeros años por Alexander Rich. [15]

El comienzo: estructura cristalina de tRNA PHE Editar

A mediados de la década de 1960, se estaba estudiando intensamente el papel del ARNt en la síntesis de proteínas. En este punto, los ribosomas estaban implicados en la síntesis de proteínas y se había demostrado que era necesaria una hebra de ARNm para la formación de estas estructuras. En una publicación de 1964, Warner y Rich demostraron que los ribosomas activos en la síntesis de proteínas contenían moléculas de ARNt unidas en los sitios A y P, y discutieron la noción de que estas moléculas ayudaban en la reacción de la peptidil transferasa. [16] Sin embargo, a pesar de la considerable caracterización bioquímica, la base estructural de la función del ARNt sigue siendo un misterio. En 1965, Holley et al. purificó y secuenció la primera molécula de ARNt, proponiendo inicialmente que adoptara una estructura en forma de hoja de trébol, basada en gran medida en la capacidad de ciertas regiones de la molécula para formar estructuras de bucle de tallo. [17] El aislamiento de tRNA resultó ser la primera gran ganancia inesperada en biología estructural del RNA. Después de la publicación de Robert W. Holley, numerosos investigadores comenzaron a trabajar en el aislamiento del ARNt para el estudio cristalográfico, desarrollando métodos mejorados para aislar la molécula a medida que trabajaban. Para 1968, varios grupos habían producido cristales de ARNt, pero estos demostraron ser de calidad limitada y no produjeron datos en las resoluciones necesarias para determinar la estructura. [18] En 1971, Kim et al. logró otro avance, produciendo cristales de levadura tRNA PHE que se difractaban a resoluciones de 2-3 Ångström utilizando espermina, una poliamina de origen natural, que se unía y estabilizaba el tRNA. [19] Sin embargo, a pesar de tener cristales adecuados, la estructura del tRNA PHE no se resolvió de inmediato a alta resolución, sino que tomó un trabajo pionero en el uso de derivados de metales pesados ​​y mucho más tiempo para producir un mapa de densidad de alta calidad del molécula completa. En 1973, Kim et al. produjeron un mapa de 4 Ångström de la molécula de ARNt en el que podían rastrear sin ambigüedades toda la columna vertebral. [20] Esta solución sería seguida por muchas más, ya que varios investigadores trabajaron para refinar la estructura y, por lo tanto, dilucidar más a fondo los detalles del emparejamiento de bases y las interacciones de apilamiento, y validar la arquitectura publicada de la molécula.

La estructura del tRNA PHE es notable en el campo de la estructura del ácido nucleico en general, ya que representó la primera solución de una estructura de ácido nucleico de cadena larga de cualquier tipo (ARN o ADN) que precede a la solución de Richard E. Dickerson de un dodecámero en forma B por casi una década. [21] Además, tRNA PHE demostró muchas de las interacciones terciarias observadas en la arquitectura del ARN que no se categorizarían y comprenderían más a fondo en los próximos años, proporcionando una base para toda la investigación estructural futura del ARN.

El renacimiento: la ribozima martillo y el intrón del grupo I: P4-6 Editar

Durante un tiempo considerable después de las primeras estructuras de ARNt, el campo de la estructura del ARN no avanzó drásticamente. La capacidad de estudiar una estructura de ARN dependía del potencial para aislar el ARN objetivo. Esto resultó ser una limitación para el campo durante muchos años, en parte porque otros objetivos conocidos, es decir, el ribosoma, eran significativamente más difíciles de aislar y cristalizar. Además, debido a que otros objetivos de ARN interesantes simplemente no se habían identificado, o no se entendían lo suficiente como para considerarlos interesantes, simplemente había una falta de cosas para estudiar estructuralmente. Como tal, durante unos veinte años después de la publicación original de la estructura del ARNt PHE, se resolvieron las estructuras de solo un puñado de otros objetivos de ARN, y casi todos ellos pertenecen a la familia de ARN de transferencia. [22] Esta lamentable falta de alcance eventualmente se superaría en gran parte debido a dos avances importantes en la investigación de ácidos nucleicos: la identificación de ribozimas y la capacidad de producirlas a través de in vitro transcripción.

Posterior a la publicación de Tom Cech que implicaba al Tetrahymena intrón del grupo I como una ribozima autocatalítica, [23] y el informe de Sidney Altman de catálisis por ARN de ribonucleasa P, [24] se identificaron varios otros ARN catalíticos a finales de la década de 1980, [25] incluida la ribozima cabeza de martillo. En 1994, McKay et al. publicó la estructura de un 'complejo inhibidor de ribozima ARN-ADN de cabeza de martillo' con una resolución de 2,6 Ångström, en el que la actividad autocatalítica de la ribozima se interrumpió mediante la unión a un sustrato de ADN. [26] La conformación de la ribozima publicada en este artículo finalmente demostró ser uno de varios estados posibles, y aunque esta muestra en particular era catalíticamente inactiva, las estructuras posteriores han revelado su arquitectura de estado activo. Esta estructura fue seguida por la publicación de Jennifer Doudna de la estructura de los dominios P4-P6 del Tetrahymena intrón del grupo I, un fragmento de la ribozima que Cech hizo famosa originalmente. [27] La ​​segunda cláusula del título de esta publicación - Principios de empaquetado de ARN - demuestra de manera concisa el valor de estas dos estructuras: por primera vez, se pudieron hacer comparaciones entre estructuras de ARNt bien descritas y las de ARN globulares fuera de la familia de transferencia. Esto permitió construir el marco de categorización para la estructura terciaria de ARN. Ahora era posible proponer la conservación de motivos, pliegues y diversas interacciones estabilizadoras locales. Para una revisión temprana de estas estructuras y sus implicaciones, consulte PLEGADOS DE ARN: conocimientos de estructuras cristalinas recientes, de Doudna y Ferre-D'Amare. [28]

Además de los avances que se están logrando en la determinación de la estructura global a través de la cristalografía, a principios de la década de 1990 también se vio la implementación de la RMN como una técnica poderosa en la biología estructural del ARN. Coincidiendo con la solución cristalográfica de las estructuras de ribozimas a gran escala, se resolvieron mediante RMN varias estructuras de ARN pequeños y ARN complejados con fármacos y péptidos. [29] Además, la RMN se estaba utilizando ahora para investigar y complementar las estructuras cristalinas, como lo ejemplifica la determinación de una estructura aislada de motivo tetraloop-receptor publicada en 1997. [30] Investigaciones como esta permitieron una caracterización más precisa de la base interacciones de emparejamiento y apilamiento de bases que estabilizaron los pliegues globales de grandes moléculas de ARN. La importancia de comprender los motivos estructurales terciarios del ARN fue proféticamente bien descrita por Michel y Costa en su publicación que identifica el motivo tetraloop: "... no debería ser una sorpresa si las moléculas de ARN auto-plegables hicieran un uso intensivo de solo una cantidad relativamente pequeña conjunto de motivos terciarios. La identificación de estos motivos ayudaría enormemente a las empresas de modelado, que seguirán siendo esenciales mientras la cristalización de ARN grandes siga siendo una tarea difícil ". [31]

La era moderna: la era de la biología estructural del ARN Editar

El resurgimiento de la biología estructural del ARN a mediados de la década de 1990 ha provocado una verdadera explosión en el campo de la investigación estructural de ácidos nucleicos. Desde la publicación del tiburón martillo y P4-6 estructuras, se han hecho numerosas contribuciones importantes al campo. Algunos de los ejemplos más notables incluyen las estructuras de los intrones del Grupo I y del Grupo II, [32] y el Ribosoma resuelto por Nenad Ban y sus colegas en el laboratorio de Thomas Steitz. [33] Las tres primeras estructuras se produjeron utilizando in vitro transcripción, y que la RMN ha jugado un papel en la investigación de componentes parciales de las cuatro estructuras, testimonio de la indispensabilidad de ambas técnicas para la investigación del ARN. Más recientemente, el Premio Nobel de Química de 2009 fue otorgado a Ada Yonath, Venkatraman Ramakrishnan y Thomas Steitz por su trabajo estructural en el ribosoma, lo que demuestra el papel destacado que ha tenido la biología estructural del ARN en la biología molecular moderna.

Primer aislamiento y clasificación Editar

Las proteínas fueron reconocidas como una clase distinta de moléculas biológicas en el siglo XVIII por Antoine Fourcroy y otros. Los miembros de esta clase (llamados "albuminoides", Eiweisskörper, o matières albuminoides) fueron reconocidos por su capacidad para coagular o flocular bajo diversos tratamientos como el calor o el ácido. Ejemplos bien conocidos a principios del siglo XIX incluían albúmina de clara de huevo, albúmina de suero sanguíneo, fibrina y gluten de trigo. La similitud entre la cocción de las claras de huevo y la cuajada de la leche se reconoció incluso en la antigüedad, por ejemplo, el nombre albumen porque la proteína de la clara de huevo fue acuñada por Plinio el Viejo del latín albus ovi (clara de huevo).

Con el consejo de Jöns Jakob Berzelius, el químico holandés Gerhardus Johannes Mulder llevó a cabo análisis elementales de proteínas animales y vegetales comunes. Para sorpresa de todos, todas las proteínas tenían casi la misma fórmula empírica, aproximadamente C400H620norte100O120 con átomos individuales de azufre y fósforo. Mulder publicó sus hallazgos en dos artículos (1837,1838) y planteó la hipótesis de que había una sustancia básica (Grundstoff) de proteínas, y que fue sintetizado por las plantas y absorbido por los animales en la digestión. Berzelius fue uno de los primeros defensores de esta teoría y propuso el nombre de "proteína" para esta sustancia en una carta fechada el 10 de julio de 1838.

El nombre de proteína que propuso para el óxido orgánico de fibrina y albúmina, quise derivar de [la palabra griega] πρωτειος, porque parece ser la sustancia primitiva o principal de la nutrición animal.

Mulder pasó a identificar los productos de la degradación de las proteínas, como el aminoácido leucina, para el que encontró un peso molecular (casi correcto) de 131 Da.

Purificaciones y medidas de masa Editar

El peso molecular mínimo sugerido por los análisis de Mulder fue de aproximadamente 9 kDa, cientos de veces más grande que otras moléculas en estudio. Por lo tanto, la estructura química de las proteínas (su estructura primaria) fue un área activa de investigación hasta 1949, cuando Fred Sanger secuenció la insulina. La teoría (correcta) de que las proteínas eran polímeros lineales de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos fue propuesta de forma independiente y simultánea por Franz Hofmeister y Emil Fischer en la misma conferencia en 1902. Sin embargo, algunos científicos se mostraron escépticos de que macromoléculas tan largas pudieran ser estables en solución. . En consecuencia, se propusieron numerosas teorías alternativas de la estructura primaria de la proteína, p. Ej., La hipótesis coloidal de que las proteínas eran conjuntos de moléculas pequeñas, la hipótesis del ciclol de Dorothy Wrinch, la hipótesis de la dicetopiperazina de Emil Abderhalden y la hipótesis de la pirrol / piperidina de Troensgard (1942). . La mayoría de estas teorías tenían dificultades para explicar el hecho de que la digestión de proteínas producía péptidos y aminoácidos. Finalmente, Theodor Svedberg demostró que las proteínas eran macromoléculas de composición bien definida (y no mezclas coloidales) usando ultracentrifugación analítica. La posibilidad de que algunas proteínas sean asociaciones no covalentes de tales macromoléculas fue demostrada por Gilbert Smithson Adair (midiendo la presión osmótica de la hemoglobina) y, más tarde, por Frederic M. Richards en sus estudios de ribonucleasa S. La espectrometría de masas de proteínas ha ha sido durante mucho tiempo una técnica útil para identificar modificaciones postraduccionales y, más recientemente, para sondear la estructura de la proteína.

La mayoría de las proteínas son difíciles de purificar en cantidades superiores a miligramos, incluso utilizando los métodos más modernos. Por lo tanto, los primeros estudios se centraron en proteínas que podrían purificarse en grandes cantidades, por ejemplo, las de sangre, clara de huevo, diversas toxinas y enzimas digestivas / metabólicas obtenidas de mataderos. Muchas técnicas de purificación de proteínas se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial en un proyecto dirigido por Edwin Joseph Cohn para purificar las proteínas de la sangre para ayudar a mantener con vida a los soldados. A finales de la década de 1950, Armour Hot Dog Co. purificó 1 kg (= un millón de miligramos) de ribonucleasa A pancreática bovina pura y la puso a disposición de los científicos de todo el mundo a bajo costo. [34] Este acto generoso convirtió a la ARNasa A en la principal proteína para la investigación básica durante las próximas décadas, lo que resultó en varios premios Nobel.

Plegado de proteínas y primeros modelos estructurales Editar

El estudio del plegamiento de proteínas se inició en 1910 con un famoso artículo de Harriette Chick y C. J. Martin, en el que demostraron que la floculación de una proteína se componía de dos procesos distintos: la precipitación de una proteína a partir de la solución era precedido por otro proceso llamado desnaturalización, en el que la proteína se vuelve mucho menos soluble, pierde su actividad enzimática y se vuelve más químicamente reactiva. A mediados de la década de 1920, Tim Anson y Alfred Mirsky propusieron que la desnaturalización era un proceso reversible, una hipótesis correcta que inicialmente fue satirizada por algunos científicos como "deshirviendo el huevo". Anson también sugirió que la desnaturalización era un proceso de dos estados ("todo o nada"), en el que una transición molecular fundamental resultó en cambios drásticos en la solubilidad, la actividad enzimática y la reactividad química. Además, señaló que la energía libre cambia con la desnaturalización. eran mucho más pequeños que los típicamente implicados en reacciones químicas. En 1929, Hsien Wu planteó la hipótesis de que la desnaturalización era el despliegue de proteínas, un cambio puramente conformacional que resultó en la exposición de las cadenas laterales de aminoácidos al disolvente. De acuerdo con esta (correcta) hipótesis, la exposición de cadenas laterales alifáticas y reactivas al disolvente hizo que la proteína fuera menos soluble y más reactiva, mientras que la pérdida de una conformación específica provocó la pérdida de actividad enzimática. Aunque se consideró plausible, la hipótesis de Wu no fue aceptada de inmediato, ya que se sabía muy poco sobre la estructura y enzimología de las proteínas y otros factores podrían explicar los cambios en la solubilidad, la actividad enzimática y la reactividad química. A principios de la década de 1960, Chris Anfinsen demostró que el plegamiento de la ribonucleasa A era completamente reversible sin necesidad de cofactores externos, verificando la "hipótesis termodinámica" del plegamiento de proteínas de que el estado plegado representa el mínimo global de energía libre para la proteína.

