Aledo, Juan Carlos

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Primavera 2013Vol.6 | Nº   142! Decía Antonio Machado que, por mucho que valga un hom-bre, nunca tendrá valor más alto que el de ser hombre. Puede que nuestro protagonista, Linus Carl Pauling, no tuviera mayor valor que el de ser hombre, pero no cabe duda que fue un hom-bre excepcional, y lo fue tanto por su obra como por su vida. Realizar un esbozo de ambas será el objetivo de este breve artículo. De momento, añadiré que pocos cientícos han apor-tado tanto y en tan distintas áreas del saber. Sin duda, Pau-ling fue uno de los mayores pensadores y visionarios de to-dos los tiempos, comparable con Galileo, Newton y Einstein. Pauling nació el 28 de febrero de 1901 en Portland, una ciudad del estado de Oregón, al noroes-te de Estados Unidos, donde transcurrió su primer año de vi-da. En 1902, al nacer su herma-na, la familia se ve obligada a abandonar la ciudad, ya que el diminuto apartamento de una única habitación se quedaba estrecho, y  no podían costearse una vivienda más espaciosa. Así las cosas, durante los siguientes años, la familia anduvo de aquí para allá, buscando un lugar donde asentarse y un medio con el que ganarse la vida. A la muerte del padre en 1910, la madre, al cuidado de Linus y sus d o s h e r m a n a s , r e g r e s a a Portland, donde Pauling creció en el seno de la iglesia Luterana, aunque muchos años después declararía públicamente su ateismo.  A la edad de 16 años, Linus ingresa en la Universidad Estatal de Oregón, en aquel entonces llamada Universidad Agrícola de Oregón, donde tiene que com-paginar sus estudios con diver-sos trabajos que le permitan subsistir. En 1922 se gradúa en Ingeniería Química y se traslada al California Institute of Techno-logy (Caltech) en Pasadena, donde trabajaría empleando la difracción de rayos X para la de-terminación de la estructura cristalina de diversos minerales.  Como no todo en la vida es trabajo, en 1923 contrae matri-monio con Ava Helen Miller, quien fuera alumna suya de un curso de “Química para Estu-diantes de Economía Domésti-ca”, y que a la postre resultaría ser la madre de sus cuatro hijos.  Tras doctorarse en 1925, viaja a Europa donde tendrá ocasión de trabajar con tres pioneros de la química cuántica: Arnold Sommerfeld en Múnich, Niels Bohr en Copenhague y Erwin Schrödinger en Zúrich. A su re-greso en 1927 a los Estados Uni-dos obtiene una plaza en el Cal-tech, donde comienza la meta-morfosis de joven brillante a jo-ven genio. En tan sólo unos po-cos años publica más de medio centenar de artículos cientícos de primer orden, desarrollando nuevos conceptos, cada uno de los cuales aisladamente hubiera valido para justicar una vida profesional. Por citar algunos ejemplos que habitan en los libros de textos, nos referi-remos a dos trabajos, ambos publicados en 1932. En el primero de ellos, Pau-ling concibió la noción de elec-tronegatividad como una medi-da de la capacidad de un átomo para atraer sobre sí los electro-nes cuando forma un enlace químico dentro de una molécu-la. La electronegatividad no se puede medir experimentalmen-te de forma directa, pero puede determinarse de manera indirec-ta efectuando cálculos a partir de otras propiedades atómicas y moleculares. Pauling realizó ta-les cálculos y proporcionó una clasicación de la electronegati-vidad de la mayoría de los ele-mentos químicos, que conoce-mos como escala de Pauling (Fig. 1).  En el segundo trabajo, aún más importante si cabe, el joven Pauling desarrolla la teoría de la hibridación de orbitales, la cual permitió justicar las estructuras moleculares y la geometría de los enlaces de muchas sustan-cias.  Por ejemplo, el oxígeno tiene dos electrones desaparea-               20VIDA Y OBRA Linus Pauling, un hombre excepcionalFigura 1: Tabla periódica de la electronegatividad usando la escala de Pauling. Primavera 2013Vol.6 | Nº   142dos en sendos orbita-les p. Cuando este ele-mento se combina con dos átomos de hidrógeno para for-mar una molécula de agua, se esperaría un ángulo de enlace de 90º ya que los orbitales p son perpendiculares entre sí. Sin embargo, las observaciones ex-perimentales, tozudamente se-ñalan un ángulo de 104,5º. Para justicar ésta y muchas otras observaciones similares, Pauling propuso un procedimiento ma-temático que implicaba la com-binación de las funciones de onda individuales para los orbi-tales atómicos, a n de obtener funciones de ondas para los nuevos orbitales híbridos, con diferentes formas y