1.10: Contornos biográficos

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En el contexto de este capítulo, también se le invitará a visitar estas secciones...

Como se mencionó en la introducción, la Cristalografía es una de las disciplinas científicas que más claramente ha influido en el desarrollo de la Química, Biología, Bioquímica y Biomedicina. Si bien en otras páginas hicimos alguna referencia a los científicos directamente involucrados en las primeras etapas, este capítulo tiene como objetivo presentar breves esquemas biográficos.

Como complemento de las notas biográficas presentadas en este capítulo, el lector también puede consultar las primeras notas históricas sobre cristales y Cristalografía ofrecidas en otra sección.

Los contornos biográficos objeto del presente capítulo (mostrados a continuación) se han distribuido en grupos, en orden cronológico, utilizando la terminología de algunas secciones musicales y tempos, tratando de describir su relevancia, al menos desde una perspectiva histórica.

Preludio (1901)

Obertura (1914)

Allegro ma non tropo (1915)

Allegro molto (1934-1935)

Andante (1940-1960)

Final (1970-1980...)

1901 “Preludio”, de Wilhelm Conrad Röntgen

Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Nada de esto hubiera sido posible sin la contribución de Wilhelm Conrad Röntge n, quien ganó el primer Premio Nobel de Física (1901) por su descubrimiento de las radiografías.

Aunque muchas otras referencias personales biográficas a Röntgen se pueden encontrar en internet, recomendamos visitar el sitio preparado por Jose L. Fresquet (en español). En los siguientes párrafos resumimos los detalles más relevantes y agregamos algunos otros.

Wilhelm Conrad Röntgen nació el 27 de marzo de 1845, en Lennep, en la provincia alemana del Bajo Rin, como hijo único de un fabricante y comerciante de telas. Su madre era Charlotte Constanze Frowein de Ámsterdam, miembro de una antigua familia Lennep que se había establecido en Ámsterdam. Cuando tenía 3 años su familia se mudó a Holanda. De 16 a 20 años cursó estudios en la Escuela Técnica de Utrecht, para luego trasladarse a Zurich donde obtuvo el título académico correspondiente en ingeniería mecánica.

Después de algunos años en Zurich, como profesor asistente de física bajo August Kundt, en 1872 (27 años), se trasladó a la Universidad de Würzburg. Sin embargo, como no pudo encontrar ningún trabajo (anteriormente no podía aprobar sus exámenes en latín y griego) se mudó a Estrasburgo donde finalmente consiguió un puesto de profesor en 1874. Cinco años después aceptó un puesto de profesor en la Universidad de Giessen y finalmente a los 45 años, obtuvo una cátedra de física en Würzburg, donde se convirtió en Rector.

Su trabajo sobre los rayos catódicos le llevó al descubrimiento de un nuevo y diferente tipo de rayos. En la tarde del 8 de noviembre de 1895, trabajando con un tubo de descarga cerrado y sellado (para excluir toda la luz), encontró que un plato de papel (cubierto por un lado con platinocianido de bario y colocado accidentalmente en el camino de los rayos) se volvió inesperadamente fluorescente, incluso cuando estaba a dos metros de el tubo de descarga.

Pasó un mes hasta que Röntgen entendió la importancia de esta nueva radiación e inmediatamente envió una comunicación científica a la Sociedad de Física y Medicina de Würzburg... Específicamente, las primeras frases de su declaración oficial (escrita en un bonito idioma alemán) decían:

Lässt man durch eine Hittorf'sche Vacuumröhre, oder einen genügend evacuirten Lenard'schen, Crookes'schen oder ähnlichen Apparat die Entladungen eines grösseren Ruhmkorff's gehen und bedeckt die Röhre mit einem ziemlich eng anliegenden el aus dünnem, schwarzem Carton, so sieht man in dem vollständig verdunkelten Zimmer einen in die Nähe des Apparates gebrachten, mit Bariumplatincyanür angestrichenen Papierschirm bei jeder Entladung hell aufleuchten, fluoresciren, gleichgültig ob die angestrichene oder die andere Seite des Schirmes dem Entladungsapparat zugewendet ist. Muere Fluorescenz ist noch en 2 m Entfernung vom Apparat bemerkbar. Man überzeugt sich leicht, dass die Ursache der Fluorescenz vom Entladungsapparat und von keiner anderen Stelle der Leitung ausgeht.