La hipótesis del plegamiento de proteínas fue seguida por la investigación de las interacciones físicas que estabilizan las estructuras de las proteínas plegadas. Dorothy Wrinch e Irving Langmuir plantearon la hipótesis del papel crucial de las interacciones hidrófobas como un mecanismo que podría estabilizar sus estructuras ciclólicas. Aunque apoyada por J. D. Bernal y otros, esta (correcta) hipótesis fue rechazada junto con la hipótesis del ciclón, que fue refutada en la década de 1930 por Linus Pauling (entre otros). En cambio, Pauling defendió la idea de que la estructura de las proteínas se estabilizaba principalmente mediante enlaces de hidrógeno, una idea propuesta inicialmente por William Astbury (1933). Sorprendentemente, la teoría incorrecta de Pauling sobre los enlaces H resultó en su correcto modelos para los elementos de la estructura secundaria de las proteínas, la hélice alfa y la hoja beta. La interacción hidrofóbica fue restaurada a su prominencia correcta por un famoso artículo en 1959 de Walter Kauzmann sobre desnaturalización, basado en parte en el trabajo de Kaj Linderstrøm-Lang. Bjerrum, Weber y Arne Tiselius demostraron la naturaleza iónica de las proteínas, pero Linderstrom-Lang demostró que las cargas eran generalmente accesibles al disolvente y no estaban unidas entre sí (1949).

La estructura secundaria y terciaria de baja resolución de las proteínas globulares se investigó inicialmente mediante métodos hidrodinámicos, como la ultracentrifugación analítica y la birrefringencia de flujo. Los métodos espectroscópicos para sondear la estructura de las proteínas (como el dicroísmo circular, la fluorescencia, la absorbancia del infrarrojo y del ultravioleta cercano) se desarrollaron en la década de 1950. Las primeras estructuras de resolución atómica de las proteínas se resolvieron mediante cristalografía de rayos X en la década de 1960 y mediante RMN en la década de 1980. A partir de 2019 [actualización], el Protein Data Bank tiene más de 150.000 estructuras de proteínas de resolución atómica. En tiempos más recientes, la microscopía crioelectrónica de grandes ensamblajes macromoleculares ha logrado resolución atómica, y la predicción computacional de la estructura de proteínas de dominios de proteínas pequeños se está acercando a la resolución atómica.


Contenido

Linus Carl Pauling nació el 28 de febrero de 1901 en Portland, Oregon, [14] [15] el primogénito de Herman Henry William Pauling (1876-1910) y Lucy Isabelle "Belle" Darling (1881-1926). [16] Fue nombrado "Linus Carl", en honor al padre de Lucy, Linus, y al padre de Herman, Carl. [17] Su padre era alemán mientras que su madre era inglesa.

En 1902, después del nacimiento de su hermana Pauline, los padres de Pauling decidieron mudarse de Portland para encontrar viviendas más asequibles y espaciosas que su apartamento de una habitación. [18] Lucy se quedó con los padres de su esposo en Lake Oswego hasta que Herman llevó a la familia a Salem, donde trabajó brevemente como vendedor ambulante para Skidmore Drug Company. Un año después del nacimiento de Lucile en 1904, Herman Pauling se mudó con su familia al lago Oswego, donde abrió su propia farmacia. [18] Trasladó a su familia a Condon, Oregon, en 1905. [19] En 1906, Herman Pauling sufría de dolor abdominal recurrente. Murió de una úlcera perforada el 11 de junio de 1910, dejando a Lucy a cargo de Linus, Lucile y Pauline. [20]

Pauling atribuye su interés en convertirse en químico al asombro por los experimentos realizados por un amigo, Lloyd A. Jeffress, que tenía un pequeño equipo de laboratorio de química. [21] Más tarde escribió: "Estaba simplemente fascinado por los fenómenos químicos, por las reacciones en las que aparecen sustancias, a menudo con propiedades sorprendentemente diferentes, y esperaba aprender más y más sobre este aspecto del mundo". [22]

En la escuela secundaria, Pauling llevó a cabo experimentos de química recolectando equipos y materiales de una planta siderúrgica abandonada. Con un amigo mayor, Lloyd Simon, Pauling instaló Palmon Laboratories en el sótano de Simon. Se acercaron a las lecherías locales que ofrecían realizar muestreos de grasa de mantequilla a precios bajos, pero los lecheros no querían confiar la tarea a dos niños y el negocio terminó en un fracaso. [23]

A los 15 años, el estudiante de último año de la escuela secundaria tenía suficientes créditos para ingresar a la Universidad Estatal de Oregon (OSU), conocida entonces como Oregon Agricultural College. [24] A falta de dos cursos de historia estadounidense requeridos para su diploma de escuela secundaria, Pauling le preguntó al director de la escuela si podía tomar los cursos al mismo tiempo durante el semestre de primavera. Negado, dejó Washington High School en junio sin un diploma. [25] La escuela le otorgó un diploma honorífico 45 años después, después de que le concedieran dos premios Nobel. [8] [26] [27]

Pauling tuvo varios trabajos para ganar dinero para sus futuros gastos universitarios, incluido trabajar a tiempo parcial en una tienda de comestibles por $ 8 por semana (equivalente a $ 190 en 2020).Su madre concertó una entrevista con el propietario de varias plantas de fabricación en Portland, el Sr. Schwietzerhoff, quien lo contrató como aprendiz de maquinista con un salario de $ 40 por mes (equivalente a $ 950 en 2020). Esto pronto se elevó a $ 50 por mes. [28] Pauling también instaló un laboratorio de fotografía con dos amigos. [29] En septiembre de 1917, Pauling fue finalmente admitido por la Universidad Estatal de Oregon. Inmediatamente renunció al trabajo de maquinista e informó a su madre, que no veía ningún sentido en una educación universitaria, de sus planes. [30]

Educación superior Editar

En su primer semestre, Pauling se inscribió en dos cursos de química, dos de matemáticas, dibujo mecánico, introducción a la minería y uso de explosivos, prosa inglesa moderna, gimnasia y ejercicios militares. [31] Participó activamente en la vida del campus y fundó el capítulo de la escuela de la fraternidad Delta Upsilon. [32] Después de su segundo año, planeó aceptar un trabajo en Portland para ayudar a mantener a su madre. La universidad le ofreció un puesto como profesor de análisis cuantitativo, un curso que acababa de tomar él mismo. Trabajaba cuarenta horas a la semana en el laboratorio y en el aula y ganaba $ 100 mensuales (equivalente a $ 1.300 en 2020), lo que le permitió continuar sus estudios. [33]

En sus últimos dos años en la escuela, Pauling se dio cuenta del trabajo de Gilbert N. Lewis e Irving Langmuir sobre la estructura electrónica de los átomos y su enlace para formar moléculas. [33] Decidió centrar su investigación en cómo las propiedades físicas y químicas de las sustancias se relacionan con la estructura de los átomos que las componen, convirtiéndose en uno de los fundadores de la nueva ciencia de la química cuántica.

El profesor de ingeniería Samuel Graf seleccionó a Pauling para que fuera su asistente de enseñanza en un curso de mecánica y materiales. [34] [35] [36] Durante el invierno de su último año, Pauling impartió un curso de química para estudiantes de economía doméstica. Fue en una de estas clases que Pauling conoció a su futura esposa, Ava Helen Miller. [35]: 41 [37] [38] [39]

En 1922, Pauling se graduó en ingeniería química. Continuó sus estudios de posgrado en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, California, bajo la dirección de Roscoe Dickinson y Richard Tolman. [1] Su investigación de posgrado involucró el uso de difracción de rayos X para determinar la estructura de los cristales. Publicó siete artículos sobre la estructura cristalina de los minerales mientras estaba en Caltech. Recibió su doctorado en química física y física matemática, [3] summa cum laude, en 1925. [40]

En 1926, Pauling recibió una beca Guggenheim para viajar a Europa, para estudiar con el físico alemán Arnold Sommerfeld en Munich, el físico danés Niels Bohr en Copenhague y el físico austriaco Erwin Schrödinger en Zürich. Los tres eran expertos en el nuevo campo de la mecánica cuántica y otras ramas de la física. [2] Pauling se interesó en cómo se podría aplicar la mecánica cuántica en su campo de interés elegido, la estructura electrónica de átomos y moléculas. En Zúrich, Pauling también fue expuesto a uno de los primeros análisis mecánicos cuánticos de enlaces en la molécula de hidrógeno, realizado por Walter Heitler y Fritz London. [41] Pauling dedicó los dos años de su viaje por Europa a este trabajo y decidió convertirlo en el centro de sus investigaciones futuras. Se convirtió en uno de los primeros científicos en el campo de la química cuántica y un pionero en la aplicación de la teoría cuántica a la estructura de las moléculas. [42]

En 1927, Pauling asumió un nuevo puesto como profesor asistente en Caltech en química teórica. [43] Lanzó su carrera en la facultad con cinco años muy productivos, continuando con sus estudios de cristales de rayos X y también realizando cálculos mecánicos cuánticos en átomos y moléculas. Publicó aproximadamente cincuenta artículos en esos cinco años y creó las cinco reglas que ahora se conocen como reglas de Pauling. [44] [45] En 1929, fue ascendido a profesor asociado y, en 1930, a profesor titular. [43] En 1931, la American Chemical Society otorgó a Pauling el Premio Langmuir por el trabajo más significativo en ciencia pura realizado por una persona de 30 años o menos. [46] Al año siguiente, Pauling publicó lo que consideró como su artículo más importante, en el que presentó por primera vez el concepto de hibridación de orbitales atómicos y analizó la tetravalencia del átomo de carbono. [47]

En Caltech, Pauling entabló una estrecha amistad con el físico teórico Robert Oppenheimer, quien pasó parte de su horario de investigación y enseñanza fuera de la U.C. Berkeley en Caltech todos los años. [48] ​​[49] Pauling también estuvo afiliado a UC Berkeley como profesor visitante de física y química de 1929 a 1934. [50] Oppenheimer incluso le dio a Pauling una impresionante colección personal de minerales. [51] Los dos hombres planearon montar un ataque conjunto sobre la naturaleza del enlace químico: aparentemente Oppenheimer proporcionaría las matemáticas y Pauling interpretaría los resultados. Su relación se agrió cuando Oppenheimer intentó perseguir a la esposa de Pauling, Ava Helen. Cuando Pauling estaba en el trabajo, Oppenheimer llegó a su casa y soltó una invitación a Ava Helen para que se uniera a él en una cita en México. Ella se negó rotundamente e informó del incidente a Pauling. Inmediatamente cortó su relación con Oppenheimer. [48]: 152 [49]

En el verano de 1930, Pauling hizo otro viaje a Europa, durante el cual aprendió sobre la difracción de electrones en fase gaseosa de Herman Francis Mark. Después de regresar, construyó un instrumento de difracción de electrones en Caltech con un alumno suyo, Lawrence Olin Brockway, y lo usó para estudiar la estructura molecular de una gran cantidad de sustancias químicas. [52]

Pauling introdujo el concepto de electronegatividad en 1932. [53] Utilizando las diversas propiedades de las moléculas, como la energía necesaria para romper enlaces y los momentos dipolares de las moléculas, estableció una escala y un valor numérico asociado para la mayoría de los elementos: el Escala de electronegatividad de Pauling: útil para predecir la naturaleza de los enlaces entre los átomos de las moléculas. [54]

En 1936, Pauling fue ascendido a presidente de la División de Química e Ingeniería Química de Caltech, y al puesto de director de los laboratorios de química Gates y Crellin. Ocupó ambos cargos hasta 1958. [43] Pauling también pasó un año en 1948 en la Universidad de Oxford como profesor visitante George Eastman y miembro de Balliol. [55]

Naturaleza del enlace químico Editar

A fines de la década de 1920, Pauling comenzó a publicar artículos sobre la naturaleza del enlace químico. Entre 1937 y 1938, ocupó el cargo de profesor no residente de química George Fischer Baker en la Universidad de Cornell. Mientras estaba en Cornell, pronunció una serie de diecinueve conferencias [56] y completó la mayor parte de su famoso libro de texto. La naturaleza del enlace químico. [57] [58]: Prefacio Se basa principalmente en su trabajo en esta área que recibió el Premio Nobel de Química en 1954 "por su investigación sobre la naturaleza del enlace químico y su aplicación a la elucidación de la estructura de complejos sustancias ". [8] El libro de Pauling ha sido considerado "el libro más influyente de la química de este siglo y su biblia eficaz". [59] En los 30 años posteriores a la publicación de su primera edición en 1939, el libro fue citado más de 16.000 veces. Incluso hoy, muchos artículos científicos modernos y artículos en revistas importantes citan este trabajo, más de setenta años después de la primera publicación. [60]

Parte del trabajo de Pauling sobre la naturaleza del enlace químico lo llevó a introducir el concepto de hibridación orbital. [61] Si bien es normal pensar en los electrones de un átomo como descritos por orbitales de tipos como s y pag, resulta que al describir el enlace en moléculas, es mejor construir funciones que participen de algunas de las propiedades de cada una. Por lo tanto, los orbitales uno 2s y tres 2p en un átomo de carbono se pueden 'mezclar' (matemáticamente) o combinar para formar cuatro orbitales equivalentes (llamados orbitales híbridos sp 3), que serían los orbitales apropiados para describir compuestos de carbono como el metano, o el orbital 2s puede combinarse con dos de los orbitales 2p para formar tres orbitales equivalentes (llamados orbitales híbridos sp 2), con el orbital 2p restante sin hibridar, que serían los orbitales apropiados para describir ciertos compuestos de carbono insaturado como el etileno. [58]: 111–120 También se encuentran otros esquemas de hibridación en otros tipos de moléculas. Otra área que exploró fue la relación entre los enlaces iónicos, donde los electrones se transfieren entre los átomos, y los enlaces covalentes, donde los electrones se comparten entre los átomos por igual. Pauling mostró que estos eran simplemente extremos, y que para la mayoría de los casos reales de enlace, la función de onda de la mecánica cuántica para una molécula polar AB es una combinación de funciones de onda para moléculas covalentes e iónicas. [45]: 66 Aquí Pauling's electronegatividad El concepto es particularmente útil: la diferencia de electronegatividad entre un par de átomos será el predictor más seguro del grado de ionicidad del enlace. [62]

El tercero de los temas que Pauling atacó bajo el título general de "la naturaleza del enlace químico" fue la contabilidad de la estructura de los hidrocarburos aromáticos, particularmente el prototipo, el benceno. [63] La mejor descripción del benceno la hizo el químico alemán Friedrich Kekulé. Lo había tratado como una interconversión rápida entre dos estructuras, cada una con enlaces dobles y sencillos alternados, pero con los enlaces dobles de una estructura en los lugares donde los enlaces simples estaban en la otra. Pauling mostró que una descripción adecuada basada en la mecánica cuántica era una estructura intermedia que era una mezcla de cada una. La estructura era una superposición de estructuras más que una rápida interconversión entre ellas. El nombre de "resonancia" se aplicó posteriormente a este fenómeno. [64] En cierto sentido, este fenómeno se asemeja a los de la hibridación y también los enlaces polares, ambos descritos anteriormente, porque los tres fenómenos implican combinar más de una estructura electrónica para lograr un resultado intermedio.

