breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

71
BREVE HISTORIA DEL ESTABLECIMIENTO DE LA QUÍMICA MODERNA DE PROTEÍNAS (1750-1960)

Transcript of breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Page 1: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

BREVE HISTORIA DEL

ESTABLECIMIENTO DE LA QUÍMICA MODERNA DE PROTEÍNAS

(1750-1960)

Page 2: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

PLINIO EL VIEJO (59 A.C. – 24 D.C.)

El término albumen se remonta a el primer siglo denuestra era. Plinio El Viejo lo acuñó para referirse a laclara de huevo (album ovi, lo blanco del huevo, en latín)

Page 3: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

En 1747, Iacopo Beccari (1682-1766) describiócomo se podía obtener un gluten (gluten, cola, enlatín) a partir de la harina de trigo, sin más queamasar ésta con agua para eliminar el almidón.

También se sabía cómo la separación de lasangre coagulada del suero daba lugar a unmaterial rojo, insoluble en agua, llamado fibrinapor Furcroy.

El último de los materiales proteicos estudiadosintensamente durante esa época fue el cuajoobtenido tras tratar la leche con ácidos. Estematerial insoluble fue el que se denominó caseína(caseum, insoluble en ácido, en latín).

Page 4: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

William Prout (1785-1850)

En 1827 clasificó las sustancias que formaban losalimentos en tres categorías: las sacarinosas (losactuales azúcares), las oleaginosas (los actuales lípidos)y las albuminosas (las que hoy llamamos proteínas).

Page 5: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Jöns Jakob Berzelius (1779–1848)

“Supongo que el óxido orgánico que constituye la base de la fibrina yde la albúmina (y al que hay que dar un nombre; por ejemplo,proteína) está compuesto de un radical terciario combinado conoxígeno...Parece ser la molécula primitiva o principal de la nutriciónanimal, que las plantas preparan para los herbívoros y que luegoéstos proporcionan a los carnívoros” (1835).

Page 6: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Gerardus Johannes Mulder(1802-1880)

“La palabra proteína serefería a un compuestoque estaba en el origende sustancias muydistintas y, por tanto,podía ser consideradocomo un compuestoprimario” (1838).

Del griego: sustancia original de la que están hechos los seres vivos

Page 7: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Thomas Graham (1805-1861)

Inventor de la diálisis cuando observó que algunassustancias no eran capaces de atravesar las membranassemipermeables. Precisamente para estas sustancias espara las que acuñó el término coloide en contraposiciónal de cristaloide, que se aplicaba a las moléculas quedifundían rápidamente y sí atravesaban las membranas:“…la condición coloidal de la materia es propia de loselementos plásticos del cuerpo animal, como la gelatina,y diferente de las llamadas sustancias cristaloides”(1861).

Georges Square, Glasgow

Page 8: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

"in recognition of theextraordinary services hehas rendered by his workon sugar and purinesyntheses"

Hermann Emil

Fischer (1852-1919)

Premio Nobel de Química en 1902

Descubridor del enlace peptídico

Page 9: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Frederick Sanger

(1918- )

“Como hipótesis de trabajo asumiremos que la teoría del enlacepeptídico es válida. Es decir, que una proteína está constituidapor una cadena de α-aminoácidos unidos mediante enlacespeptídicos a través de sus grupos α-amino y α-carboxilo. Apesar de que esta teoría es válida casi con certeza (...). Se deberecordar que todavía no ha dejado de ser una hipótesis que noha sido definitivamente probada. Probablemente, la mejorprueba a su favor es que, desde que se propuso en 1902, no seha encontrado ningún hecho que la contradiga” (1952).

Page 10: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

MaxPerutz

Estructurade la

hemoglobina(1960)

Page 11: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Laurent y Gerhardt en1848 acuñan el términoaminoácido para describir el carácter de sustanciascomo la Gly o la LeuEn casi todos los casos, el descubrimiento ycaracterización de los aminoácidos proteicos seajustó al siguiente esquema:1) Se descubre una sustancia con carácter deaminoácido, muy abundante en alguna fuente natural,y se le asigna un nombre.2) Se comprueba que es idéntica a alguna de lassustancias liberadas tras la hidrólisis de lasproteínas.3) Se intenta su formulación elemental y estructural.4) Se lleva a cabo la síntesis orgánica de la mismasustancia que había sido obtenida a partir de lafuente natural.