orientacio-nes. Siguiendo con el ejemplo de la molécula de agua, el orbi-tal s y los tres orbitales p, de la capa de valencia del átomo de oxígeno, se hibridan para dar lugar a cuatro nuevos orbitales híbridos, que llamamos orbitales sp3, y que se disponen tetraé-dricamente. Así, la geometría de la molécula de agua resultante queda justicada. Aquí es perti-nente recordar que la geometría electrónica de una molécula de-termina sus propiedades, inclui-da su reactividad, por lo que la comprensión de la misma es fundamental para químicos y biólogos (Fig. 2). En esta época, Pauling cono-ció y trabó amistad con el físico Robert Oppenheimer (popular-mente conocido como el padre de la bomba atómica, ya que dirigió el proyecto Manhattan). Juntos planearon desvelar los secretos del enlace químico. Oppenheimer aportaría las ma-temáticas y Pauling la interpre-tación química. Sin embargo, tal proyecto y la amistad entre am-bos se malogró cuando el físico mostró tanto o más interés por la mujer de Linus que por los enlaces covalentes.  ¿Qué habría podido surgir de la conjunción de dos mentes privilegiadas de no haber me-diado tan básicos instintos? La respuesta a esta cuestión perte-nece al ámbito de lo que pudo haber sido y nunca fue. Volvien-do al mundo de los hechos, en 1939 Pauling publica en solitario sus teorías sobre el enlace ató-mico, recogidas en un libro titu-lado The Nature of Chemical Bond, considerado uno de los textos más trascendentes del siglo XX, y que, sin duda, ejerció una tremenda inuencia en la comunidad cientíca, como lo atestigua el hecho de que en las tres décadas siguientes a su primera edición, esta obra había sido citada más de 16000 veces por otros autores.  A mediados de la década de 1930, empieza a despertarse en Pauling un interés por las bio-moléculas, quizás inuido por la creciente fortaleza del Caltech en el ámbito de la Biología y la cercanía de biólogos de la talla de Thomas Hunt Morgan ó Theodosius Dobszhanski, entre otros;  lo cual me trae al recuer-do las palabras de Don Santiago Ramón y Cajal: “los genios, como las cumbres más elevadas, surgen solamente en las cordilleras”. En cualquier caso, en 1940, Pauling en colaboración con el físico re-convertido a biólogo Max Del-brück, desarrolló el concepto de complementariedad molecular en la interacción antígeno-anti-cuerpo. La complementariedad geométrica entre biomoléculas (como mano que encaja en un guante), era, en opinión de Li-nus, uno de los secretos de la vida. De hecho, en 1946, siete años antes de que James Watson y Francis Crick publica-ran la estructura de la doble hé-lice de ADN, Pauling conjeturó que el gen podría tratarse de hebras mutuamente comple-mentarias.   Terminada la segunda guerra mundial, Linus toma una postu-ra política comprometida con el pacismo, advirtiendo de los riesgos del desarrollo de arma-mento nuclear, incluido el per-juicio que para la salud de sus compatriotas tenían las pruebas 21Figura 2: Hibridación de orbitales. En la molécula de agua, el oxígeno presenta en su capa de valencia 4 orbitales híbridos sp3, que se orientan hacia los vértices de un tetraedro. Dos de ellos se solapan con los orbitales s de sendos átomos de hidrógeno para formar enlaces covalentes, los otros dos restantes contienen pares de electrones no enlazantes. Primavera 2013Vol.6 | Nº   142nucleares realizadas por Estados Unidos (Fig. 3). Este posiciona-miento puede parecernos hoy día tan sólo un gesto, pero hay que recordar el ambiente que imperaba en la sociedad norte-americana durante los años 50, durante la cruzada anticomunis-ta y la “caza de brujas” del infame senador McCarthy. De hecho, Pauling fue amenazado repeti-das veces con el encarcelamien-to, fue difamado en la prensa, y sufrió la animadversión de mu-chos de sus colegas de Caltech y de muchas otras instituciones. Es famoso el episodio en el que el Departamento de Estado le retiró el pasaporte, impidiéndole viajar fuera del país cuando pre-tendía asistir a una reunión cien-tíca en Londres. No falta quien piense que, de habérsele permi-tido asistir a dicha reunión, po-siblemente, la doble hélice de Watson y Crick sería hoy día la doble hélice de Pauling.  