Estructuras de cristal iónico Editar

En 1929, Pauling publicó cinco reglas que ayudan a predecir y explicar las estructuras cristalinas de los compuestos iónicos. [65] [45] Estas reglas se refieren a (1) la relación entre el radio del catión y el radio del anión, (2) la fuerza del enlace electrostático, (3) el intercambio de esquinas, aristas y caras del poliedro, (4) cristales que contienen diferentes cationes, y (5) la regla de la parsimonia.

Moléculas biológicas Editar

A mediados de la década de 1930, Pauling, fuertemente influenciado por las prioridades de financiación de orientación biológica de Warren Weaver de la Fundación Rockefeller, decidió emprender nuevas áreas de interés. [66] Aunque el interés inicial de Pauling se había centrado casi exclusivamente en las estructuras moleculares inorgánicas, ocasionalmente había pensado en moléculas de importancia biológica, en parte debido a la creciente fuerza de Caltech en biología. Pauling interactuó con grandes biólogos como Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhanski, Calvin Bridges y Alfred Sturtevant. [67] Sus primeros trabajos en esta área incluyeron estudios de la estructura de la hemoglobina con su alumno Charles D. Coryell. Demostró que la molécula de hemoglobina cambia de estructura cuando gana o pierde un átomo de oxígeno. [67] Como resultado de esta observación, decidió realizar un estudio más completo de la estructura de las proteínas en general. Volvió a su uso anterior del análisis de difracción de rayos X. Pero las estructuras de proteínas eran mucho menos susceptibles a esta técnica que los minerales cristalinos de su trabajo anterior. Las mejores imágenes de rayos X de proteínas en la década de 1930 las había realizado el cristalógrafo británico William Astbury, pero cuando Pauling intentó, en 1937, explicar las observaciones de Astbury de forma mecánica cuántica, no pudo. [68]

Pauling tardó once años en explicar el problema: su análisis matemático era correcto, pero las fotografías de Astbury se tomaron de tal manera que las moléculas de proteína se inclinaron de sus posiciones esperadas. Pauling había formulado un modelo para la estructura de la hemoglobina en el que los átomos estaban dispuestos en un patrón helicoidal y aplicó esta idea a las proteínas en general.

En 1951, basándose en las estructuras de aminoácidos y péptidos y la naturaleza plana del enlace peptídico, Pauling, Robert Corey y Herman Branson propusieron correctamente la hélice alfa y la hoja beta como los motivos estructurales primarios en la estructura secundaria de la proteína. [69] [70] Este trabajo ejemplificó la capacidad de Pauling para pensar de manera no convencional en el centro de la estructura fue la suposición poco ortodoxa de que una vuelta de la hélice bien puede contener un número no entero de residuos de aminoácidos para la hélice alfa es 3,7 residuos de aminoácidos por turno.

Pauling propuso entonces que el ácido desoxirribonucleico (ADN) era una triple hélice [71] [72]. Su modelo contenía varios errores básicos, incluida una propuesta de grupos fosfato neutros, una idea que entraba en conflicto con la acidez del ADN. Sir Lawrence Bragg se había sentido decepcionado de que Pauling hubiera ganado la carrera para encontrar la estructura de hélice alfa de las proteínas. El equipo de Bragg había cometido un error fundamental al hacer sus modelos de proteínas al no reconocer la naturaleza plana del enlace peptídico. Cuando se supo en el Laboratorio Cavendish que Pauling estaba trabajando en modelos moleculares de la estructura del ADN, a James Watson y Francis Crick se les permitió hacer un modelo molecular de ADN. Más tarde se beneficiaron de datos inéditos de Maurice Wilkins y Rosalind Franklin en King's College que mostraron evidencia de una hélice y una base plana apilada a lo largo del eje de la hélice. A principios de 1953 Watson y Crick propusieron una estructura correcta para la doble hélice del ADN. Pauling citó más tarde varias razones para explicar cómo se había engañado acerca de la estructura del ADN, entre ellas datos de densidad engañosos y la falta de fotografías de difracción de rayos X de alta calidad. Durante el tiempo que Pauling estaba investigando el problema, Rosalind Franklin en Inglaterra estaba creando las mejores imágenes del mundo. Fueron clave para el éxito de Watson y Crick. Pauling no los vio antes de idear su estructura de ADN errónea, aunque su asistente Robert Corey sí vio al menos algunos de ellos, mientras ocupaba el lugar de Pauling en una conferencia de proteínas en el verano de 1952 en Inglaterra. A Pauling se le había impedido asistir porque el Departamento de Estado retuvo su pasaporte por sospecha de que tenía simpatías comunistas. Esto llevó a la leyenda de que Pauling perdió la estructura del ADN debido a la política de la época (esto fue al comienzo del período McCarthy en los Estados Unidos). La política no jugó un papel crítico. Corey no solo vio las imágenes en ese momento, sino que el propio Pauling recuperó su pasaporte en unas pocas semanas y recorrió los laboratorios ingleses mucho antes de escribir su artículo de ADN. Tuvo una amplia oportunidad de visitar el laboratorio de Franklin y ver su trabajo, pero decidió no hacerlo. [48]: 414–415

Pauling también estudió las reacciones enzimáticas y fue uno de los primeros en señalar que las enzimas provocan reacciones al estabilizar el estado de transición de la reacción, un punto de vista fundamental para comprender su mecanismo de acción. [73] También fue uno de los primeros científicos en postular que la unión de los anticuerpos a los antígenos se debería a una complementariedad entre sus estructuras. [74] En la misma línea, con el físico convertido en biólogo Max Delbrück, escribió un artículo temprano argumentando que la replicación del ADN probablemente se deba a la complementariedad, más que a la similitud, como sugirieron algunos investigadores. Esto quedó claro en el modelo de la estructura del ADN que descubrieron Watson y Crick. [75]

Genética molecular Editar

En noviembre de 1949, Pauling, Harvey Itano, S. J. Singer e Ibert Wells publicaron "Anemia de células falciformes, una enfermedad molecular" [76] en la revista Ciencias. Fue la primera prueba de que una enfermedad humana estaba causada por una proteína anormal, y la anemia de células falciformes se convirtió en la primera enfermedad conocida a nivel molecular. (Sin embargo, no fue la primera demostración de que se podían distinguir formas variantes de hemoglobina mediante electroforesis, como habían demostrado varios años antes Maud Menten y colaboradores). [77] Usando electroforesis, demostraron que las personas con anemia de células falciformes tienen una forma modificada de hemoglobina en sus glóbulos rojos, y que las personas con el rasgo de células falciformes tienen las formas normales y anormales de hemoglobina. Esta fue la primera demostración que relaciona causalmente una proteína anormal con una enfermedad, y también la primera demostración de que la herencia mendeliana determina las propiedades físicas específicas de las proteínas, no simplemente su presencia o ausencia: el comienzo de la genética molecular. [78]

Su éxito con la anemia de células falciformes llevó a Pauling a especular que una serie de otras enfermedades, incluidas enfermedades mentales como la esquizofrenia, podrían ser el resultado de una genética defectuosa. Como presidente de la División de Química e Ingeniería Química y director de los Laboratorios Químicos Gates y Crellin, alentó la contratación de investigadores con un enfoque químico-biomédico de las enfermedades mentales, una dirección no siempre popular entre los químicos establecidos de Caltech. [79]: 2

En 1951, Pauling dio una conferencia titulada "Medicina Molecular". [80] A finales de la década de 1950, Pauling estudió el papel de las enzimas en la función cerebral, creyendo que la enfermedad mental puede ser causada en parte por una disfunción enzimática.

Estructura del núcleo atómico Editar

El 16 de septiembre de 1952, Pauling abrió un nuevo cuaderno de investigación con las palabras "He decidido atacar el problema de la estructura de los núcleos". El 15 de octubre de 1965, Pauling publicó su modelo esférico compacto del núcleo atómico en dos revistas muy respetadas, Ciencias y el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. [81] [82] Durante casi tres décadas, hasta su muerte en 1994, Pauling publicó numerosos artículos sobre su modelo de cúmulos de esferones. [81] [83] [84] [85] [86] [87]

La idea básica detrás del modelo de esferones de Pauling es que un núcleo puede verse como un conjunto de "grupos de nucleones". Los grupos de nucleones básicos incluyen el deuterón [np], el helión [pnp] y el tritón [npn]. Incluso, los núcleos pares se describen como compuestos de grupos de partículas alfa, como se ha hecho a menudo con los núcleos ligeros. [88] Pauling intentó derivar la estructura de capa de los núcleos a partir de consideraciones geométricas puras relacionadas con los sólidos platónicos en lugar de partir de un modelo de partículas independientes como en el modelo de capa habitual. En una entrevista concedida en 1990, Pauling comentó sobre su modelo: [89]

Recientemente, he estado tratando de determinar estructuras detalladas de núcleos atómicos analizando el estado fundamental y las curvas vibratorias del estado excitado, como se observó experimentalmente. Por leer la literatura de física, Physical Review Letters y otras revistas, sé que muchos físicos están interesados ​​en los núcleos atómicos, pero ninguno de ellos, hasta donde he podido descubrir, ha estado atacando el problema de la misma manera que yo. atacarlo.Así que me muevo a mi propia velocidad, haciendo cálculos.

Trabajo en tiempos de guerra Editar

Pauling había sido prácticamente apolítico hasta la Segunda Guerra Mundial. Al comienzo del Proyecto Manhattan, Robert Oppenheimer lo invitó a estar a cargo de la división de Química del proyecto. Sin embargo, se negó, no quería desarraigar a su familia. [90]

Pauling, sin embargo, trabajó en la investigación para los militares. Fue investigador principal en 14 contratos de OSRD. [91] El Comité de Investigación de la Defensa Nacional convocó una reunión el 3 de octubre de 1940, en busca de un instrumento que pudiera medir de manera confiable el contenido de oxígeno en una mezcla de gases, de modo que pudieran medir las condiciones de oxígeno en submarinos y aviones. En respuesta, Pauling diseñó el medidor de oxígeno Pauling, que fue desarrollado y fabricado por Arnold O. Beckman, Inc. Después de la guerra, Beckman adaptó los analizadores de oxígeno para su uso en incubadoras para bebés prematuros. [92]: 180–186 [93]

En 1942, Pauling presentó con éxito una propuesta sobre "El tratamiento químico de soluciones de proteínas en el intento de encontrar un sustituto del suero humano para transfusiones". Su grupo de proyecto, que incluía a J.B. Koepfli y Dan Campbell, desarrolló un posible sustituto del plasma sanguíneo humano en transfusiones: polioxi gelatina (oxipoligelatina). [94] [95]

Otros proyectos de guerra con aplicaciones militares más directas incluyeron el trabajo en explosivos, propulsores de cohetes y la patente de un proyectil perforador de blindaje. En octubre de 1948 Pauling recibió una Medalla Presidencial al Mérito del presidente Harry S. Truman. La cita lo acredita por su "mente imaginativa", "éxito brillante" y "conducta excepcionalmente meritoria en el desempeño de servicios sobresalientes. [96] [97] [98] En 1949, se desempeñó como presidente de la American Chemical Society. [99]

Activismo nuclear Editar

Las secuelas del Proyecto Manhattan y el pacifismo de su esposa Ava cambiaron profundamente la vida de Pauling y se convirtió en un activista por la paz.

En junio de 1945, se inició una "Ley de May-Johnson" [100] [101] [102] que se convertiría en la Ley de Energía Atómica de 1946 (firmada el 1 de agosto de 1946). En noviembre de 1945, Pauling habló con el Comité de Ciudadanos Independientes de las Artes, las Ciencias y las Profesiones (ICCASP) sobre armas atómicas poco después, su esposa Ava y él aceptaron la membresía. [103] El 21 de enero de 1946, el grupo se reunió para discutir la libertad académica, durante la cual Pauling dijo: "Por supuesto, siempre existe una amenaza para la libertad académica, como la hay para los otros aspectos de la libertad y los derechos del individual, en los continuos ataques que se hacen a esta libertad, estos derechos, por los egoístas, los excesivamente ambiciosos, los descarriados, los inescrupulosos, que buscan oprimir al gran cuerpo de la humanidad para que ellos mismos puedan beneficiarse, y debemos Esté siempre alerta contra esta amenaza y debe combatirla con vigor cuando se vuelva peligrosa ". [103]

En 1946, se unió al Comité de Emergencia de Científicos Atómicos, presidido por Albert Einstein. [104] Su misión era advertir al público de los peligros asociados con el desarrollo de armas nucleares.

Su activismo político llevó al Departamento de Estado de Estados Unidos a negarle un pasaporte en 1952, cuando fue invitado a hablar en una conferencia científica en Londres. [105] [106] En un discurso ante el Senado de Estados Unidos el 6 de junio del mismo año, el senador Wayne Morse denunció públicamente la acción del Departamento de Estado e instó a la División de Pasaportes a revertir su decisión. Pauling y su esposa Ava recibieron entonces un "pasaporte limitado" para asistir a la conferencia mencionada en Inglaterra. [107] [108] Su pasaporte completo fue restaurado en 1954, poco antes de la ceremonia en Estocolmo donde recibió su primer Premio Nobel.