Después de producir una descarga eléctrica con una bobina de Ruhmkorff a través de un tubo de vacío de Hittorf, o un Lenard suficientemente evacuado, Crookes o aparatos similares, cubiertos con una chaqueta bastante ajustada hecha de cartón delgado y negro, se ve que una lámina de cartón recubierta con una capa de platino y cianuro de bario, ubicada en las inmediaciones del aparato, se ilumina brillantemente en la habitación completamente oscurecida independientemente de si el lado recubierto apunta o no al tubo. Esta fluorescencia se produce hasta 2 metros de distancia del aparato. Se puede convencer fácilmente de que la causa de la fluorescencia procede del aparato de descarga y no de ninguna otra fuente de la línea.

¡Increíble luz! WC Röntgen. ¡Su alto vuelo se detiene! El Premio Nobel en la prensa Aviso de muerte

El descubrimiento de Röntgen rápidamente produjo una conmoción social... “¡Increíble luz!”. No obstante, casi a la misma velocidad, su celebridad pública bajó al mínimo... “su alto vuelo se detuvo...”. Fue durante los primeros meses de 1896, tras enviar al British Medical Journal una fotografía de rayos X de un brazo roto, cuando Röntgen comenzó a recuperar la confianza del público, demostrando la capacidad diagnóstica de su descubrimiento. No obstante, tardaron todavía muchos años hasta que su “increíble luz” fuera reconocida como de interés médico. Fue galardonado con el primer Premio Nobel de Física en 1901. Wilhelm Conrad Röntgen falleció en Múnich el 10 de febrero de 1923 por carcinoma de intestino. No se cree que su carcinoma fuera resultado de su trabajo con radiación ionizante por el breve tiempo que pasó en esas investigaciones y porque fue uno de los pocos pioneros en el campo que utilizó habitualmente escudos protectores de plomo.

Si puedes leer español, también hay un extenso capítulo dedicado tanto a los detalles históricos alrededor de Röntgen como a su descubrimiento.

1914 “Obertura”, de Max von Laue, con acompañamiento de Paul P. Ewald

Max von Laue (1879-1960). Si el descubrimiento de Röntgen fue importante para el desarrollo de la Cristalografía, el segundo paso cualitativo se debió a otro alemán, Max von Laue, Premio Nobel de Física en 1914, quien tratando de demostrar la naturaleza ondulatoria de los rayos X, descubrió el fenómeno de la difracción de rayos X por cristales. También se puede encontrar una descripción biográfica completa a través de este enlace.

Max von Laue nació el 9 de octubre de 1879 en Pfaffendorf, en un pequeño pueblo cerca de Coblenza. Era hijo de Julius von Laue, funcionario de la administración militar alemana, quien fue criado a la nobleza hereditaria en 1913 y que a menudo fue enviado a diversos pueblos, de manera que von Laue pasó su juventud en Brandeburgo, Altona, Posen, Berlín y Strassburg, yendo a la escuela en las tres ciudades de último nombre. En la escuela protestante de Strassburg quedó bajo la influencia del profesor Goering, quien le introdujo en las ciencias exactas, donde estudió Matemáticas, Física y Química. No obstante, pronto se trasladó a la Universidad de Gotinga y en 1902 a la Universidad de Berlín, donde comenzó a trabajar con Max Planck. Un año después, tras obtener su doctorado, regresó a Gottingen, y en 1905 regresó a Berlín como asistente de Max Planck, quien también ganó el Premio Nobel de Física en 1918, es decir, cuatro años después de von Laue. Entre 1909 y 1919 pasó por las Universidades de Múnich, Zúrich, Frankfurt y Wurzburgo, y finalmente regresó a Berlín donde obtuvo un puesto de profesor.

Paul Peter Ewald (1888-1985). Fue durante este último periodo, es decir, en 1912, cuando conoció a Paul Peter Ewald en Múnich. Ewald estaba entonces terminando su tesis doctoral bajo Arnold Sommerfeld (1868-1951), y consiguió que Laue se interesara por sus experimentos sobre la interferencia entre radiaciones con grandes longitudes de onda (luz prácticamente visible) en un modelo “cristalino” basado en resonadores. Obsérvese que en ese momento también se estaba discutiendo la cuestión sobre la dualidad onda-partícula.

