Premis Nobel 1994

1994/11/01 Barrenetxea, Tere - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

Química
George A. Olah Física
Bertram Brockhouse
Clifford Schull

Fisiologia i
Medicina

Alfred Gilman
Martin Rodbell

George A. Olah, químic estatunidenc de 67 anys, ha guanyat el Premi Nobel de Química d'enguany.

En 1965 Olah va demostrar per primera vegada que els àtoms que no eren metalls, i especialment els àtoms de carboni, podien tenir una càrrega elèctrica positiva, formant estructures anomenades carbocations. En aquest any el seu equip d'investigadors van aïllar i van caracteritzar el primer carbocatió estable.

L'àtom de carboni, quan es troba en molècules orgàniques, es troba associat a altres quatre àtoms (com si tingués quatre braços) formant estructures sense càrrega elèctrica. Per exemple, el gas natural que pròximament utilitzarem per a escalfar les nostres cases conté una molècula de CH 4 anomenada metà. Si s'aconsegueix eliminar a aquesta molècula un àtom d'hidrogen, es forma un “molècula brazada” de càrrega elèctrica positiva CH 3 +, que només té tres enllaços (tres braços). Però aquest procés no és gens senzill, i va ser possible gràcies als nous “superrazidos” descoberts per Olah. Aquests superrazidos són milions de vegades més fortes que l'àcid sulfúric o similars que s'utilitzen industrialment.

Els carbocations són molt reactius, s'eliminen immediatament. No obstant això, tal com va descobrir Olah, en condicions adequades, es poden utilitzar per a proporcionar altres molècules orgàniques d'interès. Gràcies a aquestes recerques bàsiques s'han desenvolupat importants reaccions industrials de “reforming” i “cracking” per a extreure de petroli gasolines sintètiques de bona qualitat. Si de la destil·lació amb bulliment del petroli s'hagués d'extreure directament la gasolina natural, d'una banda s'obtindria molt poca (només del 10 al 15 per cent), i per un altre, a l'ésser els hidrocarburs obtinguts molècules de cadena llarga, els nivells d'octà serien molt baixos, de mala combustió i contaminants.

No obstant això, si la destil·lació del petroli es realitza a través d'una sèrie de superrazidos inventats per Olah, a causa dels carbocations, les molècules d'hidrocarburs s'interrompen i ramifiquen formant gasolines de molt alt nivell d'octà. D'aquesta forma, d'una banda, el petroli s'aprofita molt millor amb més gasolina i, per un altre, en ser millor que la combustió natural d'aquestes gasolines sintètiques, es contamina menys. Avui dia, les gasolines de gairebé tothom s'obtenen així.

En la dècada dels vuitanta, l'equip d'investigadors d'Olah va començar a buscar cations d'altres àtoms diferents al carboni o “molècules ondulades carregades”. En particular, els ions “silizenio” de l'àtom de silici. Aquests estudis han tingut una gran influència en els químics orgànics implicats en la preparació de molècules complexes a nivell mundial.

Olah, va néixer en 1927 a Budapest (Hongria), on, malgrat ser professor de Física, es va traslladar als Estats Units en 1957. A més de la seva residència i nacionalitat, la seva activitat científica es va veure totalment alterada: Química Orgànica enfront de la Física. Després de llançar els seus primers descobriments bàsics, en 1977 es va convertir en professor del prestigiós HSI (Hydrocarbon Search Institute) de Califòrnia Sud i des de llavors treballa en aquest centre de recerca.

Olah ha publicat centenars de recerques en les revistes científiques més importants del món, sempre escrivint profundes, elementals i elegants treballs de química sobre molècules carregades positivament. Tot això no ha impedit que la seva gran saviesa i humanitat (mesura més de 1,90 metres) es distribuís amb joves químics. Així va succeir fa dos anys en una conferència molt prop d'Euskal Herria (en l'Arcachon francesa). En ell, entre altres coses, en els debats amb doctors i professors joves de la Universitat del País Basc, va presentar el seu últim projecte de recerca: la preparació i estudi de molècules orgàniques amb dues càrregues positives.

Bertram Brockhouse, físic canadenc de 76 anys i Clifford Schull, físic estatunidenc de 79 anys, han estat els guanyadors del Premi Nobel de Física d'enguany.