Junto a Einstein, Bertrand Russell y otros ocho científicos e intelectuales destacados, firmó el Manifiesto Russell-Einstein emitido el 9 de julio de 1955. [109] También apoyó la Declaración de Mainau del 15 de julio de 1955, firmada por 52 premios Nobel. [110]

En mayo de 1957, trabajando con el profesor Barry Commoner de la Universidad de Washington en St. Louis, Pauling comenzó a hacer circular una petición entre los científicos para detener las pruebas nucleares. [111] El 15 de enero de 1958, Pauling y su esposa presentaron una petición al Secretario General de las Naciones Unidas, Dag Hammarskjöld, pidiendo el fin de las pruebas de armas nucleares. Fue firmado por 11.021 científicos que representan a cincuenta países. [112] [113]

En febrero de 1958, Pauling participó en un debate televisado públicamente con el físico atómico Edward Teller sobre la probabilidad real de que la lluvia radiactiva provoque mutaciones. [114] Más tarde, en 1958, Pauling publicó ¡No más guerra!, en el que no solo pidió el fin de los ensayos de armas nucleares, sino también el fin de la guerra misma. Propuso que se estableciera una Organización Mundial de Investigación para la Paz como parte de las Naciones Unidas para "atacar el problema de la preservación de la paz". [8]

Pauling también apoyó el trabajo del Comité Ciudadano de Información Nuclear (CNI) de St. Louis. [111] Este grupo, encabezado por Barry Commoner, Eric Reiss, M. W. Friedlander y John Fowler, organizó un estudio longitudinal para medir el estroncio-90 radiactivo en los dientes de leche de los niños de toda América del Norte. El "Baby Tooth Survey", publicado por la Dra. Louise Reiss, demostró de manera concluyente en 1961 que las pruebas nucleares sobre el suelo presentaban riesgos significativos para la salud pública en forma de lluvia radiactiva propagada principalmente a través de la leche de vacas que habían ingerido pasto contaminado. [115] [116] [117] Al Comité de Información Nuclear se le atribuye con frecuencia su importante contribución al apoyo de la prohibición de los ensayos, [118] al igual que la investigación pionera realizada por el Dr. Reiss y el "Baby Tooth Survey". [119]

La presión pública y los aterradores resultados de la investigación del CNI llevaron posteriormente a una moratoria sobre las pruebas de armas nucleares en la superficie, seguida del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas, firmado en 1963 por John F. Kennedy y Nikita Khrushchev. El día en que el tratado entró en vigor, el 10 de octubre de 1963, el Comité del Premio Nobel otorgó a Pauling el Premio Nobel de la Paz de 1962. (No se había otorgado previamente ningún premio para ese año). [120] Lo describieron como "Linus Carl Pauling, quien desde 1946 ha hecho campaña incesantemente, no solo contra los ensayos de armas nucleares, no solo contra la propagación de estos armamentos, no solo contra su uso, sino contra toda guerra como medio para resolver conflictos internacionales ". [121] El propio Pauling reconoció la profunda implicación de su esposa Ava en el trabajo por la paz y lamentó que no le concedieran el Premio Nobel de la Paz con él. [122]

Crítica política Editar

Muchos de los críticos de Pauling, incluidos científicos que apreciaron las contribuciones que había hecho en química, no estaban de acuerdo con sus posiciones políticas y lo vieron como un portavoz ingenuo del comunismo soviético. En 1960, se le ordenó comparecer ante el Subcomité de Seguridad Interna del Senado, [123] que lo calificó como "el nombre científico número uno en prácticamente todas las actividades importantes de la ofensiva de paz comunista en este país". [124] Un título en Vida revista calificó su Premio Nobel de 1962 como "Un insulto extraño de Noruega". [125] [126]

Pauling era un objetivo frecuente de la Revisión nacional revista. En un artículo titulado "The Collaborators" en el número del 17 de julio de 1962 de la revista, se mencionaba a Pauling no solo como un colaborador, sino como un "compañero de viaje" de los defensores del comunismo al estilo soviético. En 1965, Pauling demandó a la revista, a su editor William Rusher y a su editor William F. Buckley, Jr. por $ 1 millón. Perdió tanto sus demandas por difamación como la apelación de 1968. [127] [128] [129] [130]

Su activismo por la paz, sus frecuentes viajes y su entusiasta expansión hacia la investigación químico-biomédica despertaron oposición en Caltech. En 1958, la Junta de Fideicomisarios de Caltech exigió que Pauling renunciara como presidente de la División de Química e Ingeniería Química. [79]: 2 Aunque había conservado su puesto como profesor titular, Pauling decidió renunciar a Caltech después de recibir el dinero del premio Nobel de la paz. Pasó los siguientes tres años en el Centro para el Estudio de Instituciones Democráticas (1963-1967). [22] En 1967, se mudó a la Universidad de California en San Diego, pero permaneció allí solo brevemente, y se fue en 1969 en parte debido a las tensiones políticas con la junta de regentes de la era Reagan. [79]: 3 De 1969 a 1974, aceptó un puesto como profesor de química en la Universidad de Stanford. [43]

Activismo de la guerra de Vietnam Editar

Durante la década de 1960, la política del presidente Lyndon Johnson de aumentar la participación de Estados Unidos en la guerra de Vietnam provocó un movimiento contra la guerra al que los Pauling se unieron con entusiasmo. Pauling denunció la guerra como innecesaria e inconstitucional. Pronunció discursos, firmó cartas de protesta y se comunicó personalmente con el líder norvietnamita, Ho Chi Minh, y dio una extensa respuesta por escrito al presidente Johnson. Sus esfuerzos fueron ignorados por el gobierno estadounidense. [131]

Pauling fue galardonado con el Premio Internacional Lenin de la Paz de la URSS en 1970. [124] [132] Continuó su activismo por la paz en los años siguientes. Él y su esposa Ava ayudaron a fundar la Liga Internacional de Humanistas en 1974. [133] Fue presidente de la junta asesora científica de la Unión Mundial para la Protección de la Vida y también uno de los signatarios de la Declaración de Dubrovnik-Filadelfia de 1974 / 1976. [134] Linus Carl Pauling fue presidente honorario y miembro de la Academia Internacional de Ciencias de Munich hasta el final de su vida. [135]

Eugenesia editar

Pauling apoyó una forma limitada de eugenesia al sugerir que los portadores humanos de genes defectuosos reciban una marca visible obligatoria, como un tatuaje en la frente, para desalentar a las parejas potenciales con el mismo defecto, a fin de reducir el número de bebés con enfermedades como la hoz. anemia celular. [136] [137]

Investigación médica y promoción de la vitamina C Editar

En 1941, a los 40 años, Pauling fue diagnosticado con la enfermedad de Bright, una enfermedad renal. Siguiendo las recomendaciones de Thomas Addis, quien reclutó activamente a Ava Helen Pauling como "nutricionista, cocinera y, finalmente, como 'médico' adjunto", Pauling creía que podía controlar la enfermedad con la inusual dieta baja en proteínas sin sal de Addis y suplementos vitamínicos. [139] Por lo tanto, la exposición inicial, e intensamente personal, de Pauling a la idea de tratar la enfermedad con suplementos vitamínicos fue positiva.

En 1965, Pauling leyó Terapia con niacina en psiquiatría por Abram Hoffer y las vitaminas teorizadas podrían tener importantes efectos bioquímicos no relacionados con la prevención de las enfermedades por deficiencia asociadas. [140] En 1968, Pauling publicó un breve artículo en Ciencias titulado "Psiquiatría ortomolecular", [141] dando un nombre al movimiento de terapia de megavitaminas popular pero controvertido de la década de 1970, y defendiendo que "la terapia ortomolecular, la provisión para la persona individual de las concentraciones óptimas de componentes normales importantes del cerebro, puede ser el tratamiento preferido para muchos pacientes con enfermedades mentales ". Pauling acuñó el término "ortomolecular" para referirse a la práctica de variar la concentración de sustancias normalmente presentes en el cuerpo para prevenir y tratar enfermedades. Sus ideas formaron la base de la medicina ortomolecular, que generalmente no es practicada por profesionales médicos convencionales y ha sido fuertemente criticada. [142] [143]

En 1973, con Arthur B. Robinson y otro colega, Pauling fundó el Instituto de Medicina Ortomolecular en Menlo Park, California, que pronto pasó a llamarse Instituto Linus Pauling de Ciencia y Medicina. Pauling dirigió la investigación sobre la vitamina C, pero también continuó su trabajo teórico en química y física hasta su muerte. En sus últimos años, se interesó especialmente en el posible papel de la vitamina C en la prevención de la aterosclerosis y publicó tres informes de casos sobre el uso de lisina y vitamina C para aliviar la angina de pecho. Durante la década de 1990, Pauling presentó un plan integral para el tratamiento de enfermedades cardíacas utilizando lisina y vitamina C. En 1996, se creó un sitio web que explicaba el tratamiento de Pauling, al que se refirió como terapia de Pauling. Los defensores de la Terapia Pauling creen que la enfermedad cardíaca se puede tratar e incluso curar usando solo lisina y vitamina C y sin medicamentos ni operaciones cardíacas. [144]

El trabajo de Pauling sobre la vitamina C en sus últimos años generó mucha controversia. El bioquímico Irwin Stone le presentó por primera vez el concepto de vitamina C en dosis altas en 1966. Después de convencerse de su valor, Pauling tomó 3 gramos de vitamina C todos los días para prevenir los resfriados. [14] Emocionado por sus propios resultados percibidos, investigó la literatura clínica y publicó La vitamina C y el resfriado común en 1970. Comenzó una larga colaboración clínica con el cirujano oncológico británico Ewan Cameron en 1971 sobre el uso de vitamina C intravenosa y oral como terapia contra el cáncer para pacientes terminales. [145] Cameron y Pauling escribieron muchos artículos técnicos y un libro popular, Cáncer y vitamina C, que discutió sus observaciones. Pauling popularizó la vitamina C entre el público [146] y finalmente publicó dos estudios de un grupo de 100 pacientes supuestamente terminales que afirmaban que la vitamina C aumentaba la supervivencia hasta cuatro veces en comparación con los pacientes no tratados. [147] [148]

Una reevaluación de las afirmaciones en 1982 encontró que los grupos de pacientes no eran realmente comparables, ya que el grupo de vitamina C estaba menos enfermo al ingresar al estudio y se consideró "terminal" mucho antes que el grupo de comparación. [149] Los ensayos clínicos posteriores realizados por la Clínica Mayo también concluyeron que la vitamina C en dosis altas (10,000 mg) no fue mejor que el placebo para tratar el cáncer y que no hubo beneficios para la vitamina C en dosis altas [150] [151] [152] El fracaso de los ensayos clínicos para demostrar algún beneficio dio como resultado la conclusión de que la vitamina C no era eficaz en el tratamiento del cáncer. El establecimiento médico concluyó que sus afirmaciones de que la vitamina C podía prevenir los resfriados o tratar el cáncer eran una charlatanería. [14] [153] Pauling denunció las conclusiones de estos estudios y el manejo del estudio final como "fraude y tergiversación deliberada", [154] [155] y criticó los estudios por utilizar vitamina C oral en lugar de intravenosa [156] ( que fue el método de dosificación utilizado durante los primeros diez días del estudio original de Pauling [153]). Pauling también criticó los estudios de la clínica Mayo porque los controles estaban tomando vitamina C durante el ensayo y porque la duración del tratamiento con vitamina C fue corta Pauling abogó por la administración continua de altas dosis de vitamina C por el resto de la vida del paciente con cáncer, mientras que la clínica Mayo los pacientes del segundo ensayo fueron tratados con vitamina C durante una mediana de 2,5 meses. [157] Los resultados se debatieron públicamente extensamente con considerable acritud entre Pauling y Cameron, y Moertel (el autor principal de los estudios de la Clínica Mayo), con acusaciones de mala conducta e incompetencia científica de ambos lados. [ cita necesaria ]

En última instancia, los hallazgos negativos de los estudios de la Clínica Mayo terminaron con el interés general en la vitamina C como tratamiento para el cáncer. [155] A pesar de esto, Pauling continuó promoviendo la vitamina C para el tratamiento del cáncer y el resfriado común, trabajando con los Institutos para el Logro del Potencial Humano para usar la vitamina C en el tratamiento de niños con lesiones cerebrales. [158] Más tarde colaboró ​​con el médico canadiense Abram Hoffer en un régimen de micronutrientes, incluida la vitamina C en dosis altas, como terapia complementaria contra el cáncer. [159] Una revisión de 2009 también observó diferencias entre los estudios, como la clínica de Mayo que no usa vitamina C intravenosa, y sugirió estudios adicionales sobre la función de la vitamina C cuando se administra por vía intravenosa. [160] Los resultados de la mayoría de los ensayos clínicos sugieren que la suplementación modesta de vitamina C sola o con otros nutrientes no ofrece ningún beneficio en la prevención del cáncer. [161] [162]

Pauling se casó con Ava Helen Miller el 17 de junio de 1923. El matrimonio duró hasta la muerte de Ava Pauling en 1981. Tuvieron cuatro hijos. [163] Linus Carl Jr. (nacido en 1925) se convirtió en psiquiatra Peter (1931-2003) un cristalógrafo en el University College London Edward Crellin (1937-1997) un biólogo y Linda Helen (nacida en 1932) se casó con el destacado geólogo y glaciólogo de Caltech Barclay Kamb . [164]

Pauling fue criado como miembro de la Iglesia Luterana, [165] pero luego se unió a la Iglesia Unitaria Universalista. [166] Dos años antes de su muerte, en un diálogo publicado con el filósofo budista Daisaku Ikeda, Pauling declaró públicamente su ateísmo. [167]

El 30 de enero de 1960, Pauling y su esposa estaban usando una cabaña a unas 80 millas (130 km) al sur de Monterey, California, y decidió dar un paseo por un sendero costero. Se perdió y trató de escalar el acantilado rocoso, pero alcanzó una gran roca que sobresalía a unos 300 pies (90 m) sobre el océano. Decidió que era más seguro quedarse allí y, mientras tanto, lo denunciaron como desaparecido. Pasó una noche sin dormir en el acantilado antes de ser encontrado después de casi 24 horas. [168]

Muerte y legado Editar

Pauling murió de cáncer de próstata el 19 de agosto de 1994 a las 19:20 en su casa en Big Sur, California. [13] Tenía 93 años. [169] Una lápida para Pauling fue colocada en el cementerio de Oswego Pioneer en Lake Oswego, Oregon por su hermana Pauline, pero las cenizas de Pauling, junto con las de su esposa, no fueron enterradas allí hasta 2005. [170]