Efectivamente, a principio de los cincuenta Pauling se decidió a investigar el ADN. Para ello solicitó formal-mente a Wilkins las fotografías obtenidas por difracción de ra-yos X, recibiendo una escueta res-puesta: No. No obstante, tuvo otra oportunidad. A nales de 1951 fue invitado a una reunión de la Ro-yal Society de Londres. Sin em-bargo, Pauling se encontró con el siguiente comu-nicado del Depar-tamento de Esta-do: “su viaje va en contra de los inte-reses de los Esta-dos Unidos de América”. Si se me permite in-troducir una opinión personal, diré que siempre me ha llamado la atención la facilidad con la que los autoproclamados “pa-triotas” confunden los intereses de la patria con los suyos pro-pios. En cualquier caso, Pauling no pudo salir del país y perdió la oportunidad de ver las fotogra-fías de Wilkins y Franklin.  Si estuvo cerca de la hélice de ADN, acertó de pleno con otra hélice: la hélice alfa de las pro-teínas. En 1951, el mismo día que Linus cumplía 50 años de edad, el propio Pauling junto con Robert Corey, un tímido, talentoso y paciente cristalógra-fo, y Herman Branson, un físico afroamericano que se encontra-ba de sabático en el laboratorio de Pauling, mandan a la revista PNAS un manuscrito en el que describían con sorprendente precisión la estructura de la héli-ce alfa de las cadenas polipeptí-dicas. Es de resaltar el hecho de que el modelo fuera propuesto casi una década antes de que Max Perutz re-solviera por primera vez, mediante difracción de rayos X, la estructura de una proteína. Entonces, ¿cómo dieron con el modelo correcto?. Una conside-ración importante que les con-dujo al modelo correcto fue la siguiente. La resonancia que afecta al enlace peptídico y que le conere un carácter parcial de doble enlace, impone que los 6 átomos del enlace peptídico se-an co-planares (estén en un mismo plano). Esta constricción limitaba considerablemente el número de estructuras posibles. En cualquier caso, la noticia del modelo de Pauling cayó como una bomba en el Departamento de Física de la Universidad de Cambridge, donde Bragg, Ken-drew y Perutz trataban de de-sentrañar como se pliegan las cadena polipeptídicas. Sin em-bargo, éstos habían pasado por alto el fenómeno de la resonan-cia. En esa época, Alexander Todd dirigía el Departamento de Química Orgánica en Cam-bridge, que se ubicaba a unos poco metros del laboratorio de Bragg. Todd recordaría años más tarde como, a pesar de la proxi-midad, Bragg nunca había pisa-do los laboratorios de química hasta que un día,  poco después de la publicación del modelo de Pauling, se precipitó en su des-pacho en cierto estado de agita-ción mental, llevando en la ma-no una copia del hoy día históri-co artículo. Bragg preguntó a Todd qué opinión le merecía. Todd respondió que ningún químico orgánico discutiría las premisas sobre las que se había construido dicho modelo, aña-diendo que podría haberle ad-vertido sobre la resonancia mu-cho antes, a poco que Bragg le hubiera dado alguna ocasión.    El descubrimiento de la héli-22 Figura 3: Pauling en su faceta de activista social. Se cuenta que en cierta ocasión el señor y la señora Pauling fueron invitados a una recepción en la Casa Blanca, y antes de acudir aprovecharon para manifestarse a las puertas de la misma.  Primavera 2013Vol.6 | Nº   142ce alfa, como todos los grandes descu-brimientos, no estuvo exento de una cierta polé-mica, aunque bien es cierto que de tono menor. El caso es que una vez reconocida la impor-tancia del hallazgo, Linus contó que la idea le surgió durante un resfriado que lo retuvo en cama. Aburrido pronto de las novelas policiacas, se dedico a dibujar en un papel los enlaces peptídi-cos que forman los aminoácidos en las cadenas polipeptídicas. Después, empezó a plegar el papel, buscando la forma en que los átomos implicados es-tuvieran bien orientados para formar puentes de hidrógenos (necesarios para estabilizar la estructura formada) y de esta forma, según la versión de Linus, emergió la estructura que cono-cemos desde entonces como hélice alfa. En el enlace de You-tube suministrado al nal de es-te artículo se puede ver un ví-deo en el que el propio Linus nos cuenta lo que acabo de rela-tar. Por lo visto, este relato mo-lestó profundamente a Herman Branson, ya que según él, Linus minimizaba la contribución que el propio Herman había realiza-do. En 1984 Branson escribió a los biógrafos de Pauling para indicar su malestar por la ver-sión ofrecida por Pauling, ya que el descubrimiento, según Bran-son, no se realizó doblando pe-dazos de papel, sino gracias a sus habilidades matemáticas para determinar posibles estruc-turas helicoidales que estuvie-ran de acuerdo con el conjunto de restricciones que Pauling ha-bía establecido. Sea como fuere, los tres hombres, Pauling, Corey y Branson, inscribieron sus nombres en la Historia. En