Entonces se le ocurrió a Laue la idea de que los rayos electromagnéticos mucho más cortos, que se suponía que serían los rayos X, provocarían algún tipo de fenómenos de difracción o interferencia en un medio y que un cristal pudiera proporcionar este medio. Una excelente descripción histórica de estos hechos y los experimentos correspondientes, realizados por Walter Friedrich y Paul Knipping bajo la dirección de Max von Laue, se puede encontrar en un artículo de Michael Eckert. El artículo original de ese experimento, firmado por Friedrich, W., Knipping, P. y Laue, M., fue publicado con la referencia: Sitzungsberichte der Kgl. Bayer. Akad. der Wiss. (1912) 303—322, aunque posteriormente fue recolectada por Annalen der Physik (1913) 346, 971-988.

Es sorprendente lo rápido que Ewald desarrolló la interpretación de los experimentos de Max von Laue, como puede verse en su artículo original, publicado en 1913 (en alemán), disponible a través de este enlace. Reconociendo el papel desempeñado por Ewald para el desarrollo de la Cristalografía, la Unión Internacional de Cristalografía otorga el Premio y Medalla que llevan el nombre de Paul Peter Ewald.

Y así fue que usando un cristal de sulfato de cobre y algunos otros de blenda de zinc, frente a un haz de rayos X, cómo Laue obtuvo la confirmación sobre la naturaleza ondulatoria de los rayos descubiertos por Röntgen (ver imágenes abajo). Por este descubrimiento, y su interpretación, Max von Laue recibió el Premio Nobel de Física en 1914. Pero al mismo tiempo, su experimento creó muchas preguntas sobre la naturaleza de los cristales...

$Imprimación de difracción que obtuvo Laue con un cristal de Sfáltico de Cobre$

$Uno de los primeros esquemas de difracción que obtuvo Laue usando un cristal de Blenda$

Izquierda: Primer patrón de difracción de rayos X obtenido por Laue y sus colaboradores usando un cristal de sulfato de cobre

Derecha: Uno de los primeros patrones de difracción de rayos X obtenidos por Laue y sus colaboradores utilizando algunos cristales del mineral Blende

Laue siempre se opuso al nacionalsocialismo, y después de la Segunda Guerra Mundial fue llevado a Inglaterra por poco tiempo junto a varios otros científicos alemanes que contribuyeron a la Unión Internacional de Cristalografía. Regresó a Alemania en 1946 como director del Instituto Max Planck y profesor de la Universidad de Gotinga. Se retiró en 1958 como director del Instituto de Química Física Fritz Haber en Berlín, cargo al que había sido electo en 1951. El 8 de abril de 1960, mientras conducía a su laboratorio, el automóvil de Laue fue atropellado por un motociclista en Berlín, El ciclista, que había recibido su licencia sólo dos días antes, fue asesinado y el auto de Laue volteó. Max von Laue (80 años de edad) murió a causa de sus heridas dieciséis días después, el 24 de abril.

1915 “Allegro, ma non troppo”, de Bragg (padre e hijo)

Izquierda: William Henry Bragg (1862-1942)

Derecha: Guillermo Lawrence Bragg (1890-1971)

Esta vez no sucedió como con Röntgen. El descubrimiento de Max von Laue se dio a conocer de inmediato, al menos por el británico William Henry Bragg (1862-1942) y su hijo William Lawrence Bragg (1890-1971), quien en 1915 compartió el Premio Nobel de Física por demostrar la utilidad del fenómeno descubierto por von Laue (difracción de rayos X) en el estudio de la estructura interna de los cristales. Mostraron que la difracción de rayos X puede describirse como reflexión especular por un conjunto de planos paralelos a través de todos los elementos de celosía de tal manera que se obtiene un haz difractado si:

2.d.sin θ = n. λ

donde d es la distancia entre los planos, θ es el ángulo de incidencia, n es un entero y λ es la longitud de onda. A través de este sencillo enfoque se hizo posible la determinación de las estructuras cristalinas.