Los descubrimientos de Pauling llevaron a contribuciones decisivas en una amplia gama de áreas, incluidas alrededor de 350 publicaciones en los campos de la mecánica cuántica, la química inorgánica, la química orgánica, la estructura de las proteínas, la biología molecular y la medicina. [171] [172]

Su trabajo sobre enlaces químicos lo marca como uno de los fundadores de la química cuántica moderna. [10] La naturaleza del enlace químico fue el trabajo estándar durante muchos años, [173] y conceptos como la hibridación y la electronegatividad siguen siendo parte de los libros de texto de química estándar. Si bien su enfoque del enlace de valencia no llegó a dar cuenta cuantitativamente de algunas de las características de las moléculas, como el color de los complejos organometálicos, y luego sería eclipsado por la teoría de los orbitales moleculares de Robert Mulliken, la teoría del enlace de valencia todavía compite, en su forma moderna. , con la Teoría de Orbitales Moleculares y la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) como una forma de describir los fenómenos químicos. [174] El trabajo de Pauling sobre la estructura cristalina contribuyó significativamente a la predicción y elucidación de las estructuras de minerales y compuestos complejos. [35]: 80-81 Su descubrimiento de la hélice alfa y la hoja beta es una base fundamental para el estudio de la estructura de las proteínas. [70]

Francis Crick reconoció a Pauling como el "padre de la biología molecular". [10] [175] Su descubrimiento de la anemia de células falciformes como una "enfermedad molecular" abrió el camino hacia el examen de mutaciones adquiridas genéticamente a nivel molecular. [78]

La publicación de Pauling de 1951 con Robert B. Corey y H. R. Branson, "La estructura de las proteínas: dos configuraciones helicoidales de la cadena polipeptídica unidas por hidrógeno", fue un hallazgo temprano clave en el campo entonces emergente de la biología molecular.Esta publicación fue galardonada con un premio Citation for Chemical Breakthrough Award de la División de Historia de la Química de la Sociedad Química Estadounidense presentado al Departamento de Química de Caltech en 2017. [176] [177]

Conmemoraciones Editar

La Universidad Estatal de Oregón completó la construcción del Centro de Ciencias Linus Pauling de $ 77 millones y 100,000 pies cuadrados (9,300 m 2) a fines de la década de 2000, que ahora alberga la mayor parte de las aulas, laboratorios e instrumentos de química del estado de Oregón. [178]

El 6 de marzo de 2008, el Servicio Postal de los Estados Unidos lanzó un sello de 41 centavos en honor a Pauling diseñado por el artista Victor Stabin. [179] [180] Su descripción dice: "Un científico notablemente versátil, el químico estructural Linus Pauling (1901-1994) ganó el Premio Nobel de Química en 1954 por determinar la naturaleza del enlace químico que une los átomos en moléculas. Su trabajo en el establecimiento de la campo de la biología molecular, sus estudios de la hemoglobina llevaron a la clasificación de la anemia de células falciformes como una enfermedad molecular ". [78] Los otros científicos en esta hoja de sellos incluían a Gerty Cori, bioquímico, Edwin Hubble, astrónomo y John Bardeen, físico. [180]

El gobernador de California, Arnold Schwarzenegger, y la primera dama Maria Shriver anunciaron el 28 de mayo de 2008 que Pauling sería incluido en el Salón de la Fama de California, ubicado en el Museo de Historia, Mujeres y Artes de California. La ceremonia de inducción tuvo lugar el 15 de diciembre de 2008. Se le pidió al hijo de Pauling que aceptara el honor en su lugar. [181]

Por proclamación del gobernador John Kitzhaber en el estado de Oregon, el 28 de febrero ha sido nombrado "Día de Linus Pauling". [182] El Instituto Linus Pauling todavía existe, pero se mudó en 1996 de Palo Alto, California, a Corvallis, Oregon, donde es parte del Centro de Ciencias Linus Pauling en la Universidad Estatal de Oregon. [183] ​​[184] [185] Las Colecciones Especiales de la Biblioteca del Valle de la Universidad Estatal de Oregon contienen los artículos de Ava Helen y Linus Pauling, que incluyen versiones digitalizadas de los cuarenta y seis cuadernos de investigación de Pauling. [182]

En 1986, Caltech conmemoró a Linus Pauling con un simposio y una conferencia. [186] La serie de conferencias Pauling en Caltech comenzó en 1989 con una conferencia del propio Pauling. El Departamento de Química de Caltech cambió el nombre de la sala 22 de Gates Hall a la sala de conferencias Linus Pauling, ya que Pauling pasó tanto tiempo allí. [187]

Otros lugares que llevan el nombre de Pauling incluyen Pauling Street en Foothill Ranch, California [188] Linus Pauling Drive en Hercules, California Linus y Ava Helen Pauling Hall en la Universidad Soka de América en Aliso Viejo, California [189] Linus Pauling Middle School en Corvallis, Oregón [190] y Pauling Field, un pequeño aeródromo ubicado en Condon, Oregon, donde Pauling pasó su juventud. [191] Hay una banda de rock psicodélico en Houston, Texas, llamada The Linus Pauling Quartet. [192]

El asteroide 4674 Pauling en el cinturón de asteroides interior, descubierto por Eleanor F. Helin, recibió su nombre de Linus Pauling en 1991, en su 90 cumpleaños. [193]

Linus Torvalds, desarrollador del kernel de Linux, lleva el nombre de Pauling. [194]

El premio Nobel Peter Agre ha dicho que Linus Pauling lo inspiró. [195]

Pauling recibió numerosos premios y honores durante su carrera, incluidos los siguientes: [196] [43] [197]


Centro de información sobre micronutrientes

Aunque la colina no es por definición estricta una vitamina, es un nutriente esencial. A pesar de que los humanos pueden sintetizarla en pequeñas cantidades, la colina debe consumirse en la dieta para mantener la salud. La mayor parte de la colina del cuerpo se encuentra en moléculas de grasa especializadas conocidas como fosfolípidos, la más común de las cuales se llama fosfatidilcolina (1).

Función

La colina y los compuestos derivados de la colina (es decir, metabolitos) cumplen una serie de funciones biológicas vitales (Figura 1) (1).

Integridad estructural de las membranas celulares.

La colina se usa en la síntesis de ciertos fosfolípidos (fosfatidilcolina y esfingomielina) que son componentes estructurales esenciales de las membranas celulares. La fosfatidilcolina representa aproximadamente el 95% de la colina total en los tejidos (2). Este fosfolípido se puede sintetizar a partir de la colina de la dieta a través de la vía de la citidina difosfocolina (CDP-colina) o mediante la metilación de otro fosfolípido, la fosfatidiletanolamina (Figura 2) (3). La esfingomielina es un tipo de fosfolípido (esfingolípido) que contiene esfingosina que se sintetiza mediante la transferencia de un residuo de fosfocolina de una fosfatidilcolina a una ceramida (figura 3). La esfingomielina se encuentra en las membranas celulares y en la vaina grasa que envuelve las fibras nerviosas mielinizadas.

Señal telefónica

Los fosfolípidos que contienen colina, fosfatidilcolina y esfingomielina, son precursores de las moléculas mensajeras intracelulares, diacilglicerol y ceramida. Específicamente, las esfingomielinasas (también conocidas como esfingomielina fosfodiestarasas) catalizan la escisión de la esfingomielina, generando fosfocolina y ceramida. El diacilglicerol se libera mediante la degradación de la fosfatidilcolina por las fosfolipasas. Otros metabolitos de la colina que se sabe que son moléculas de señalización celular incluyen el factor activador de plaquetas (PAF) y la esfingofosfocolina.

Transmisión de impulsos nerviosos

La colina es un precursor de la acetilcolina, un importante neurotransmisor sintetizado por las neuronas colinérgicas e involucrado en el control muscular, el ritmo circadiano, la memoria y muchas otras funciones neuronales. La colina acetiltransferasa cataliza la acetilación de colina a acetilcolina y la acetilcolina esterasa hidroliza la acetilcolina a colina y acetato (4). También se descubrió que la administración de CDP-colina estimula la síntesis y liberación de una familia de neurotransmisores derivados de la tirosina (es decir, las catecolaminas, que incluyen noradrenalina, adrenalina y dopamina) (5). Es de destacar que las células no neuronales de varios tejidos y sistemas de órganos también sintetizan y liberan acetilcolina, que luego se une y estimula los receptores colinérgicos en las células diana (revisado en 6).

Transporte y metabolismo de lípidos (grasas)

La grasa y el colesterol consumidos en la dieta son transportados al hígado por lipoproteínas llamadas quilomicrones. En el hígado, la grasa y el colesterol se empaquetan en lipoproteínas llamadas lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) para su transporte en el torrente sanguíneo a los tejidos extrahepáticos. Síntesis de fosfatidilcolina por la fosfatidiletanolamina norteLa vía de la -metiltransferasa (PEMT) es necesaria para el ensamblaje y la secreción de VLDL desde el hígado (7, 8). Sin la fosfatidilcolina adecuada, la grasa y el colesterol se acumulan en el hígado (ver Deficiencia).

Fuente principal de grupos metilo

La colina puede oxidarse en el hígado y los riñones para formar un metabolito llamado betaína mediante una reacción enzimática de dos pasos. En la membrana interna mitocondrial, la colina oxidasa dependiente de flavina adenina dinucleótido (FAD) cataliza la conversión de colina en betaína aldehído, que luego se convierte en betaína por la betaína aldehído deshidrogenasa en la matriz mitocondrial o en el citosol (2). La betaína es una fuente de hasta un 60% de metilo (CH3) grupos necesarios para la metilación de homocisteína (9). La betaína homocisteína metiltransferasa (BHMT) utiliza betaína como donante de metilo para convertir la homocisteína en metionina en el metabolismo de un carbono (Figura 4). La omnipresente vitamina B12La enzima metionina sintasa (MS) dependiente de la metionina también cataliza la remetilación de la homocisteína, utilizando el derivado de folato, 5-metiltetrahidrofolato, como donante de metilo (ver Interacciones de nutrientes). Las concentraciones elevadas de homocisteína en la sangre se han asociado con un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular (10).

Osmorregulación

La conversión de colina en betaína es irreversible. La betaína es un osmolito que regula el volumen celular y protege la integridad celular contra el estrés osmótico (especialmente en el riñón). El estrés osmótico se ha asociado con una expresión reducida de BHMT, de modo que el papel de la betaína en la osmorregulación puede priorizarse temporalmente sobre su función como donante de metilo (2).

Deficiencia

Síntomas

Se ha descubierto que los hombres y las mujeres alimentados por vía intravenosa (IV) con soluciones que contenían metionina y folato adecuados pero que carecían de colina desarrollaron una afección llamada enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD) y signos de daño hepático que se resolvieron cuando se administró colina (11). La aparición de NAFLD suele asociarse con la presentación conjunta de trastornos metabólicos, como obesidad, dislipidemia, resistencia a la insulina e hipertensión, en sujetos con síndrome metabólico. Se estima que la NAFLD progresa a una afección más grave llamada esteatohepatitis no alcohólica (NASH) en aproximadamente un tercio de los pacientes con NAFLD, así como también aumenta el riesgo de cirrosis y cáncer de hígado (12).

Debido a que se requiere fosfatidilcolina en la síntesis de partículas de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) (ver Función), la deficiencia de colina da como resultado una secreción alterada de VLDL y acumulación de grasa en el hígado (esteatosis), lo que en última instancia conduce a daño hepático. Debido a que las partículas de lipoproteínas de baja densidad (LDL) se forman a partir de partículas de VLDL, los individuos con deficiencia de colina también muestran concentraciones sanguíneas reducidas de colesterol LDL (13). Los biomarcadores anormalmente elevados de disfunción de órganos en la sangre, que incluyen creatina fosfoquinasa, aspartato aminotransferasa y alanina aminotransferasa, se corrigen con la repleción de colina. La disfunción orgánica inducida por la deficiencia de colina también se ha asociado con un mayor daño del ADN y apoptosis en los linfocitos circulantes (14). En el hígado, se cree que la acumulación de lípidos altera la función mitocondrial, lo que reduce la oxidación de ácidos grasos y aumenta la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que desencadenan la peroxidación de lípidos, daño del ADN y apoptosis. Además, se cree que el estrés oxidativo es responsable de provocar procesos inflamatorios que pueden conducir a la progresión de NAFLD a NASH y cirrosis (enfermedad hepática en etapa terminal) (15).

Un estudio de intervención en 57 adultos sanos que fueron alimentados con dietas deficientes en colina en condiciones controladas encontró que el 77% de los hombres, el 80% de las mujeres posmenopáusicas y el 44% de las mujeres premenopáusicas desarrollaron hígado graso, daño hepático y / o daño muscular (16 ). Estos signos de disfunción orgánica se resolvieron con la reintroducción de la colina en la dieta. Debido a que el estrógeno estimula la síntesis endógena de fosfatidilcolina a través de la vía de la fosfatidiletanolamina N-metiltransferasa (PEMT), las mujeres premenopáusicas pueden tener menos probabilidades de desarrollar signos de deficiencia de colina en respuesta a una dieta baja en colina en comparación con las mujeres posmenopáusicas (17, 18). Además, un notable polimorfismo de un solo nucleótido (SNP rs12325817) del PEMT Se cree que el gen, que puede afectar la expresión y / o la actividad de la enzima PEMT, aumenta la susceptibilidad a la disfunción orgánica inducida por la deficiencia de colina (17). Los polimorfismos genéticos adicionales que ocurren en la colina y las vías metabólicas de un carbono pueden alterar el requerimiento dietético de colina y, por lo tanto, aumentar la probabilidad de desarrollar signos de deficiencia cuando la ingesta de colina es inadecuada (19-21). La composición de la microbiota intestinal de uno se ha identificado recientemente como otro predictor potencial de susceptibilidad a la EHGNA inducida por la deficiencia de colina (22). Es de destacar que el metabolismo de la fosfatidilcolina dietética dependiente de la microbiota intestinal también podría estar involucrado en la patogénesis de la enfermedad cardiovascular (ver Seguridad) (23, 24).

Consulte Prevención de enfermedades para obtener más información sobre las enfermedades del hígado graso.