el mismo año, Pauling y Corey proponen el modelo, que resultaría igualmente correcto, de lámina beta. Dos años antes, en colaboración con otros cien-tícos, Pauling había publicado un artículo en la revista Science donde se proponía que la ane-mia falciforme era una enferme-dad molecular, ya que habían observado que la hemoglobina de los pacientes afectados mos-traba una movilidad electroforé-tica distinta. Resulta admirable tanta intuición y creatividad cientíca justo en los años en que arreciaba el chaparrón a causa de su compromiso social. El pasaporte que había perdido en 1952 no fue restaurado hasta 1954, poco antes de partir a Es-tocolmo, a recibir el Premio No-bel de Química. En 1962, Pauling realizaría otro viaje, esta vez a Oslo, para recoger su segundo Premio Nobel, ahora el de la Paz. Sin embargo, las hostilidades contra la persona de Pauling no cesarían. Cuando se anunció el premio, el Departamento de Química del Caltech no se mo-lestó en felicitar a su destacado miembro, ya que la dirección del Caltech estaba incómoda con las actividades políticas de Pau-ling. La desaprobación institu-cional sobre el activismo de Pauling, motivó que éste renun-ciara a su puesto en el Caltech a mediados de los sesenta, y se trasladara a la Universidad de California primero, y después a la Universidad de Stanford don-de permaneció hasta 1973, año en el que funda, junto con otros colegas, el Instituto de Medicina Ortomolecular en Menlo Park (California), que posteriormente cambiaría su nombre a Instituto Linus Pauling de Ciencia y Medi-cina, y se trasladaría a Oregón para formar parte de la Univer-sidad Estatal de Oregón. En los años sucesivos a la fundación de dicho instituto y hasta su muer-te en 1994, Pauling se converti-ría en un entusiasta defensor del uso de la vitamina C para promover la salud humana.  Para concluir, me gustaría añadir unas palabras de dis-culpa con las que trato de ex-cusar mi torpeza. Linus Pauling tuvo una larga e intensa vida. Fue un cientíco prolíco y muy versátil, siendo autor de más de 1000 publicaciones, en campos tan diversos como la química cuántica, la química inorgánica y orgánica, la meta-lurgia, la anestesiología, la psico-logía, la química nuclear, la in-geniería, la bioquímica, etc, etc. Además de ser un infatigable activista social. En resumidas cuentas, no resulta fácil reejar una vida tan rica en las pocas palabras que conguran un artí-culo de divulgación. Por este motivo, admito haber renuncia-do a tal propósito y me he con-tentado con seleccionar algunos de los descubrimientos entre los muchos que Pauling realizara a lo largo de su vida. Son, como puede imaginar el lector, mu-chos otros, no menos trascen-dentes que los aquí selecciona-dos, los que se han quedado en el tintero. Por ello pido disculpas y animo al lector a indagar sobre la vida de este genio llamado Linus Carl Pauling, sin duda, un hombre excepcional.Enlace a Youtube:www.youtube.com/watch?v=_YWpAI1LOKk  23Primavera 2013Vol.6 | Nº   142               24Notas:1. Fue el nombre en clave de un desarrollo cientíco efectuado en forma conjunta por los Estados Unidos, el Reino Unido y Canadá durante la Segunda Guerra Mundial. El objetivo nal de este proyecto era, por supuesto, desarrollar una bomba nuclear antes que Alemania.2. En “Reglas y consejos sobre investigación cientíca: los tónicos de la voluntad” de Santiago Ramón y Cajal. Aclarar que el propio Ramón y Cajal fue una honrosa excepción a esta máxima.3. Proceedings of the National Academy of Sciencies of the United States of America.4. Pauling L, Corey RB & Branson HR. The structure of proteins: two hydrogen-bonded congura-tions of the polypeptid chain (1951) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 37:205-211.5. Eisenberg D. The discovery of the alpha-helix and beta-sheet, the principal structural features of proteins (2003). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:11207-11210.6. Éste es un término acuñado por Pauling. La medicina ortomolecular propone promover la sa-lud mediante la suplementación nutricional de compuestos decitarios en el organismo.Juan Carlos Aledo caledo@uma.es Profesor Titular de Bioquímica y Biología MolecularFigura 4: El rostro de algunos de los protagonistas !"#$%&'($)"#*&&+,-.,/,--01&23(&45)5#&6"))57&+,-.8/,-9,1&:;<57=&>??5#@5"A57&+,-.0/,-BC1&:;<57=&D;75E&+,9-C/,-C,1&6(F&G5)<7HIJ&+,-.B/,-9,1&457A(#&K7(#%;#&+,-,0/,--L1&6(F&'57$=M&+,-,0/N..N1&O"))"(A&K7(**&+,9-./,-C,1&

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