Page 12: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Aminoácido

Descubierto

(Año) Descubridor Estructuraa

y Formulación

(Año)

Formulador Síntesis(Año)

Sintetizador Origen biológico

Asparagina

1806

Vauquelin Robiquet

1838

Pelouze

Von Liebig

1887

Piutti

Jugo

espárragos Cistina

1810

Wollaston

1884

1903

Külz

Baumannb Friedmannc

1903

Erlenmeyer

Jr.

Cálculo vejiga

Glicocola (Glicina)

1820

Braconnot

1857 1858

Cahours

Perkin/Duppa

1858

Cahours

Perkin/Duppa

Gelatina

Leucinad

1820

Braconnot

1848

1870 1891

Hüfner Strecker

Fibra

muscular y lana

Tirosina

1846

Von Liebig

1869

Von Barth

1883

Erlenemyer

Sr. Lipp

Caseína

Alaninae

1888

Weyl

1901

Fischer Skita

1850

Strecker

Seda

Valina

1856

Gorup Besanez

1906

Fischer

Serina

1865

Cramer

1902

Fischer Leuchs

Seda

Glutámico

1866

Ritthausen

1890

Wolff

Gluten de trigo

Aspárticof

1868

Ritthausen

1850

Dessaignes

Hidrolizado

de proteínas

Page 13: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Aminoácido Descubierto

(Año) Descubridor Estructuraa

y Formulación

(Año)

Formulador Síntesis (Año)

Sintetizador

Origen biológico

Fenilalanin

a

1879

Schulze Barbieri

1879 1882

Posen

Erlenemyer Jr. Lipp

Brotes de altramuz (Lupinus)

Glutamina

1883

Schulze Bosshard

1933

Bergmann Zervas Salzmann

Jugo de carne

Lisina

1885 1889

Schulze Drechsel

1899

1902

Fischer Weigert

Caseína

Arginina

1886

Schulze Steiger

1939

Totter Berg

1942

Almquist/Gr

au Mecchi Kratzer

Semillas de altramuz (Lupinus)

Histidina

1896

Kossel Hedin

1904

Pauly

1911

Pyman

Esperma Esturión

Prolinae

1901

Fischer

1900

Willstatter

Caseína

Triptófano

1901

Hopkins Cole

1907

Ellinger Flamand

Albúmina Caseína

Hidroxiprol

ina

1902

Fischer

1905

Leuchs

Gelatina

Isoleucina

1904

Ehrlich

1907

Ehrlich

Melaza bovina

Page 14: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Aminoácido

Descubierto

(Año) Descubridor Estructuraa

y Formulación

(Año)

Formulador Síntesis (Año)

Sintetizador

Origen biológico

Metionina

1922

Mueller

1928

Barger

1928

Barger Coyne

Caseína

Treonina

1935

Rose

1935

Carter

Zeína del

maíz Fibrina

Hidroxilisi

na

1938

Nicolas Louis VAUQUELIN(1763-1829)

AsnWilliam Hyde WOLLASTON(1766-1828)

Cis

Emil F.G.K. Erlenmeyer Sr.

Síntesis Tyr

Page 15: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

CONCEPTO DE AMINOÁCIDO ESENCIAL

Se considera que el punto de inflexión en cuanto al estudio delos aspectos nutricionales de los aminoácidos lo marcan losexperimentos desarrollados en 1914 por Thomas B. Osborne yLafayette B. Mendel

William Cumming Rose

(1887-1985)

En 1935 publicó la composición de una dietaidónea para criar ratas que utilizaba unamezcla de aminoácidos puros como únicafuente nutricional de nitrógeno.En 1942 utilizó a una serie de estudiantes dedoctorado para extender el concepto deaminoácido esencial a los humanos

Page 16: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

EL ENLACE PEPTÍDICO

1902: Hermann Emil Fischer yFranz Hofmeister proponen laexistencia del ENLACEPEPTÍDICO

“He encontrado métodos para convertiraminoácidos en sus amidas tipo anhidrido,polímeros que he bautizado como polipéptidos,y creo que su síntesis es la primera etapa haciala construcción natural de pectosas yalbumosas” (Fischer, 1906)

Page 17: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

También en 1902 FranzHofmeister propuso quela unidad recurrente enlas proteínas tenía queser del tipo:

-CO-NH-CH=

Estructura que separece bastante a lareal. Sin embargo, nomencionó las palabraspéptido o peptídico.

