Premios Nobel 1994

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

• Sariak

George A. Olah, químico estadounidense de 67 anos, gañou o Premio Nobel de Química deste ano.

En 1965 Olah demostrou por primeira vez que os átomos que non eran metais, e especialmente os átomos de carbono, podían ter una carga eléctrica positiva, formando estruturas chamadas carbocationes. Nese ano o seu equipo de investigadores illaron e caracterizaron o primeiro carbocatión estable.

O átomo de carbono, cando se atopa en moléculas orgánicas, atópase asociado a outro catro átomos (coma se tivese catro brazos) formando estruturas sen carga eléctrica. Por exemplo, o gas natural que proximamente utilizaremos paira quentar as nosas casas contén una molécula de CH ₄ chamada metano. Si conséguese eliminar a esta molécula un átomo de hidróxeno, fórmase un “molécula brazada” de carga eléctrica positiva CH ₃ +, que só ten tres enlaces (tres brazos). Pero este proceso non é nada sinxelo, e foi posible grazas aos novos “superrazidos” descubertos por Olah. Estes superrazidos son millóns de veces máis fortes que o ácido sulfúrico ou similares que se utilizan industrialmente.

Os carbocationes son moi reactivos, elimínanse inmediatamente. No entanto, tal e como descubriu Olah, en condicións adecuadas, pódense utilizar paira proporcionar outras moléculas orgánicas de interese. Grazas a estas investigacións básicas desenvolvéronse importantes reaccións industriais de “reforming” e “cracking” paira extraer de petróleo gasolinas sintéticas de boa calidade. Si da destilación con hervor do petróleo tivésese que extraer directamente a gasolina natural, por unha banda obteríase moi pouca (só do 10 ao 15 por cento), e por outro, ao ser os hidrocarburos obtidos moléculas de cadea longa, os niveis de octano serían moi baixos, de mala combustión e contaminantes.

Con todo, si a destilación do petróleo realízase a través de una serie de superrazidos inventados por Olah, debido aos carbocationes, as moléculas de hidrocarburos interrómpense e ramifican formando gasolinas de moi alto nivel de octano. Desta forma, por unha banda, o petróleo aprovéitase moito mellor con máis gasolina e, por outro, ao ser mellor que a combustión natural destas gasolinas sintéticas, contamínase menos. Hoxe en día, as gasolinas de case todo o mundo obtéñense así.

Na década do oitenta, o equipo de investigadores de Olah comezou a buscar cationes doutros átomos distintos ao carbono ou “moléculas onduladas cargadas”. En particular, os iones “silizenio” do átomo de silicio. Estes estudos tiveron una gran influencia nos químicos orgánicos implicados na preparación de moléculas complexas a nivel mundial.

Olah, naceu en 1927 en Budapest (Hungría), onde, a pesar de ser profesor de Física, trasladouse a Estados Unidos en 1957. Ademais da súa residencia e nacionalidade, a súa actividade científica viuse totalmente alterada: Química Orgánica fronte á Física. Tras lanzar os seus primeiros descubrimentos básicos, en 1977 converteuse en profesor do prestixioso HSI (Hydrocarbon Search Institute) de California Sur e desde entón traballa neste centro de investigación.

Olah publicou centos de investigacións nas revistas científicas máis importantes do mundo, sempre escribindo profundas, elementais e elegantes traballos de química sobre moléculas cargadas positivamente. Todo iso non impediu que a súa gran sabedoría e humanidade (mide máis de 1,90 metros) distribuísese con mozos químicos. Así sucedeu hai dous anos nunha conferencia moi preto de Euskal Herria (na Arcachon francesa). Nel, entre outras cousas, nos debates con doutores e profesores novos da Universidade do País Vasco, presentou o seu último proxecto de investigación: a preparación e estudo de moléculas orgánicas con dúas cargas positivas.

Bertram Brockhouse, físico canadense de 76 anos e Clifford Schull, físico estadounidense de 79 anos, foron os gañadores do Premio Nobel de Física deste ano.