William Henry Bragg estudió Matemáticas en el Trinity College de Cambridge y posteriormente Física en el Laboratorio Cavendish. A finales de 1885, fue nombrado profesor en la Universidad de Adelaida (Australia), donde nació su hijo (William Lawrence Bragg). W. Henry Bragg se convirtió sucesivamente en Cavendish Professor of Physics en Leeds (1909-1915), Quain Professor of Physics en el University College London (1915-1925) y en Fullerian Professor of Chemistry en la Royal Institution.

Su hijo, William Lawrence, estudió Matemáticas en la Universidad de Adelaida. En 1909, la familia regresó a Inglaterra y W. Lawrence Bragg ingresó como becario en el Trinity College de Cambridge. En el otoño de 1912, durante el mismo año en que Max von Laue hizo público su experimento, el joven W. Lawrence Bragg comenzó a examinar el fenómeno que se produce al poner un cristal frente a los rayos X, presentando sus primeros resultados (La difracción de corto ondas electromagnéticas por un cristal) en la sede de la Cambridge Philosophical Society durante su reunión del 11 de noviembre de 1912.

En 1914, W. Lawrence Bragg fue nombrado Profesor de Ciencias Naturales en el Trinity College, y ese mismo año fue galardonado con la Medalla Barnard. Los dos años (1912-1914) que trabajó con su padre en los experimentos de refracción y difracción por cristales llevaron a una conferencia de W.H. Bragg (Bakerian Lecture: X-Rays and Crystal Structure) y al famoso artículo X-rays and Crystal Structure, publicado también en 1915. Ese mismo año, él (¡25 años!) y su padre, compartieron el Premio Nobel de Física. Padre e hijo pudieron explicar el fenómeno de la difracción de rayos X en cristales a través de planos cristalográficos que actúan como espejos especiales para los rayos X (Ley de Bragg), y mostraron que los cristales de sustancias como el cloruro de sodio (NaCl o sal común) no contienen moléculas de NaCl, sino simplemente iones de Na ⁺ y Cl ^-, ambos ordenados regularmente. Estas ideas revolucionaron la Química Teórica y provocaron el nacimiento de una nueva ciencia: la Cristalografía de Rayos X.

Desafortunadamente, después de la Primera Guerra Mundial, surgieron algunas dificultades entre William Lawrence y su padre cuando el público en general no acreditó directamente a W. Lawrence sus contribuciones a sus descubrimientos. Lawrence Bragg deseaba desesperadamente hacerse un nombre propio en la investigación, pero sintió el triunfo de sus descubrimientos pasando a su padre, como el hombre mayor. W. Henry Bragg hizo todo lo posible para remediar la situación, siempre señalando qué aspectos de su trabajo eran las ideas de su hijo; sin embargo, gran parte de su trabajo fue en forma de documentos conjuntos, lo que dificultó la situación. Tristemente, nunca discutieron el problema, y el problema persistió por muchos años. La estrecha colaboración entre padre e hijo terminó, pero era natural que su trabajo continuara superponiéndose. Decidieron dividir el trabajo disponible, y acordaron enfocarse en áreas separadas de cristalografía de rayos X. W. Lawrence se enfocó en compuestos inorgánicos, metales y silicatos, mientras que William H. Bragg se enfocó en compuestos orgánicos.

En 1919, William Lawrence fue nombrado profesor Langworthy de Física en la Universidad Victoria, Manchester, donde se casó y permaneció hasta 1937. Allí, en 1929, publicó un excelente artículo sobre el uso de la serie de Fourier para determinar estructuras cristalinas, La determinación de parámetros en estructuras cristalinas por medio de la serie de Fourier.

En 1941 padre e hijo fueron nombrado caballero (Señor) y un año después (1942) William Henry murió. En años posteriores, William Lawrence se interesó por la estructura de silicatos, metales, y especialmente en la química de las proteínas. Fue nombrado Director del Laboratorio Nacional de Física en Teddington y profesor de Física Experimental en el Laboratorio Cavendish (Cambridge). En 1954, fue nombrado Director de la Royal Institution de Londres, estableciendo su propio grupo de investigación dirigido a estudiar la estructura de las proteínas mediante rayos X. William Lawrence Bragg murió en 1971, a los 81 años. El IUCR publicó un obituario al que puedes llegar a través de este enlace.