Page 18: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

PRINCIPALES PROBLEMAS:

-¿Cuál es la masa de las proteínas?

-¿Cristalizan las proteínas?

-¿Qué es una proteína desnaturalizada?

-¿Qué fuerzas mantienen las proteínasplegadas?

- ¿Cuál es la estructura tridimensional deuna proteína?

Page 19: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

¿CUÁL ES LA MASA MOLECULAR DE LAS PROTEÍNAS?

“...uno podría llegar pronto a pesos moleculares dos o tres veces mayores, parecidos a los asumidos para algunas proteínas naturales. Para otras, las estimaciones son mucho mayores, de hasta 12000-15000. Pero en mi opinión estos números están basados en suposiciones muy inseguras, puesto que no existe la menor garantía de que las proteínas naturales sean sustancias homogéneas” (Fischer, 1907).

Page 20: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“…aunque podría ser que los péptidosensayados no fuesen lo suficientementelargos, era más probable pensar quesimplemente la pepsina atacase en lasproteínas otro tipo de enlace, y no el enlacepeptídico” (Fischer).

“No se ha encontrado ningún caso en elque la pepsina tuviera algún efecto sobreun sustrato sintético modelo, tanto si éstecontenía enlaces peptídicos, como si no”(Vickery y Osborne, 1928).

Page 21: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

LAS PROTEÍNAS COMO COLOIDES“…la condición coloidal de la materia es propia de los elementosplásticos del cuerpo animal, como la gelatina, y diferente de lasllamadas sustancias cristaloides”.“El estado coloidal es un estado dinámico de la materia, siendo loscristales la condición estática de la misma. Por ello, el coloide poseeenergía y puede ser considerado como la fuerza primaria de lavitalidad, del fenómeno de la vida”.

(Graham, 1861)

Wolfgang OstwaldSe le considera fundador de la escuela coloidalEditor de la Revista del Coloide (Kolloid Zeitschrift)Fanático defensor de la naturaleza coloidal de las proteínas

Page 22: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Pero también había quien discrepaba:

“No hay duda de que la molécula de proteína esrelativamente grande, mucho más que la mayoría del restode los objetos sometidos a la investigación química”(Schulz, 1903).

El propio Hofmeister hablaba de la molécula gigante deproteína

“La naturaleza química de las enzimas esprobablemente muy diversa. Hay pruebas directas deque algunas no son proteínas y es dudoso que lo seaalguna. Muchas parecen ser complejos sistemas decoloides formados por componentes inorgánicos yotros compuestos simples” (William M. Bayliss, 1924).

Page 23: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Henderson formula los principios que condujeron alconcepto de tampón (1908)Sørensen desarrolla el concepto de pH (1908)Donnan describe el efecto que lleva su nombre (1911)

Sørensen quien primero aplicó este tipo de medidas depresión osmótica a la determinación de la masa molecularde proteínas cristalizadas

En 1925 Adair estableció, por ejemplo, que la hemoglobinatendría una masa molecular de 67000, cuatro veces mayora aquél que había sido calculado a partir de su contenidoen hierro.

Obtuvieron valores que eran hasta diez veces mayores almáximo valor considerado como verosímil por Fischer

Page 24: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

LA ULTRACENTRÍFUGA

“...las proteínas están compuestas por partículasindividuales y, por lo tanto, en realidad sonmoléculas gigantes. Hay razones para creer quelas partículas de las disoluciones y cristalesproteicos están construidos de acuerdo con unplan que convierte a cada átomo en una piezaindispensable para la obtención de la estructurafinal” (The Svedberg, 1938, en The ProteinMolecule).

Premio Nobel en 1926:"for his work on disperse systems"

Page 25: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“...sólo un número limitado de masas es posible. Probablemente lamolécula proteica se construye por la sucesiva agregación deunidades de masa definida, pero sólo son estables ciertosagregados”. (The Svedberg, 1938, también en The Protein Molecule).