As obras pioneiras levadas a cabo nas décadas dos 40 e 50 supuxeron una semente, entre outras, o Institut Laue-Langevin, o ILL (Francia) e os xigantescos centros de investigación ISIS (Gran Bretaña) construídos paira ser utilizados por científicos europeos. Nela créanse neutróns paira investigar a estrutura atómica de materiais moi diversos e a súa dinámica mediante técnicas de dispersión de neutróns.

A principal achega de Schull foi o desenvolvemento de técnicas de dispersión elástica de neutróns paira coñecer a estrutura atómica. A súa técnica tivo una gran influencia no magnetismo e na unión do hidróxeno en materiais orgánicos e inorgánicos.

O seu compañeiro Shull e Ernest Wollan (arriba bego) construíron en 1948 o difragtador de neutróns (fraccións subatómicas sen carga eléctrica pero con spin) paira mostras cristalinas no laboratorio Oak Ridge (EEUU). Nela selecciónanse neutróns dun estreito rango de enerxía a partir da gama de neutróns de amplo rango de enerxía xerada polo reactor de fisión, difractando neutróns nun cristal (monocromatizador) (variando a dirección de movemento ao atravesar o cristal segundo a velocidade). O feixe de neutróns da mesma enerxía seleccionada diríxese á mostra obxecto de estudo paira soportar una nova difracción. Cuantificando o número de neutróns que alcanza o detector por ángulo de dispersión e unidade de tempo, os neutróns dispersos nesta segunda difracción, pódense coñecer as posicións dos núcleos atómicos da mostra obxecto de estudo.

Ese fecundo ano Shull e os seus compañeiros foron capaces de comprobar a capacidade de separar os diferentes isótopos dun elemento químico de neutróns e “ver” o elemento máis lixeiro (hidróxeno) até entón “invisible”. Antes a principal técnica experimental paira o estudo da estrutura da materia era a dispersión dos raios X, pero ao ser a probabilidade de dispersión dos raios X proporcional ao número atómico do elemento, é imposible “ver” elementos lixeiros e distinguir elementos de número atómico pareado. Como estes dous principais obstáculos poden superar a dispersión dos neutróns, abriuse una ampla porta (aberta) paira estudar a estrutura da materia. Dado que o hidróxeno é un elemento básico dos compostos orgánicos, abriuse una vía importante paira estudar a química orgánica e as macromoléculas biolóxicas.

Ao ano seguinte Shull e J. Demostraron experimentalmente o antifromagnetismo do Óxido de Smart Manganeso (MnO). Leste foi o experimento pioneiro paira comprobar a dispersión magnética dos neutróns. Por tanto, quedou demostrado que o neutrón pode combinarse coa materia de dúas formas: 1) mediante unha intensa interacción nuclear co núcleo e 2) cos electróns non apareados por spin, é dicir, cos momentos magnéticos atómicos.

En 1956 foi contratado polo Massachussets Institute of Technology (MIT) e permaneceu até a súa xubilación. Os traballos de investigación de Shull seguiron o mesmo camiño e até 1970 publicou varios traballos pioneiros. Cabe destacar o espectrómetro de neutróns polarizados, construído por primeira vez en 1959, capaz de distinguir e utilizar o spin “á alza” ou “á baixa” do neutrón.

Brockhouse foi galardoado pola súa contribución ao desenvolvemento de técnicas de dispersión non elástica de neutróns. Esta técnica permitiu investigar nas dinámicas materiais dos átomos. A súa técnica tivo una gran influencia no desenvolvemento de teorías de transición entre a estrutura dos líquidos e os estados sólido/fluído.

Brockhouse desenvolveu todo o traballo experimental no laboratorio Chalk River. Con todo, a partir de 1962 foi contratado pola Universidade de MacMaster. En 1955, Brockhaus construíu un medidor similar a Wollan e Shull, pero co obxectivo de estudar as enerxías dos neutróns difractados na mostra, engadiu ao espectrómetro outro cristal (analizador) (formando un esperctrómetro de tres eixos). Así, ademais da estrutura estática da materia, pódese estudar a dinámica dos átomos e momentos magnéticos.