Les obres pioneres dutes a terme en les dècades dels 40 i 50 van suposar una llavor, entre altres, l'Institut Laue-Langevin, l'ILL (França) i els gegantescos centres de recerca ISIS (Gran Bretanya) construïts per a ser utilitzats per científics europeus. En ella es creen neutrons per a investigar l'estructura atòmica de materials molt diversos i la seva dinàmica mitjançant tècniques de dispersió de neutrons.

Bertram Brockhouse.

La principal aportació de Schull ha estat el desenvolupament de tècniques de dispersió elàstica de neutrons per a conèixer l'estructura atòmica. La seva tècnica ha tingut una gran influència en el magnetisme i en la unió de l'hidrogen en materials orgànics i inorgànics.

El seu company Shull i Ernest Wollan (a dalt bego) van construir en 1948 el difragtador de neutrons (fraccions subatòmiques sense càrrega elèctrica però amb spin) per a mostres cristal·lines en el laboratori Oak Ridge (els EUA). En ella se seleccionen neutrons d'un estret rang d'energia a partir de la gamma de neutrons d'ampli rang d'energia generada pel reactor de fissió, difractant neutrons en un cristall (monocromatizador) (variant la direcció de moviment en travessar el cristall segons la velocitat). El feix de neutrons de la mateixa energia seleccionada es dirigeix a la mostra objecte d'estudi per a suportar una nova difracció. Quantificant el nombre de neutrons que aconsegueix el detector per angle de dispersió i unitat de temps, els neutrons dispersos en aquesta segona difracció, es poden conèixer les posicions dels nuclis atòmics de la mostra objecte d'estudi.

Aquest fecund any Shull i els seus companys van ser capaços de comprovar la capacitat de separar els diferents isòtops d'un element químic de neutrons i “veure” l'element més lleuger (hidrogen) fins llavors “invisible”. Abans la principal tècnica experimental per a l'estudi de l'estructura de la matèria era la dispersió dels raigs X, però a l'ésser la probabilitat de dispersió dels raigs X proporcional al nombre atòmic de l'element, és impossible “veure” elements lleugers i distingir elements de nombre atòmic apariat. Com aquests dos principals obstacles poden superar la dispersió dels neutrons, es va obrir una àmplia porta (oberta) per a estudiar l'estructura de la matèria. Atès que l'hidrogen és un element bàsic dels compostos orgànics, es va obrir una via important per a estudiar la química orgànica i les macromolècules biològiques.

A l'any següent Shull i J. Van demostrar experimentalment l'antifromagnetismo de l'Òxid de Smart Manganès (MnO). Aquest va ser l'experiment pioner per a comprovar la dispersió magnètica dels neutrons. Per tant, va quedar demostrat que el neutró pot combinar-se amb la matèria de dues formes: 1) mitjançant una intensa interacció nuclear amb el nucli i 2) amb els electrons no apariats per spin, és a dir, amb els moments magnètics atòmics.

En 1956 va ser contractat pel Massachussets Institute of Technology (MIT) i va romandre fins a la seva jubilació. Els treballs de recerca de Shull van seguir el mateix camí i fins a 1970 va publicar diversos treballs pioners. Cal destacar l'espectròmetre de neutrons polaritzats, construït per primera vegada en 1959, capaç de distingir i utilitzar l'spin “a l'alça” o “a la baixa” del neutró.

Clifford Schull.

Brockhouse ha estat guardonat per la seva contribució al desenvolupament de tècniques de dispersió no elàstica de neutrons. Aquesta tècnica va permetre investigar en les dinàmiques materials dels àtoms. La seva tècnica ha tingut una gran influència en el desenvolupament de teories de transició entre l'estructura dels líquids i els estats sòlid/fluid.

Brockhouse va desenvolupar tot el treball experimental en el laboratori Chalk River. No obstant això, a partir de 1962 va ser contractat per la Universitat de MacMaster. En 1955, Brockhaus va construir un mesurador similar a Wollan i Shull, però amb l'objectiu d'estudiar les energies dels neutrons difractats en la mostra, va afegir a l'espectròmetre altre cristall (analitzador) (formant un esperctrómetro de tres eixos). Així, a més de l'estructura estàtica de la matèria, es pot estudiar la dinàmica dels àtoms i moments magnètics.