Svedberg propuso que las masas de todas lasproteínas debían ser múltiplos de una unidadfundamental de masa 17000 o 34000. Idea erróneaque fue ampliada y modificada por Bergman yNieman que, en entre 1937 y 1939, a la vista de lascomposiciones de aminoácidos conocidas hastaentonces, propusieron teorías como que el númerototal de residuos de cualquier proteína debía poderser expresado por la fórmula 2n x 3m, donde n y mserían números enteros o cero.

Page 26: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

CONCEPTO DE MACROMOLÉCULA

“Las macromoléculas seríanaquellas estructuras covalentesmucho mayores en extensión quelas que aparecen en loscompuestos simples, de formaque sólo esta característica yadaría cuenta de las propiedadesque las sitúan aparte de otrasformas de la materia” (Staudinger,¡1920!).

Hermann Staudinger (1881-1965)Premio Nobel de Química en 1953

Page 27: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

¿CRISTALIZAN LAS PROTEÍNAS?

Los primeros cristales proteicos se obtuvieronalrededor de 1880 a partir de proteínas desemillas de plantas (Ritthausen).

“...la existencia de cristales no garantiza por símisma la individualidad química, puesto quepuede tratarse de mezclas isomorfas, comoocurre con frecuencia en mineralogía con lossilicatos” (Fischer, 1913).

Page 28: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

James Batcheller Sumner(1887-1955)

Premio Nobel de Química en 1946

"for his discovery thatenzymes can becrystallized"

En 1926 cristalizó laprimera enzima, laureasa, a partir desemillas de Canavaliaeusiformis (el haba).

Page 29: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

John Howard Northrop(1891-1987)

Premio Nobel de Química en 1946

"for their preparation ofenzymes and virus proteins in apure form"

En 1930 conseguía cristalizar lapepsina, utilizando un extractode jugo gástrico de cerdo comomaterial de partida.Posteriormente en colaboracióncon Kunitz, consiguió también lacristalización de otras enzimasdigestivas, como la tripsina y laquimotripsina, y la de alguno desus precursores inactivos.

Page 30: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

En 1912 Max Von Laue sugiere que la longitud de ondade los rayos X es menor que la longitud que separa a losátomos en una red cristalina. Esto marcó el comienzo dela cristalografía.

En ese mismo año seobtuvo también elprimer patrón dedifracción de rayos X,de un cristal desulfato de cobre, porparte precisamente deLaue, Friedrich yKnipping Max Von Laue

Page 31: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

En 1937 Lawrence Braggse hace cargo de la dirección del Laboratorio Cavendish deCambridge.

COMIENZA LA CRISTALOGRAFÍA DE PROTEÍNAS

W.H. Bragg

Page 32: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Los Bragg, padre e hijo, impulsaron la utilización de ladifracción de rayos X en el estudio de la estructuratridimensional de las proteínas.

Ambos recibieron el Premio Nobel de Físicaen 1915 por su contribución al análisis de lasestructuras cristalinas mediante rayos X.

1915

Page 33: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

John Desmond Bernal y Dorothy Crowfoot

En 1934 publicaron su primer artículo sobre difracciónde rayos X de una proteína, en la revista Nature,aunque el único detalle novedoso que pudieron aportarfue la observación de que el tamaño de la celdillamínima de esos cristales de pepsina era compatiblecon la masa molecular que se había calculado con laultracentrífuga de Svedberg

Page 34: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

¿QUÉ ES UNA PROTEÍNA DESNATURALIZADA?

SEGUNDA MITAD DEL SIGLO XIX

Todos los químicos de proteínas de ese periodoaceptaban que las proteínas eran sustancias ricas enenergía y, por tanto, fuente de vida. Al morir lascélulas, perdían esta cualidad y se transformaban ensustancias muertas que, en definitiva, eran las que seconseguían aislar a partir de las diversas fuentesbiológicas.Por eso se aislaban amidas y no los grupos ricos enenergía, como los ciano o aldehidos.

Page 35: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

¡1925!Se empieza a sospechar que la desnaturalización de lasproteínas puede ser reversible, y a distinguir entre losconceptos de coagulación y desnaturalización.

