Las investigaciones de Pauling en biología molecular

Dos décadas antes de que recibiera el Nobel de Química en 1954 por su trabajo sobre la naturaleza de los enlaces químicos, el bioquímico estadounidense Linus Carl Pauling (1901-1994) se había interesado por una nueva disciplina científica.

Si bien a comienzos de su carrera había manifestado una falta de interés por el estudio de las moléculas biológicas, en el California Institute of Technology (Caltech) tuvo oportunidad de codearse con biólogos de renombre, como Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges y Alfred Sturtevant.

Fue entonces, a mediados de la década de 1930, que Pauling cambió de opinión y comenzó a estudiar estas moléculas con interés, gracias a una beca de la Fundación Rockefeller.

Sus primeros trabajos en el tema fueron sobre la estructura de la hemoglobina. Llegó a poner de manifiesto que la estructura de la hemoglobina cambia dependiendo de que la molécula capte o pierda un átomo de oxígeno.

La estructura de las proteínas

A raíz de este resultado, Linus Pauling decidió estudiar de forma más precisa la estructura de las proteínas, utilizando la difracción de rayos X. Sin embargo, la estructura proteínica resultó ser mucho más difícil de determinar usando esta técnica que la de los cristales minerales estudiados anteriormente.

En esta década, el cristalógrafo británico William Astbury fue quien obtuvo los mejores resultados usando rayos X, pero cuando Pauling intentó reinterpretar sus observaciones con ayuda de la mecánica cuántica, en 1937, no lo pudo conseguir.

Fueron necesarios once años para que Pauling comprendiera el origen del problema. Su análisis matemático era correcto, pero los resultados de Astbury fueron obtenidos de un modo tal que las proteínas estaban inclinadas, respecto a las posiciones esperadas. Para explicar esta discrepancia, Pauling propuso un modelo molecular de la hemoglobina, en el cual los átomos estaban posicionados en hélice, y aplicó esta idea a las proteínas en general.

La hélice alfa

En 1951, basados en las estructuras de los aminoácidos y de los péptidos, y considerando la naturaleza planar del enlace peptídico, Pauling y sus colegas propusieron que la estructura secundaria de las proteínas estaba basada en la hélice alfa y la lámina beta.

Esta conclusión ejemplifica la capacidad de Pauling para pensar de manera no convencional, pues el razonamiento central de la propuesta radica en que una vuelta de hélice puede contener un número no entero de aminoácidos.

A continuación, Pauling sugirió una estructura helicoidal para el ácido desoxirribonucleico (ADN), aunque su modelo tenía algunos errores, incluyendo el proponer grupos neutros de fosfato, idea que estaba en conflicto con la naturaleza ácida, y no neutra, del ADN.

Sir Lawrence Bragg se había decepcionado cuando supo que Pauling había ganado la carrera para descubrir la hélice alfa. El equipo de Bragg había cometido un error fundamental al no considerar la naturaleza planar del enlace peptídico.

Cuando en los Laboratorios Cavendish se supo que Pauling trabajaba con los modelos moleculares de la estructura del ADN, se autorizó a James Watson y Francis Crick a proponer un modelo estructural de la molécula de ADN, utilizando material no publicado de los investigadores Maurice Wilkins y Rosalind Elsie Franklin, del King's College.

En 1953, Watson y Crick propusieron una estructura correcta para la doble hélice del ADN, lo que les valdría el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1962.

Uno de los obstáculos que Pauling enfrentó durante su investigación fue la imposibilidad de consultar las fotografías de alta calidad de difracción del ADN que Franklin había tomado. Cuando Pauling fue a verlas durante un congreso en Inglaterra, su pasaporte fue retenido por el Departamento de Estado de los Estados Unidos, que sospechaba que Pauling tenía simpatías por el comunismo. En cambio, Watson y Crick sí tuvieron acceso a estas fotografías gracias a que Wilkins se las había mostrado sin el permiso de la autora.

Reacciones enzimáticas

Durante este período, Pauling también estudió las reacciones enzimáticas. Se encuentra entre los primeros científicos que demostraron que las enzimas actúan estabilizando los estados de transición de las reacciones químicas, lo cual es fundamental para la comprensión de sus mecanismos de acción.

Pauling está también entre los primeros que propusieron que los anticuerpos se enlazan a los antígenos gracias a una compatibilidad de sus estructuras. En el mismo orden de ideas, escribió un artículo, junto con el físico convertido en biólogo Max Delbrück, donde sugiere que la replicación del ADN es debida a la compatibilidad, y no a la similitud, como había sido sugerido por otros científicos. El modelo de Watson y Crick vendría a corroborar esta idea.

Por otra parte, Pauling contribuyó también, junto con otros investigadores, a la fabricación de anticuerpos artificiales, y a la de un sustituto del plasma sanguíneo.

Comienzo de la genética molecular

En noviembre de 1949, junto con Harvey Itano, S. J. Singer e Ibert Wells, Pauling publicó en la revista Science la primera prueba de la relación entre una enfermedad humana y un cambio en una proteína específica.

Utilizando la electroforesis, demostraron que la hemoglobina se había modificado en enfermos de anemia falciforme, y que pacientes que eran propensos a este tipo de anemia, sin haberla desarrollado, tenían dos tipos de hemoglobina: modificada y sin modificar.

Esta publicación fue la primera demostración de que una proteína específica podía estar asociada con una enfermedad en el ser humano, de manera que la herencia podía influir en las mutaciones de dicha proteína, marcando así los albores de la genética molecular.