Interacciones de nutrientes

Junto con varias vitaminas B (es decir, ácido fólico, vitamina B12, Vitamina B6, y riboflavina), la colina es necesaria para el metabolismo de ácidos nucleicos y aminoácidos, y para la generación del donante universal del grupo metilo, S-adenosilmetionina (SAM) (ver Figura 4 encima). SAM se sintetiza a partir del aminoácido esencial metionina. Se requieren tres moléculas de SAM para la reacción de metilación que convierte la fosfatidiletanolamina en fosfatidilcolina (ver Figura 2 encima). Una vez que SAM dona un grupo metilo, se convierte en S-adenosilhomocisteína (SAH), que luego se metaboliza a homocisteína. La homocisteína se puede convertir nuevamente en metionina en una reacción catalizada por la vitamina B12-metionina sintasa dependiente, que requiere 5-metiltetrahidrofolato (5-meTHF) como donante de metilo. Alternativamente, la betaína (un metabolito de la colina) se utiliza como donante de metilo para la metilación de homocisteína a metionina por la enzima betaína-homocisteína metiltransferasa (BHMT) (1). La homocisteína también se puede metabolizar a cisteína a través de la vitamina B6-vía de transulfuración dependiente (ver Figura 4 encima).

Por tanto, el requerimiento humano de colina está especialmente influenciado por la relación entre la colina y otros donantes de grupos metilo como el folato y la S-adenosilmetionina. Una ingesta baja de ácido fólico conduce a una mayor demanda de betaína, un metabolito derivado de la colina. Además, el de novo La síntesis de fosfatidilcolina no es suficiente para mantener un estado nutricional adecuado de la colina cuando la ingesta dietética de ácido fólico y colina es baja (25). Por el contrario, la demanda de folato aumenta cuando el suministro dietético de colina es limitado (26).

La ingesta adecuada (IA)

En 1998, la Junta de Alimentos y Nutrición (FNB) del Instituto de Medicina estableció una ingesta dietética de referencia (DRI) para la colina (27). La FNB consideró que la evidencia científica existente era insuficiente para calcular una dosis diaria recomendada de colina, por lo que establecieron una ingesta adecuada (AI tabla 1). El criterio principal para establecer la IA para la colina fue la prevención del daño hepático. Sin embargo, los polimorfismos comunes en los genes involucrados en el metabolismo de la colina o el folato alteran la susceptibilidad a la deficiencia de colina y, por lo tanto, pueden afectar los requisitos dietéticos de colina (consulte Deficiencia) (17, 19).

Tabla 1. Ingesta adecuada (IA) de colina
Etapa de la vida La edad Machos
(mg / día)
Hembras
(mg / día)
Infantes 0-6 meses 125 125
Infantes 7-12 meses 150 150
Niños 1-3 años 200 200
Niños 4-8 años 250 250
Niños 9-13 años 375 375
Adolescentes 14-18 años 550 400
Adultos 19 años en adelante 550 425
El embarazo todas las edades - 450
Amamantamiento todas las edades - 550

La prevención de enfermedades

Enfermedad cardiovascular

Colina y homocisteína

Una gran cantidad de investigación indica que incluso los niveles moderadamente elevados de homocisteína en la sangre aumentan el riesgo de enfermedad cardiovascular (ECV) (10). La causa más común de infarto de miocardio o accidente cerebrovascular es la ruptura de placas ateroscleróticas en las paredes arteriales que provocan la formación de coágulos sanguíneos (trombogénesis). Las concentraciones altas de homocisteína pueden promover el desarrollo de aterosclerosis (aterogénesis) y trombogénesis a través de mecanismos que involucran estrés oxidativo y disfunción endotelial, inflamación, coagulación sanguínea anormal y metabolismo lipídico alterado (revisado en 28).

Una vez formada a partir de la metionina de la dieta, la homocisteína se puede catabolizar a cisteína a través de la vía de transulfuración o volver a metilar a metionina (ver Figura 4 encima). El folato y la colina están involucrados en vías alternativas que catalizan la remetilación de la homocisteína (ver Interacciones de nutrientes). Específicamente, la colina es el precursor de la betaína, que proporciona un grupo metilo para la conversión de homocisteína en metionina a través de la enzima betaína-homocisteína metiltransferasa (BHMT). Si bien la cantidad de homocisteína en la sangre está regulada por varios nutrientes, incluidos el ácido fólico y la colina, las afecciones que causan daño al hígado, como la esteatohepatitis no alcohólica (NASH), también pueden afectar el metabolismo de la homocisteína (29).

Ingestas dietéticas de colina y betaína y ECV

Debido a que las vías metabólicas dependientes de folato y colina catalizan la remetilación de la homocisteína, es necesario considerar la ingesta dietética de ambos nutrientes cuando se evalúa la asociación entre las concentraciones de homocisteína y la enfermedad cardiovascular. Sin embargo, a pesar de su relevancia, la relación de la betaína y la colina con el metabolismo de la homocisteína solo se ha investigado a la ligera en humanos, esencialmente porque el contenido de colina de los alimentos no se pudo medir con precisión hasta hace poco. En estudios preliminares de intervención, se encontró que dosis farmacológicas de betaína (1,500 a 6,000 mg / día) reducen las concentraciones de homocisteína en sangre en un pequeño número de voluntarios con concentraciones de homocisteína de normales a levemente elevadas (30-33). Sin embargo, en un análisis transversal de una gran cohorte de 16,165 mujeres (edades, 49-79 años), no se encontró que las dosis más bajas de betaína en el rango de ingestas dietéticas estuvieran correlacionadas con las concentraciones de homocisteína (34). Este estudio también mostró que los niveles de ingesta de colina se asociaron inversamente con las concentraciones de homocisteína en la sangre. Sin embargo, un estudio de seguimiento de ocho años de la cohorte no logró mostrar ninguna diferencia en el riesgo cardiovascular entre las mujeres en el cuartil superior e inferior de la ingesta dietética de colina (& gt329 mg / día frente a ≤266 mg / día) (34). El estudio prospectivo de la cohorte de riesgo de aterosclerosis en las comunidades (ARIC) encontró que el cuartil más alto frente al más bajo (& gt486 mg / día frente a & lt298 mg / día) de la ingesta total de colina de los alimentos no se asoció significativamente con la incidencia de enfermedad de las arterias coronarias en 14.430 participantes de mediana edad (35). Además, en un análisis reciente del Estudio de seguimiento de profesionales de la salud (HPFS) que inscribió a 44.504 hombres durante un período de 24 años, el riesgo de enfermedad arterial periférica se correlacionó positivamente con las concentraciones de homocisteína, pero no con los niveles de ingesta de betaína ni colina ( 36).

Si bien se indican más investigaciones, actualmente se carece de evidencia convincente de que una mayor ingesta dietética de colina o betaína podría beneficiar la salud cardiovascular al reducir las concentraciones de homocisteína en la sangre.

Concentraciones circulantes de colina y betaína y riesgo de ECV

Un estudio de 1995 encontró que las concentraciones elevadas de homocisteína en sangre en pacientes que experimentaron una oclusión vascular se asociaron con una mayor excreción urinaria de betaína, en lugar de con una ingesta reducida de colina o betaína o una actividad disminuida de BHMT (37). En un estudio prospectivo reciente, la excreción urinaria alta de betaína también se asoció con un mayor riesgo de insuficiencia cardíaca en 325 sujetos no diabéticos que han sido hospitalizados por síndrome coronario agudo (38). En el mismo estudio, los quintiles superior e inferior de las concentraciones plasmáticas de betaína se asociaron con un mayor riesgo de infarto agudo de miocardio secundario. Los hallazgos de otro estudio prospectivo (el Hordaland Health Study) que siguió a 7.045 adultos sanos (edades, 47-49 años y 71-74 años) sugirieron que las concentraciones plasmáticas altas de colina y betaína se asociaron con un perfil de riesgo cardiovascular desfavorable (39). . De hecho, la colina plasmática se asoció positivamente con varios factores de riesgo cardiovascular, como el IMC, el porcentaje de grasa corporal, la circunferencia de la cintura y los triglicéridos séricos, y se asoció inversamente con el colesterol HDL. Por el contrario, la betaína plasmática se correlacionó positivamente con el colesterol HDL y se asoció inversamente con los factores de riesgo antes mencionados, así como con la presión arterial sistólica y diastólica.Estudios más recientes ahora sugieren que la concentración en sangre de N-óxido de trimetilamina (TMAO), generado a partir de nutrientes que contienen trimetilamina como la colina en la dieta, en lugar de la colina, podría influir en el riesgo de eventos cardiovasculares (consulte Seguridad).

Aún no está claro si las concentraciones de colina, betaína y / o TMAO en la sangre pueden predecir el riesgo de enfermedad cardiovascular.

Enfermedades del HIGADO

Enfermedades del hígado graso

Si bien una dieta deficiente en colina produce disfunción orgánica y enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD) (ver Deficiencia 16), no se sabe si la ingesta dietética de colina subóptima en sujetos sanos puede contribuir a un mayor riesgo de NAFLD. Recientemente se llevó a cabo un análisis transversal de dos grandes estudios prospectivos realizados en China, el Estudio de salud de la mujer de Shanghai y el Estudio de salud de los hombres de Shanghai, que incluyó a 56,195 personas (edades, 40-75 años), para evaluar la asociación entre la ingesta de colina en la dieta y autodiagnóstico de enfermedad del hígado graso (40). El quintil más alto versus el más bajo de ingesta de colina (412 mg / día frente a 179 mg / día) se asoció con un 28% menos de riesgo de enfermedad de hígado graso en mujeres de peso normal, pero no se encontró asociación en mujeres con sobrepeso u obesas o en hombres. Otro estudio transversal de 664 personas con NAFLD o esteatohepatitis no alcohólica (NASH) también informó que la gravedad de la enfermedad se correlacionó inversamente con la ingesta dietética de colina en mujeres posmenopáusicas, pero no en mujeres, hombres o niños premenopáusicos (41).

Cáncer de hígado

En modelos animales, la deficiencia de colina en la dieta se ha asociado con una mayor incidencia de cáncer de hígado espontáneo (carcinoma hepatocelular) y una mayor sensibilidad a las sustancias químicas cancerígenas (9). Se han propuesto varios mecanismos para contribuir a los efectos promotores del cáncer de la deficiencia de colina: (1) mayor regeneración de las células hepáticas y sensibilidad tisular a agresiones químicas (2) expresión alterada de numerosos genes que regulan la proliferación celular, diferenciación, reparación del ADN y apoptosis debido a una metilación inadecuada del ADN (3) mayor probabilidad de daño del ADN causado por el estrés oxidativo inducido por la disfunción mitocondrial y (4) cascada de señalización celular mediada por la proteína quinasa C activada, que eventualmente conduce a un aumento en la apoptosis de las células hepáticas (2). Sin embargo, no se sabe si la deficiencia de colina puede aumentar la susceptibilidad al cáncer en humanos (2).

Defectos del tubo neural

Se sabe que el folato es fundamental para el desarrollo embrionario normal, y la suplementación materna con ácido fólico disminuye la incidencia de defectos del tubo neural (DTN) (42). Los defectos del tubo neural incluyen diversas malformaciones, como lesiones del cerebro (por ejemplo, anencefalia, encefalocele) o lesiones de la columna vertebral (espina bífida), que son devastadoras y generalmente incompatibles con la vida (43). Estos defectos ocurren entre los días 21 y 28 después de la concepción, momento en el que muchas mujeres no se dan cuenta de que están embarazadas (44). Si bien el efecto protector del folato contra los defectos del tubo neural está bien establecido, solo unos pocos estudios han investigado el papel de otros donantes de grupos metilo, incluidas la colina y la betaína, en la aparición de los defectos del tubo neural. Un estudio de casos y controles (424 casos de NTD y 440 controles) encontró que las mujeres en el cuartil más alto versus el más bajo de ingesta periconceptual de colina (& gt498.46 mg / día versus ≤290.41 mg / día) tenían un 51% menos de riesgo de NTD -Embarazo afectado (45). Sin embargo, estudios más recientes no lograron encontrar una relación inversa entre la ingesta materna de colina y el riesgo de defectos del tubo neural (46, 47). Otro estudio de casos y controles (80 embarazos afectados por DTN y 409 controles) en mujeres estadounidenses encontró que las concentraciones más bajas de colina sérica (& lt2.49 mmol / L) durante la mitad del embarazo se asociaron con un riesgo 2.4 veces mayor de DTN ( 48). Por último, un estudio más reciente, que incluyó 71 embarazos afectados por defectos del tubo neural, 214 embarazos con malformaciones sin defectos del tubo neural, 98 embarazos normales en mujeres con embarazos previos afectados por defectos del tubo neural y 386 embarazos normales, no encontró asociaciones entre las concentraciones de colina en sangre materna durante el embarazo. variantes genéticas relacionadas con la colina y el folato y el riesgo de defectos del tubo neural (49). Sin embargo, es importante tener en cuenta que las concentraciones de colina circulante no reflejan con precisión la ingesta dietética de colina.

Se necesita más investigación para determinar si la colina suplementaria podría sumarse al efecto protector que actualmente se logra mediante la suplementación periconceptual de ácido fólico.

Salud cognitiva

Desarrollo neurocognitivo

Aumento de la ingesta dietética de citidina 5'-difosfocolina (CDP-colina o citicolina, un precursor de la fosfatidilcolina ver Figura 2 arriba) muy temprano en la vida puede disminuir la severidad de los déficits de memoria en ratas mayores (50). La suplementación con colina de las madres de ratas no nacidas, así como de las crías de rata durante el primer mes de vida, condujo a un mejor rendimiento en las pruebas de memoria espacial meses después de que se interrumpiera la suplementación con colina (51). Una revisión de McCann et al. analiza la evidencia experimental de estudios con roedores con respecto a la disponibilidad de colina durante el desarrollo prenatal y la función cognitiva en la descendencia (52).

Debido a la importancia de la metilación del ADN en el desarrollo normal del cerebro, las funciones neuronales y los procesos cognitivos (53), los nutrientes de los donantes de metilo como la colina son esenciales para el funcionamiento óptimo del cerebro. Sin embargo, la evidencia clínica para determinar si los resultados de los estudios con roedores son aplicables a los seres humanos es actualmente limitada. Recientemente, el análisis del estudio Seychelles Child Development Nutrition Cohort informó de una falta de asociación entre las concentraciones plasmáticas de colina y sus metabolitos relacionados y las capacidades cognitivas en 256 niños de cinco años. Se encontró que solo las concentraciones plasmáticas de betaína se correlacionaron positivamente con los puntajes de las pruebas de lenguaje preescolares (54). Sin embargo, debido a que las concentraciones circulantes de colina no están directamente relacionadas con la ingesta dietética de colina, el estudio no pudo evaluar si la ingesta materna de colina influye en el desarrollo cerebral de los niños.