El difractador dissenyat per Shull “veu” els nuclis parats o els moments magnètics en un ordre perfecte. Però la temperatura fa que els àtoms i els moments magnètics vibrin al voltant de les posicions d'equilibri (dinàmica microscòpica). La dinàmica microscòpica amb raigs X és pràcticament inassolible, però l'energia dels neutrons tèrmics és d'ordre atòmic, per la qual cosa es pot mesurar fàcilment amb un espectròmetre de tres eixos.

Brockhouse i els seus companys van ser molt productius en el disseny d'espectròmetres de dispersió no elàstica, entre els quals destaquen el de cristall giratori i l'espectròmetre de temps de vol (es mesura la velocitat dels neutrons (energia), mesurant el temps que triguen a viatjar un tram conegut). Entre les mesures dutes a terme destaquen l'obtenció del primer espectre de magnes (ones de moments magnètics) i el de dispersió en aigua líquida.

El camp de recerca, liderat per Brockhouse i Shull, ha traspassat els límits de la física nuclear i de l'estat sòlid i s'ha estès a altres camps de les ciències.

A Euskal Herria també existeixen dos o tres grups de recerca que utilitzen els gegantescos laboratoris de neutrons ILL i ISIS d'Europa, i en 1990 es va celebrar en la seu de la UPV/EHU de Deusto un congrés sobre dispersió de neutrons.

Alfred Gilman.

El Premi Nobel de Medicina i Fisiologia ha recaigut en dos investigadors estatunidencs: Alfred Gilman i Martin Rodbell pel seu treball sobre mecanismes d'actuació hormonal.

Perquè un organisme funcioni és necessari que els seus components actuïn de manera coordinada i per a això han de conèixer-se mútuament. En concret, les cèl·lules han d'estar contínuament informades de l'estat d'aquest organisme per a actuar d'una manera o una altra en funció d'aquesta situació.

Les hormones són els missatgers químics encarregats de la integració i coordinació bioquímica dels éssers vius. Les cèl·lules donen resposta a la presència de missatgers químics com les hormones, modificant alguna de les seves activitats adaptant-les a la situació que aquest missatge li indica.

Algunes hormones s'incorporen a les seves cèl·lules diana. Unes altres romanen en l'exterior de la cèl·lula. En aquest últim cas, si el senyal que ha quedat fora influirà en l'activitat bioquímica d'aquesta cèl·lula, és clar que cal crear un segon missatger dins de la cèl·lula.

En el llenguatge tècnic, la transformació del senyal extracelul·lar que porta l'hormona en intracel·lular es denomina transducción de senyal. Un tipus de proteïnes que participa en el procés de transducción ha estat l'objecte d'estudi d'aquest premi Nobel d'enguany. Aquestes proteïnes es denominen proteïnes G, per la seva capacitat d'unió de nucleòtids de guanina. Aquests investigadors van descobrir aquestes proteïnes G i van demostrar la seva participació en la transducción de senyal.

Martín Rodbell.

Des de llavors s'ha aïllat gran quantitat de proteïnes G diferents. La majoria d'elles, més de 1.000, estan relacionades amb l'olfacte i el gust. Uns altres estan relacionats amb la neurotransmissió, la regulació dels nivells de glucosa i la pressió sanguínia o la funció renal. Per tant, una bona activitat de proteïnes G i proteïnes com aquestes són de gran importància per als éssers vius i algunes malalties són causades pel mal funcionament d'aquestes proteïnes. Per exemple, les toxines de la còlera i la cúpula afegeixen a les proteïnes G i modifiquen la seva activitat desenvolupant la malaltia.

També s'han relacionat amb el càncer a través d'altres descobriments, ja que algunes proteïnes G poden convertir cèl·lules normals en cèl·lules cancerígenes. A la llum d'aquestes dades es pot concloure que les proteïnes G també tenen a veure amb el control de la reproducció cel·lular. Aquest camí pot generar molts estudis per als oncòlegs en els pròxims anys.

Els premiats, Gilman i Rodbell, són estatunidencs. Alfred Gilman, de 53 anys, treballa en el departament de farmacologia de la Universitat de Texas. Per part seva, Martin Rodbell, de 69 anys, lidera l'Institut Nacional de Ciències de la Salut Ambiental de Carolina del Nord.