Mona Spiegel-Adolf describe que la albúmina de suerocoagulada se puede redisolver si se enfría y alcalinizaligeramente.

Martin y Chick son los primeros en enunciar el entoncesrevolucionario concepto de que una proteínadesnaturalizada podía ser perfectamente soluble.

Page 36: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

En 1931, Mortimer Anson y Alfred Mirsky demostraronque también la desnaturalización de la hemoglobinapodía ser reversible y propusieron que debía haber unequilibrio entre la forma nativa y la desnaturalizada.

THE ROCKEFELLER INSTITUTE

Page 37: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Chinese Journal of Physiology

“…una proteína sería como un cristal submicroscópicoque se mantendría unido mediante interacciones nocovalentes” (Hsien Wu, 1931).

Pero,¿cuáles eran esas fuerzas?

Page 38: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“…la simple formación de amidas no es el único modo posible de enlace en las moléculas proteicas”.

“…aunque podría ser que los péptidos ensayados nofuesen lo suficientemente largos, era más probablepensar que simplemente la pepsina atacase en lasproteínas otro tipo de enlace, y no el enlace peptídico”.

Emil Fischer en los 1920s

¿QUÉ FUERZAS MANTIENEN PLEGADAS A LAS

PROTEÍNAS?

Page 39: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

LA HIPÓTESIS DEL CICLOL

CICLOL-6 Dorothy Wrinch

Con esta estructura pretendía explicar los patronesde difracción hexagonales obtenidos por Astbury conproteínas fibrilares.Bernal llegó a decir que el análisis realizado porDorothy Wrinch había sido chapucero, incompetentee, incluso, deshonesto.

Page 40: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Irving LANGMUIRPremio Nobel deQuímica de 1932"for his discoveries andinvestigations in surfacechemistry"

Apoyó a Dorothy Wrinch

Propuso el efecto hidrofóbico

“Langmuir ha usado el principio del efecto hidrofóbicocomo justificación de la red del ciclol, pero esestrictamente independiente de él” (Bernal, 1939).

Page 41: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

BernalCrowfoot

“...el comportamiento de los grupos hidrofóbicos de las proteínasdebe ser tal que se mantengan juntos...las moléculas de proteína endisolución deben tener sus grupos hidrofóbicos apartados delcontacto con el agua, es decir, en contacto entre ellos...De estamanera la fuerza de asociación suministrada no sería tanto deatracción entre dichos grupos hidrofóbicos, que es siempre débil,sino de repulsión de los mismos frente al agua del medio que lesrodea” (Bernal, 1939).

Page 42: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

El efecto hidrofóbico cayó en el olvido hasta renaceren 1959, de la mano de Walter Kauzmann que lodescribió, ya en su concepción moderna, ese año enlos Advances of Protein Chemistry. El propio Bernal,que había sido uno de sus principales impulsores,pareció olvidarse de él y, en 1958, decía:

“Las fuerzas que mantienen a lasproteínas en su estructura nativason, por orden de importancia, (1)covalentes, (2) iónicas y (3) puentesde hidrógeno, especialmente deltipo C =O•••N – H”.

Ni se menciona el efecto hidrofóbico.

Page 43: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“...la estabilidad de la conformación nativa de unaproteína en agua puede ser completamenteexplicada sobre la base del establecimiento deinteracciones hidrofóbicas entre las partes nopolares de la molécula” (Tanford, 1962)

Page 44: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Bernal y Fowler proponen la existencia de losenlaces por puentes de hidrógeno para explicar laestructura del agua (1933)

La idea que subyace al concepto que hoyentendemos como enlace por puente de hidrógenofue sugerida por primera vez en 1920 por uncientífico llamado Huggins

CrickPerutz

Bernal

Page 45: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Linus Pauling y Alfred Mirskyseñalaron que la estructura deuna proteína se debía mantenergracias al establecimiento demuchas interacciones débiles(uniones secundarias) que serompían durante el proceso dedesnaturalización. En 1936asignaron este papel a lospuentes de hidrógeno.

Alfred Ezra Mirsky

Page 46: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

¿CUÁL ES LA ESTRUCTURATRIDIMENSIONAL DE LAS PROTEÍNAS?