Project Viva es un estudio prospectivo en curso que ha examinado la relación entre la ingesta diaria de nutrientes de donantes de metilo en 1210 mujeres durante el embarazo y la cognición infantil a los tres y siete años después del parto. La ingesta materna de colina durante el primer y / o segundo trimestre del embarazo no se correlacionó con las medidas de rendimiento cognitivo en niños a la edad de 3 años (55). Otro informe del estudio indicó que el cuartil superior frente al inferior de la ingesta de colina materna durante el segundo trimestre del embarazo (ingestas medias, 392 mg / día frente a 260 mg / día) se asoció significativamente con puntuaciones más altas de memoria visual en niños de 7 años. viejo (56). Recientemente, un pequeño ensayo aleatorizado, doble ciego y controlado con placebo en 99 mujeres embarazadas (de 21 a 41 años de edad) evaluó el efecto de la suplementación con colina durante el embarazo y la lactancia en la función cognitiva de los bebés a las edades de 10 y 12 meses (57 ). Los resultados indicaron que la suplementación con colina materna (750 mg / día de colina en forma de fosfatidilcolina) desde las 18 semanas de gestación hasta los 3 meses de posparto no proporcionó beneficios cognitivos en los niños con respecto a la memoria visioespacial a corto plazo, la memoria episódica a largo plazo. y lenguaje y desarrollo global.

Función cognitiva en adultos mayores

La función cognitiva, incluidos los dominios de la memoria, la velocidad y la función ejecutiva, disminuye gradualmente con la edad. La tasa de deterioro cognitivo también está influenciada por factores de riesgo modificables como los hábitos alimentarios. La deficiencia de vitaminas B y las concentraciones elevadas de homocisteína en la sangre se han asociado con deterioros cognitivos en los ancianos. Sin embargo, un metanálisis reciente de 11 ensayos indicó que la reducción de la homocisteína mediante el uso de suplementos de vitamina B no limita el deterioro cognitivo ni mejora el rendimiento cognitivo en los adultos mayores (58). El análisis de datos transversales de un subgrupo de 1391 voluntarios (edades, 36-83 años) de la gran cohorte Offspring del Framingham Heart Study ha indicado que la ingesta dietética de colina se asoció positivamente con funciones cognitivas específicas, a saber, la memoria verbal y la memoria visual (59 ). Otro estudio transversal de 2,195 individuos (edades, 70-74 años) del Estudio de Salud Hordaland examinó las capacidades cognitivas y las concentraciones en sangre de varios determinantes de la homocisteína circulante, incluidas la colina y la betaína (60). A diferencia de la betaína, se encontró que las concentraciones plasmáticas altas versus bajas de colina libre (& gt8.36 mcmol / L versus ≤8.36 mcmol / L) se asociaron significativamente con un mayor rendimiento en las pruebas cognitivas que evalúan la velocidad motora sensorial, la velocidad perceptiva y la función ejecutiva y cognición global. Sin embargo, en un estudio de intervención anterior en el que participaron 235 ancianos (edad media, 81 años) con o sin vitamina B leve12 deficiencia, se encontró que las concentraciones iniciales de betaína, pero no de colina, estaban correlacionadas positivamente con las puntuaciones de las pruebas que evaluaban los dominios cognitivos de construcción, velocidad motora sensorial y función ejecutiva (61).

Se necesita más investigación para determinar el efecto de la colina en el cerebro en desarrollo y si la ingesta de colina por encima de la dosis diaria recomendada puede ser útil en la prevención de la pérdida de memoria o la demencia en humanos.

Tratamiento de enfermedades

Enfermedades cerebrovasculares

Las enfermedades cerebrovasculares (incluido el accidente cerebrovascular y la enfermedad cerebrovascular isquémica subaguda) son la principal causa de deterioro cognitivo en las personas mayores. Los resultados de estudios experimentales han sugerido que las dosis farmacológicas de citicolina (CDP-colina) podrían mejorar el metabolismo de la glucosa y la biosíntesis de fosfolípidos y neurotransmisores, al tiempo que se limita la degradación de los fosfolípidos en las membranas neuronales en modelos de isquemia y enfermedades neurodegenerativas (revisado en 62 ). Muchos estudios de intervención a corto plazo en personas mayores con enfermedades vasculares han encontrado que las dosis terapéuticas de citicolina administradas por vía oral, por inyección intramuscular o por infusión intravenosa, dieron como resultado mejoras en las funciones neuropsicológicas, incluidas las funciones cognitivas, emocionales y conductuales (revisado en 5).

Un estudio observacional multicéntrico de seis meses inscribió a 197 sujetos con accidente cerebrovascular (edad media, 81,5 años) con un deterioro progresivo de su salud mental y confusión general y / o estupor a quienes inicialmente se les administró citicolina durante 5 o 10 días (2000 mg / día, por infusión intravenosa) dentro de un período de cuatro meses, y luego durante 21 días (1000 mg / día, por inyección intramuscular), repetida una vez después de un período de lavado de siete días (63). Se encontró que el tratamiento con citicolina se asoció con puntuaciones más altas en las escalas de evaluación cognitiva y funcional en comparación con las mediciones iniciales. Sin embargo, solo los ensayos controlados aleatorios podrían evaluar si la citicolina protege contra el daño vascular y el deterioro cognitivo en adultos mayores con síntomas geriátricos complejos.

El ensayo internacional de citicolina sobre accidente cerebrovascular agudo (ICTUS) es un estudio multicéntrico y doble ciego que evaluó el efecto de complementar a 2298 pacientes con accidente cerebrovascular isquémico agudo con citicolina (2000 mg / día) o un placebo durante seis semanas en varios resultados funcionales y neurológicos. y sobre la tasa de mortalidad (64). Los resultados no mostraron diferencias entre los grupos de tratamiento después de un período de seguimiento de 90 días. Solo los análisis de subgrupos encontraron beneficios significativos de la citicolina en pacientes mayores de 70 años, en aquellos con accidentes cerebrovasculares moderados en lugar de graves y en aquellos no tratados con activador de plasminógeno tisular recombinante (tratamiento estándar de atención rtPA). Un metanálisis anterior de pequeños ensayos aleatorizados controlados con placebo había informado un impacto positivo de la citicolina (1000 mg / día, administrada durante 28 días a 12 meses) en la memoria y el comportamiento en sujetos con déficits cognitivos asociados con trastornos cerebrovasculares (65). . El efecto de la citicolina también se evaluó en un reciente ensayo multicéntrico, abierto y controlado (ensayo IDEALE) en adultos mayores italianos (edades, 65-94 años) con evidencia de lesiones vasculares en neurorradiología y déficits cognitivos leves a moderados. según lo evaluado por el Mini Examen del Estado Mental (puntuaciones MMSE ≥21) (66). Trescientos cuarenta y nueve participantes recibieron citicolina oral (1000 mg / día) o ningún tratamiento durante nueve meses. Las puntuaciones de MMSE en los individuos tratados con citicolina permanecieron sin cambios, mientras que se deterioraron significativamente en los pacientes no tratados, de modo que se encontró que las puntuaciones de MMSE entre los grupos eran significativamente diferentes después de tres y nueve meses de tratamiento. No se informó ningún efecto significativo en las medidas de la autonomía funcional, el estado de ánimo y los trastornos del comportamiento. Otro ensayo reciente, abierto, aleatorizado y controlado evaluó el efecto de la citicolina (1.000 mg / día durante 12 meses) en 347 sujetos (edad media, 67,2 años) que sufrieron un accidente cerebrovascular agudo. Los resultados demostraron que la citicolina limitó significativamente los deterioros cognitivos en los dominios de atención y funciones ejecutivas y orientación temporal a los 6 y 12 meses después del accidente cerebrovascular en pacientes tratados en comparación con los no tratados (67).

Enfermedades neurodegenerativas

Demencia

Las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP), se caracterizan por un deterioro cognitivo progresivo y demencia. Las disfunciones en la señalización de neurotransmisores, que afectan en particular a las vías colinérgicas y dopaminérgicas, han estado implicadas en la aparición de deterioros cognitivos. Se han informado déficits de acetilcolina y metabolismo anormal de fosfolípidos en estudios post mortem de cerebros de pacientes con EA (11). Por estas razones, se han utilizado inhibidores de la (acetil) colinesterasa (que cataliza la degradación de la acetilcolina) y grandes dosis de lecitina (fosfatidilcolina) para tratar a pacientes con demencia debida a la EA con la esperanza de aumentar la cantidad de acetilcolina disponible en el cerebro. Si bien los inhibidores de la colinesterasa han mostrado efectos positivos sobre las funciones cognitivas y las medidas del estado clínico global (68), una revisión sistemática de ensayos controlados aleatorios no encontró que la lecitina sea más beneficiosa que el placebo en el tratamiento de pacientes con deterioro cognitivo, demencia vascular, EA o demencia mixta (69). Se dispone de datos limitados para evaluar si la citicolina (CDP-colina) podría mejorar el rendimiento cognitivo en sujetos con EA (70). Ningún ensayo reciente ha investigado el efecto de la citicolina en pacientes con EP.

Glaucoma

Las neuropatías ópticas, incluido el glaucoma, se asocian con daño del nervio óptico y pérdida de la función visual. En el glaucoma, el deterioro progresivo del nervio óptico es causado por la pérdida de una población neuronal específica conocida como células ganglionares de la retina (RGC), por lo que la condición se ha clasificado como una enfermedad neurodegenerativa (71). En un pequeño estudio doble ciego controlado con placebo, se evaluó el efecto de la citicolina en 24 sujetos afectados por glaucoma de ángulo abierto y tratados con bloqueadores beta. Los pacientes fueron aleatorizados para seguir un ciclo terapéutico durante un período total de ocho años: citicolina (1000 mg / día, por inyección intramuscular) o placebo (bloqueadores β solos) durante un período de dos meses seguido de un período de lavado de cuatro meses ( 72). Se utilizaron exámenes electrofisiológicos para evaluar el alcance de las disfunciones visuales, incluidas las grabaciones simultáneas de Pattern ElectroRetinoGrams (PERG) y de Potenciales evocados visuales (VEP). Se descubrió que la citicolina mejora la función de la retina y la conducción neural a lo largo de las vías visuales posteriores a la retina, de modo que las respuestas de la corteza visual a los estímulos mejoraron significativamente en comparación con el placebo.

En un ensayo piloto similar, se evaluó la eficacia de la citicolina en 26 voluntarios (edad media, 65,4 años) afectados por otro tipo de neuropatía óptica conocida como neuropatía óptica isquémica anterior no arterítica (NAION). Se administró citicolina oral (1.600 mg / día) durante 60 días seguidos de 60 días de lavado, y el ciclo terapéutico se repitió una vez. En comparación con el placebo, se encontró que la citicolina mejora la función de la retina y la conducción neural posretiniana, como lo demuestran las medidas PERG y VEP (73). También se encontró que la citicolina oral (cuatro ciclos de 500 mg / día durante cuatro meses seguidos de un período de lavado de dos meses) reduce significativamente la tasa de pérdida del campo visual y el nivel de presión intraocular en 41 pacientes con glaucoma progresivo (74). Se necesitan ensayos controlados aleatorios más grandes para establecer si la suplementación con citicolina podría incluirse en el tratamiento médico del glaucoma.

Lesión cerebral traumática

Durante décadas, los estudios clínicos pequeños y preclínicos han investigado el efecto de la citicolina en el tratamiento de pacientes que sufren una lesión cerebral traumática (LCT). Una revisión sistemática de los datos clínicos sugirió que la citicolina podría acelerar la reabsorción del edema cerebral y mejorar la recuperación de la conciencia y los trastornos neurológicos en los casos de TCE graves (clasificados por puntuaciones ≤8 en la Escala de coma de Glasgow [GCS]). La citicolina también pareció limitar los déficits de memoria y la duración y gravedad de otros síntomas postraumáticos (p. Ej., Dolor de cabeza, mareos, trastorno de atención) en pacientes con TCE con lesiones leves a moderadas (puntuaciones de GCS, 9-15) (revisado en 5 ). Aunque la citicolina se incluye actualmente en el régimen terapéutico de TBI en 59 países, solo se ha realizado recientemente en EE. UU. Un ensayo multicéntrico, aleatorizado, doble ciego y controlado con placebo. El CiticOline Brain Injury Trial (COBRIT) ha inscrito a 1213 pacientes con LCT de leve a grave y evaluó el efecto de la citicolina enteral u oral (2000 mg / día, durante 90 días) sobre los resultados funcionales y cognitivos (medidos por componentes de la LCT Batería de cuidado de la red de ensayos clínicos) (75). No se encontraron beneficios significativos de la suplementación con citicolina sobre el placebo a los 90 días (final del período de tratamiento) y 180 días. Pronto debería estar disponible una revisión Cochrane del efecto de la citicolina en el tratamiento de la LCT (76).

Fuentes

De novo síntesis (biosíntesis)

Los seres humanos pueden sintetizar restos de colina en pequeñas cantidades al convertir la fosfatidiletanolamina en fosfatidilcolina (ver Figura 2 encima). Se requieren tres reacciones de metilación catalizadas por fosfatidiletanolamina N-metiltransferasa (PEMT), cada una de las cuales utiliza S-adenosilmetionina (SAM) como donante de grupo metilo. La colina se genera de forma endógena cuando la metilación de la fosfatidiletanolamina se acopla con el catabolismo de la fosfatidilcolina recién formada por las fosfolipasas. Esto se conoce como de novo síntesis de colina. La sustitución de colina por serina en la síntesis de fosfatidilserina a partir de fosfatidilcolina por fosfatidilserina sintasa-1 también libera colina (4). Debido a que el metabolismo de la fosfatidilcolina es una fuente de colina endógena, el nutriente no se clasificó inicialmente como esencial (1). Todavía, de novo La síntesis de colina en humanos no es suficiente para satisfacer sus necesidades metabólicas, de modo que los humanos sanos alimentados con dietas deficientes en colina desarrollan hígado graso, daño hepático y / o daño muscular (ver Deficiencia).