O difractador deseñado por Shull “ve” os núcleos parados ou os momentos magnéticos nunha orde perfecta. Pero a temperatura fai que os átomos e os momentos magnéticos vibren ao redor das posicións de equilibrio (dinámica microscópica). A dinámica microscópica con raios X é practicamente inalcanzable, pero a enerxía dos neutróns térmicos é de orde atómica, polo que se pode medir facilmente cun espectrómetro de tres eixos.

Brockhouse e os seus compañeiros foron moi produtivos no deseño de espectrómetros de dispersión non elástica, entre os que destacan o de cristal giratorio e o espectrómetro de tempo de voo (mídese a velocidade dos neutróns (enerxía), medindo o tempo que tardan en viaxar un tramo coñecido). Entre as medidas levadas a cabo destacan a obtención do primeiro espectro de magnos (ondas de momentos magnéticos) e o de dispersión en auga líquida.

O campo de investigación, liderado por Brockhouse e Shull, traspasou os límites da física nuclear e do estado sólido e estendeuse a outros campos das ciencias.

En Euskal Herria tamén existen dous ou tres grupos de investigación que utilizan os xigantescos laboratorios de neutróns ILL e ISIS de Europa, e en 1990 celebrouse na sede da UPV/EHU de Deusto un congreso sobre dispersión de neutróns.

O Premio Nobel de Medicamento e Fisiología recaeu en dous investigadores estadounidenses: Alfred Gilman e Martin Rodbell polo seu traballo sobre mecanismos de actuación hormonal.

Para que un organismo funcione é necesario que os seus compoñentes actúen de forma coordinada e paira iso deben coñecerse mutuamente. En concreto, as células deben estar continuamente informadas o estado deste organismo paira actuar dunha maneira ou outra en función desta situación.

As hormonas son os mensaxeiros químicos encargados da integración e coordinación bioquímica dos seres vivos. As células dan resposta á presenza de mensaxeiros químicos como as hormonas, modificando algunha das súas actividades adaptándoas á situación que esta mensaxe lle indica.

Algunhas hormonas incorpóranse ás súas células diana. Outras permanecen no exterior da célula. Neste último caso, se o sinal que quedou fóra vai influír na actividade bioquímica desta célula, está claro que hai que crear un segundo mensaxeiro dentro da célula.

Na linguaxe técnica, a transformación do sinal extracelular que trae a hormona en intracelular denomínase transducción de sinal. Un tipo de proteínas que participa no proceso de transducción foi o obxecto de estudo deste premio Nobel deste ano. Estas proteínas denomínanse proteínas G, pola súa capacidade de unión de nucleótidos de guanina. Estes investigadores descubriron estas proteínas G e demostraron a súa participación na transducción de sinal.

Desde entón illouse gran cantidade de proteínas G diferentes. A maioría delas, máis de 1.000, están relacionadas co olfacto e o gusto. Outros están relacionados coa neurotransmisión, a regulación dos niveis de glicosa e a presión sanguínea ou a función renal. Por tanto, una boa actividade de proteínas G e proteínas como estas son de gran importancia paira os seres vivos e algunhas enfermidades están causadas polo mal funcionamento destas proteínas. Por exemplo, as toxinas da cólera e a cúpula engaden ás proteínas G e modifican a súa actividade desenvolvendo a enfermidade.

Tamén se relacionaron co cancro a través doutros descubrimentos, xa que algunhas proteínas G poden converter células normais en células cancerígenas. Á luz destes datos pódese concluír que as proteínas G tamén teñen que ver co control da reprodución celular. Este camiño pode xerar moitos estudos paira os oncólogos nos próximos anos.

Os premiados, Gilman e Rodbell, son estadounidenses. Alfred Gilman, de 53 anos, traballa no departamento de farmacoloxía da Universidade de Texas. Pola súa banda, Martin Rodbell, de 69 anos, lidera o Instituto Nacional de Ciencias da Saúde Ambiental de Carolina do Norte.