Linus Pauling

Page 47: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

THE NATURE OF THE CHEMICAL BOND

Page 48: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“En 1937 poco sesabía acerca de laestructura de lasproteínas. De hecho,incluso se dudaba deque fuesen cadenaspolipeptídicas.

Alfred Mirsky y yohabíamos escrito quelas proteínas semantenían en suconformación nativagracias a los puentesde hidrógeno”.

Page 49: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Pauling y Mirsky también predijeron, en 1937,que el enlace peptídico era plano y que losgrupos NH y CO del mismo formarían puentesde hidrógeno.

Page 50: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

En 1937 Robert Corey se desplaza de The RockefellerInstitute al laboratorio de Pauling en Caltech (Pasadena)

Ralph Wyckoff

Corey y Pauling se concentraron enla determinación de estructuras deaminoácidos y pequeños péptidosutilizando la difracción de rayos XLos modelos conocidos como CPK corresponden a las iniciales de Corey, Pauling y Walter Koltum, que supervisaron su creación y construcción.

Page 51: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

LA HÉLICE

Producto de la genialidad de PaulingEnlace peptídico planoPaso de rosca no entero (3.6 residuos/vuelta)

Page 52: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

La estructura que le salíaera una hélice en la que ladistancia entre los puentesde hidrógeno era de 2.8 Å yel paso de rosca era de 3.6residuos (5.4 Å). Sinembargo, no publicó laestructura de la hélice hasta Mayo de 1951, porquelos diagramas de difracciónde rayos X existentesentonces predecían pasosde rosca de 5.1 Å (proteínasfibrilares).

Page 53: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Premio Nobel de Química en 1954.

"for his research into the nature of the chemical bondand its application to the elucidation of the structure ofcomplex substances"

Page 54: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Premio Nobel de la Paz en 1962.

Page 55: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

MAX PERUTZ(1914-2002)

En 1936 se trasladó al famosoLaboratorio Cavendish donde,tras ser Research Assistant deLawrence Bragg, obtuvo sudoctorado por la Universidadde Cambridge en 1940.

Los primeros cristales de hemoglobina con los queempezó a trabajar eran de caballo, y habían sidopreparados por Adair. En 1938 ya tenía mapas dedifracción con una resolución de 2 Å; mapas quepublicó pero que no sabía interpretar

Fue Bernal quien le introdujo en la cristalografía

Page 56: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Durante la Segunda GuerraMundial estuvo confinado enun campo de concentracióncanadiense debido a sucondición de extranjero.Cuando quedó claro que noestaba ligado a los nazis leliberaron y pudo volver aCambridge en 1941 dondeemprendió un trabajo deinvestigación secreto,relacionado con la guerra, yque consistía en laconstrucción de unportaaviones con hielo. Laguerra retrasó muysignificativamente su trabajosobre la estructura de lahemoglobina.

Page 57: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Justo antes de que Pauling propusiera la existenciade la hélice , Bragg, Perutz y Kendrew publicaron unlargo artículo en los Procceedings of the RoyalSociety en el que proponían toda una gran variedadde estructuras posibles para las proteínas, muchas deellas helicoidales y casi todas erróneas.

Max Perutz John Kendrew

Page 58: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

La mencionadapublicación indujoa Pauling apublicar la hélice

Cuando el grupo de John Kendrew calculó la estructuratridimensional de la mioglobina en 1957, todo el mundose quedó hasta altas horas de la madrugada esperandoa ver si aparecía la hélice . Cuando quedó claro que síexistía este tipo de estructura, todo el mundo se fue a lacama.

Page 59: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

El paso fundamental lo dio en1953 cuando se le ocurrióincluir átomos de mercurio ensus cristales.Cuando Perutz comparó lasplacas fotográficas deprecesión de los cristales de laproteína natural con las deaquellos modificados conmercurio, se encontró con quelos átomos de este metalhabían causado diferenciasimportantes de intensidad enalgunas de las señales dedifracción.

Resolvió la estructurade la hemoglobina en1959 con una resoluciónde 5.5 Å.

Page 60: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Ceremonia de entrega del Premio Nobel de 1962

Page 61: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Entre 1947 y 1962, con elapoyo de John Kendrew yLawrence Bragg, fuefundador y director de laUnidad de BiologíaMolecular del Consejo deInvestigación Médica deCavendish (MedicalResearch Council Unit forMolecular Biology atCavendish).