Fuentes de comida

En los EE. UU., La ingesta dietética media de colina está muy por debajo de la IA recomendada. Según una encuesta nacional de EE. UU., NHANES 2007-2008, la ingesta dietética media de colina fue de aproximadamente 260 mg / día para las mujeres y 396 mg / día para los hombres (77). En un estudio prospectivo estadounidense de 14 años, que incluyó a más de 14.000 participantes de mediana edad, la ingesta diaria media de colina fue de 294 mg y 332 mg en mujeres y hombres, respectivamente (35). Los huevos, el hígado y los cacahuetes son especialmente ricos en colina (27). Los principales contribuyentes a la colina en la dieta estadounidense son la carne, las aves, el pescado, los productos lácteos, la pasta, el arroz y los platos a base de huevo (77). La espinaca, la remolacha, el trigo y los mariscos también son buenas fuentes del metabolito de la colina, la betaína (78). La betaína no se puede convertir nuevamente en colina, pero puede ahorrar algunos requisitos de colina para la remetilación de homocisteína (1). La fosfatidilcolina, que contiene aproximadamente un 13% de colina en peso, es la forma principal de colina en los productos dietéticos (79). Los extractos de lecitina, que comprenden una mezcla de fosfatidilcolina y otros fosfolípidos, a menudo se agregan durante el procesamiento de alimentos. Se ha estimado que las lecitinas en los alimentos procesados ​​aumentan el consumo diario de fosfatidilcolina en aproximadamente 1,5 mg / kg de peso corporal para los adultos (27).

Los vegetarianos estrictos, que no consumen carne, leche o huevos, pueden correr el riesgo de una ingesta inadecuada de colina. El contenido total de colina de algunos alimentos que la contienen se indica en miligramos (mg) en Tabla 2. Para obtener más información sobre el contenido de nutrientes de alimentos específicos, busque en el sitio web de composición de alimentos del USDA o en la documentación del USDA sobre el contenido de colina de los alimentos comunes.

Tabla 2. Algunas fuentes alimenticias de colina
Comida Servicio Colina total (mg)
Hígado de res, frito 3 onzas * 356
Germen de trigo tostado 1 taza 202
Huevo 1 grande 147
Carne de res, cortada, cocida 3 onzas 97
Vieira, cocida, al vapor 3 onzas 94
Salmón, rosado, enlatado 3 onzas 75
Pollo, pechuga, cocido, asado 3 onzas 73
Bacalao del Atlántico, cocido 3 onzas 71
Camarones enlatados 3 onzas 69
Coles de Bruselas, cocidas, hervidas 1 taza 63
Brócoli, cocido, hervido 1 taza, picada 63
Leche descremada 8 onzas líquidas 38
Mantequilla de maní, suave 2 cucharadas 20
Chocolate con leche Barra de 1.5 onzas 20
Miseria 1 onza 15
* Una porción de tres onzas de carne o pescado es aproximadamente del tamaño de una baraja de cartas.

Suplementos

La CDP-colina (citicolina) y las sales de colina, como el cloruro de colina y el bitartrato de colina, están disponibles como suplementos. Los suplementos de fosfatidilcolina también proporcionan colina, sin embargo, la colina comprende solo alrededor del 13% del peso de la fosfatidilcolina (79). Por lo tanto, un suplemento que contenga 4,230 mg (4,23 gramos) de fosfatidilcolina proporcionaría 550 mg de colina. Aunque el término "lecitina" es sinónimo de fosfatidilcolina cuando se usa en química, las lecitinas comerciales se preparan normalmente a partir de soja, girasol y colza, y pueden contener entre un 20% y un 90% de fosfatidilcolina. La lecitina de yema de huevo es una fuente menos probable de lecitina en los suplementos dietéticos. Además, la naturaleza de los ácidos grasos que contienen fosfatidilcolina depende de si la lecitina se produce a partir de fuentes vegetales, animales o microbianas. En particular, la lecitina de soja es más rica en ácidos grasos poliinsaturados que la lecitina de yema de huevo (80).

La seguridad

Toxicidad

Las dosis altas (10,000 a 16,000 mg / día) de colina se han asociado con un olor corporal a pescado, vómitos, salivación y aumento de la sudoración. El olor corporal a pescado se debe a la producción y excreción excesivas de trimetilamina, un metabolito de la colina. En la afección hereditaria, la trimetilaminuria primaria (también conocida como "síndrome del olor a pescado", ver el artículo sobre la riboflavina), una flavina defectuosa que contiene la enzima monooxigenasa 3 (FMO3) da como resultado una oxidación alterada de la trimetilamina en el hígado. El manejo de enfermedades incluye el uso de dietas con restricción de colina en los individuos afectados (81).

Tomar grandes dosis de colina en forma de fosfatidilcolina (lecitina) generalmente no produce olor corporal a pescado, porque su metabolismo produce poca trimetilamina. Se descubrió que una dosis de 7500 mg / día de colina tiene un ligero efecto de disminución de la presión arterial (hipotensor), que podría provocar mareos o desmayos. El trisalicilato de colina y magnesio a dosis de 3000 mg / día ha provocado deterioro de la función hepática, prurito generalizado y zumbido en los oídos (tinnitus). Sin embargo, es probable que estos efectos fueran causados ​​por el salicilato, en lugar de la colina en la preparación (27).

En 1998, la Junta de Alimentos y Nutrición (FNB) del Instituto de Medicina estableció el nivel máximo de ingesta tolerable (UL) de colina en 3500 mg / día para adultos (Tabla 3). Esta recomendación se basó principalmente en prevenir la hipotensión (presión arterial baja) y, en segundo lugar, en prevenir el olor corporal a pescado debido al aumento de la excreción de trimetilamina. El UL se estableció para personas generalmente sanas, y la FNB señaló que las personas con enfermedad hepática o renal, enfermedad de Parkinson, depresión o trimetilaminuria hereditaria podrían tener un mayor riesgo de efectos adversos al consumir colina en niveles cercanos al UL (27).

Tabla 3. Nivel de ingesta superior tolerable (UL) para colina
Grupo de edad UL (mg / día)
Bebés 0-12 meses No es posible establecer *
Niños de 1 a 8 años 1,000
Niños de 9 a 13 años 2,000
Adolescentes 14-18 años 3,000
Adultos mayores de 19 años 3,500
* La fuente de ingesta debe ser solo alimentos y fórmula.

¿La ingesta alta de colina y / o los suplementos de fosfatidilcolina aumentan el riesgo de enfermedad cardiovascular?

Se ha descubierto que la suplementación oral con fosfatidilcolina (250 mg de colina total de los alimentos más 250 mg de fosfatidilcolina suplementaria) da como resultado concentraciones detectables de trimetilamina y N-óxido de trimetilamina (TMAO) en la sangre (23). La microbiota intestinal está directamente implicada en la generación de trimetilamina a partir de colina, fosfatidilcolina y carnitina en la dieta. La trimetilamina se convierte posteriormente en TMAO mediante monooxigenasas que contienen flavina en el hígado. El estudio prospectivo que siguió a 4007 personas, con o sin enfermedad cardiovascular (ECV) durante un período de tres años, encontró que las concentraciones iniciales de TMAO circulante se correlacionaron positivamente con la incidencia de muerte, infarto de miocardio no fatal y accidente cerebrovascular, descritos como eventos cardíacos adversos mayores. (MACE) (23). En la misma cohorte, se encontró que el riesgo de MACE era aproximadamente un 30% más alto en los individuos en el cuartil más alto que en el más bajo de las concentraciones plasmáticas de colina o betaína (82). Sin embargo, dependiendo de la composición de la microbiota intestinal, el riesgo de sufrir un evento cardiovascular adverso puede ser menor en individuos con TMAO circulante bajo o alto, aunque las concentraciones de colina y / o betaína en la sangre sean elevadas (82).

Se han informado concentraciones elevadas de TMAO en sujetos con mayor riesgo de ECV, como aquellos con diabetes mellitus (83) o enfermedad renal en etapa terminal (insuficiencia renal crónica) (84), y en pacientes con insuficiencia cardíaca (insuficiencia cardíaca crónica) ( 85). Sin embargo, en los últimos pacientes, las concentraciones plasmáticas elevadas de colina, betaína y TMAO no se asociaron con una tasa de supervivencia más baja después de cinco años de seguimiento (85). Finalmente, se encontró que la suplementación con colina, TMAO o betaína da como resultado la formación de células espumosas derivadas de macrófagos en ratones propensos a la aterosclerosis (24). Se sabe que las células espumosas contribuyen al desarrollo de lesiones ateroscleróticas (es decir, aterogénesis) al acumular cantidades excesivas de lípidos dentro de las paredes arteriales y desencadenar la secreción de citocinas proinflamatorias.

Se necesitan más investigaciones para comprender cómo la composición de la microbiota intestinal influye en el destino metabólico de la colina ingerida. En la actualidad, no hay evidencia de que la colina dietética aumente el riesgo de eventos cardiovasculares.

Interacciones con la drogas

El metotrexato, un medicamento utilizado en el tratamiento del cáncer, la psoriasis y la artritis reumatoide, inhibe la enzima dihidrofolato reductasa y, por lo tanto, limita la disponibilidad de grupos metilo donados a partir de derivados de folato. Las ratas que recibieron metotrexato han mostrado evidencia de un estado nutricional disminuido de la colina y mayores reacciones adversas a los medicamentos debido a la disfunción hepática (11, 86). Por lo tanto, las personas que toman metotrexato pueden tener un mayor requerimiento de colina. Los tratamientos con una familia de fármacos hipolipemiantes conocidos como fibratos (p. Ej., Fenofibrato, bezofibrato) se han asociado con un aumento de la excreción de betaína en la orina y un aumento de la concentración de homocisteína en la sangre de pacientes con diabetes mellitus o síndrome metabólico (87 , 88). Si los beneficios de la terapia con fibratos son realmente mitigados por la deficiencia de betaína inducida por fibratos, sería necesario considerar el uso y la seguridad de complementar a los pacientes con betaína (89).

Recomendación del Instituto Linus Pauling

Se sabe poco sobre la cantidad de colina dietética necesaria para promover una salud óptima o prevenir enfermedades crónicas en los seres humanos. El Instituto Linus Pauling respalda la recomendación de la Junta de Alimentos y Nutrición de 550 mg / día para hombres adultos y 425 mg / día para mujeres adultas. Una dieta variada debería proporcionar suficiente colina para la mayoría de las personas, pero los vegetarianos estrictos que no consumen leche o huevos pueden correr el riesgo de una ingesta inadecuada de colina.

Adultos mayores (& gt50 años)

Se sabe poco sobre la cantidad de colina en la dieta que es más probable que promueva una salud óptima o prevenga enfermedades crónicas en los adultos mayores. En la actualidad, no hay evidencia que apoye una ingesta recomendada de colina diferente a la de los adultos más jóvenes (550 mg / día para hombres y 425 mg / día para mujeres).

Autores y revisores

Escrito originalmente en 2000 por:
Jane Higdon, Ph.D.
Instituto Linus Pauling
La Universidad Estatal de Oregon

Actualizado en mayo de 2003 por:
Jane Higdon, Ph.D.
Instituto Linus Pauling
La Universidad Estatal de Oregon

Actualizado en enero de 2008 por:
Victoria J. Drake, Ph.D.
Instituto Linus Pauling
La Universidad Estatal de Oregon

Actualizado en agosto de 2009 por:
Victoria J. Drake, Ph.D.
Instituto Linus Pauling
La Universidad Estatal de Oregon

Actualizado en enero de 2015 por:
Barbara Delage, Ph.D.
Instituto Linus Pauling
La Universidad Estatal de Oregon

Revisado en febrero de 2015 por:
Steven H. Zeisel, M.D., Ph.D.
Profesor y Catedrático de Nutrición
Escuela de Salud Pública
La Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill

Copyright 2000-2021 Instituto Linus Pauling

Referencias

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Linus Pauling informa del primer descubrimiento de una estructura helicoidal para una proteína

En su quincuagésimo cumpleaños, el 28 de febrero de 1951, el químico físico estadounidense Linus Pauling informó con sus compañeros de trabajo en Caltech, el bioquímico estadounidense Robert Corey y el físico y químico afroamericano Herman Branson, el descubrimiento de la hélice alfa (& hélice alfa ). Este fue el primer descubrimiento de una estructura helicoidal para una proteína. Su descubrimiento se basó y confirmó la investigación de William Astbury informada en 1931.

"Aunque incorrectos en sus detalles, los modelos de Astbury de estas formas eran correctos en esencia y corresponden a elementos modernos de la estructura secundaria, la & alpha-helix y la & beta-strand (se mantuvo la nomenclatura de Astbury), que fueron desarrollados por Linus Pauling, Robert Corey y Herman Branson en 1951, ese documento mostraba hélices tanto a la derecha como a la izquierda, aunque en 1960 la estructura cristalina de la mioglobina mostró que la forma de la mano derecha es la común.

"Dos desarrollos clave en el modelado de la hélice alfa y moderna fueron (1) la geometría de enlace correcta, gracias a las determinaciones de la estructura cristalina de aminoácidos y péptidos y la predicción de Pauling de planar enlaces peptídicos y (2) su renuncia al supuesto de un número entero de residuos por vuelta de la hélice. El momento crucial llegó a principios de la primavera de 1948, cuando Pauling se resfrió y se acostó. Aburrido, dibujó una cadena de polipéptidos de dimensiones aproximadamente correctas en una tira de papel y la dobló en una hélice, teniendo cuidado de mantener los enlaces peptídicos planos. Después de algunos intentos, produjo un modelo con enlaces de hidrógeno físicamente plausibles. Pauling luego trabajó con Corey y Branson para confirmar su modelo antes de la publicación. En 1954 Pauling recibió su primer Premio Nobel "por su investigación sobre la naturaleza del enlace químico y su aplicación a la elucidación de la estructura de sustancias complejas" (como las proteínas), incluyendo de manera destacada la estructura de la hélice & alfa "( Artículo de Wikipedia sobre Alpha helix, consultado el 17/01/2014).

Pauling, Corey y Branson, & ldquoLa estructura de las proteínas: dos configuraciones de la cadena polipeptídica unidas por hidrógeno ", Actas de la Academia Nacional de Ciencias 37 (1951) 205-11.


Ver el vídeo: Breves Biografias - Linus Pauling (Enero 2022).