En 1962, se fundó el Laboratorio de BiologíaMolecular (Molecular Biology Laboratory) en lamisma institución. Max Perutz también lo dirigióhasta 1979.

Page 62: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

EL ANALIZADOR AUTOMÁTICO DE AMINOÁCIDOS

A mediados del siglo XIX químicos de tantoprestigio como Justus Von Liebig opinabanque todas las proteínas tenían la mismacomposición.

Hasta 1940 no eran muy alentadores losavances obtenidos en cuanto a las técnicas dedeterminación de la composición deaminoácidos de las proteínas.

Alrededor de 1945, se produjo un avance muyimportante con la utilización de lacromatografía de adsorción, la de interaccióniónica y los métodos electroforéticos.

Page 63: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Esta metodología permitió a Erwin Brand calcular lacomposición de aminoácidos de la -lactoglobulinay, además, estimar que su masa molecular era de42000, valor que coincidía con el calculado en laultracentrífuga. Este trabajo le convirtió en uno másde los defensores de la existencia del enlacepeptídico como fuerza de unión principal en lasproteínas:

“Se puede concluir que los aminoácidos queconstituyen las proteínas están unidosprincipalmente por enlaces peptídicos; otrasuniones como enlaces peptídicos atípicos (como enel glutation), ésteres, anhidridos o imidas, siaparecen, lo hacen en muy pequeño número”.

Page 64: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

StanfordMoore

William H. Stein

En 1946, Stein y Moore desarrollaron un métodocromatográfico automatizado basado en la utilizaciónde columnas rellenas de almidón. Esto les permitiópublicar en 1949 la composición de aminoácidos de la-globulina, corrigiendo varios errores cometidos porBrand. Esta cromatografía de reparto fue sustituida en1951 por una de intercambio iónico.

Page 65: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Este analizador, conocido como de Spackman-Stein-Moore, permitió el cálculo rápido y simplificado de lacomposición de aminoácidos de cualquier hidrolizadoproteico y la separación parcial de mezclas de péptidos.

La descripción de suanalizador automáticola llevaron a cabo en1958, con el métodode cuantificación,basado en la reaccióncon la ninhidrina,incorporado.

Page 66: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

EL PRIMER COLECTOR DE FRACCIONES

Page 67: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Premio Nobel deQuímica de 1972

"for their contribution to theunderstanding of the connectionbetween chemical structure andcatalytic activity of the activecentre of the ribonucleasemolecule"

William H. STEINy

Stanford MOORE

Page 68: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

“Con frecuencia recibo la visita de valiosos hombres y mujeres,cargados con cuestionarios y grabadoras, que quieren saberqué es lo que hizo que el Laboratorio de Biología Molecularfuese tan creativo. Entonces yo siento la tentación de hacerlesver cómo en Florencia, en el siglo XV, de una población demenos de cincuenta mil personas surgieron personajes comoLeonardo, Miguel Ángel, Rafael, Ghiberti, Brunelleschi, Alberti yotros grandes artistas. ¿Estos entrevistadores se habríanpreocupado entonces de investigar si los gobernantes deFlorencia habían creado una organización interdisciplinaria depintores, escultores, arquitectos y poetas para que florecieratodo este gran arte? Mi pregunta no es tan absurda comoparece, porque la creatividad en Ciencia, como en las artes, nopuede ser organizada. Surge espontáneamente del talentoindividual. Los laboratorios bien dirigidos pueden fomentarla,pero la organización jerárquica, las reglas burocráticas einflexibles, y las montañas de inútil papeleo, puedenaniquilarla. Los descubrimientos no pueden ser planeados,surgen, como Puck, en las esquinas inesperadas”.

Page 69: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

CHRISTIAN B.ANFINSEN

Premio Nobel deQuímica de 1972

"for his work on ribonuclease,especially concerning the connection between the amino acid sequence and thebiologically active conformation"

Page 70: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

Frederick Sanger(1918- )Premio Nobel de Química en 1958

"for his work on the structure of proteins, especially that of insulin"

Page 71: breve historia del establecimiento de la química moderna de proteínas

The Sequence of Insulin