El año 2012 representa el centenario de los primeros experimentos de rayos X monocristalinos, realizados en la Ludwig Maximilian Universität, Munich (Alemania), por Paul Knipping y Walter Friedrich bajo la supervisión de Max von Laue, y especialmente los experimentos realizados por los Braggs. El lector interesado podrá disfrutar leyendo los capítulos publicados como recordatorio por la Unión Internacional de Cristalografía, para encontrarlos a través de los enlaces que se muestran a continuación.

34-1935 “Allegro molto”, de Arthur Lindo Patterson, y David Harker como solista

Arthur Lindo Patterson (1902-1966). Es inexplicable cómo el nombre de Arthur LinDO Patterson se va desvaneciendo lentamente y entrando en la historia casi como un extraño, al menos desde la última década del siglo XX. Probablemente su nombre permanece asociado sólo con alguna subrutina de cálculo cristalográfico. Sin embargo, como se mencionó en otro capítulo, la contribución de Patterson a la Cristalografía puede verse como el desarrollo más importante tras el descubrimiento de los rayos X por Röntgen en 1895.

Arthur Lindo Patherson nació en los primeros años del siglo XX en Nueva Zelanda, pero su familia pronto emigró a Canadá, donde pasó su juventud. Por alguna razón desconocida, fue a la escuela en Inglaterra antes de regresar a Montreal (Canadá) para estudiar Física en la Universidad McGuill, donde obtuvo su maestría con una tesis sobre la producción de rayos X duros (con longitudes de onda pequeñas) utilizando la interacción de la radiación Radio β con sólidos. Realizó sus primeros experimentos de difracción de rayos X durante un periodo de dos años en el laboratorio de W.H. Bragg en la Royal Institution de Londres. En ese momento era consciente de que, aunque en pequeñas estructuras cristalinas la ubicación de los átomos en la celda unitaria era un problema relativamente simple, la situación era prácticamente inviable en el caso de compuestos moleculares, o en general con compuestos más complejos.

Después de una estancia en el laboratorio de W.H. Bragg, Lindo Patterson pasó un año muy productivo en el Instituto Kaiser-Wilhelm de Berlín, con una beca del Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá para trabajar bajo la dirección de Hermann Mark . Con su trabajo, contribuyó decisivamente a la determinación del tamaño de partícula mediante difracción de rayos X, y comenzó a interesarse por la teoría de la transformada de Fourier, idea que algunos años después se convertiría en su obsesión en conexión con la resolución de estructuras cristalinas.

En 1927, regresó a Canadá y un año después completó su doctorado en la Universidad McGuill. Después de dos años con R.W.G. Wyckoff en el Rockefeller Institute de Nueva York, aceptó un puesto en la Johnson Foundation for Medical Physics en Filadelfia, lo que le dio la oportunidad de aprender difracción de rayos X aplicada a materiales biológicos. En 1931 publicó dos artículos sobre series de Fourier como herramienta para interpretar datos de difracción de rayos X: Métodos en Análisis de Cristales: I. Serie de Fourier y la Interpretación de Datos de Rayos X y Métodos en Análisis de Cristales: II. El principio de mejora y la serie de Fourier de ciertos tipos de función.

En 1933, se trasladó al MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) donde, a través de su amistad con el matemático Norbert Wiener, comenzó a aprender la teoría de Fourier, y especialmente las propiedades de la transformada y convolución de Fourier. Así fue como, en 1934, se formuló su ecuación (la Función Patterson) en un artículo titulado Un método de la serie de Fourier para la determinación de los componentes de las distancias interatómicas en cristales, abriendo enormes expectativas para la resolución de estructuras cristalinas. No obstante, debido a la precariedad tecnológica de aquellos días al abordar la gran cantidad de sumas que implicaba su función, tardaron algunos años hasta que su descubrimiento se hizo efectivo para resolver indirectamente el problema de fase.

La muerte de Patterson, en noviembre de 1966, resultó de una hemorragia cerebral masiva.

Además de las dificultades técnicas existentes en ese momento para resolver ecuaciones matemáticas complejas, la función introducida por Arthur L. Patterson, presentó claramente dificultades significativas en el caso de estructuras complejas. Al menos así fue hasta que, en 1935, David Harker (1906-1991), un “aprendiz”, se dio cuenta de la existencia de circunstancias especiales que facilitaron significativamente la interpretación de la Función Patterson, y de las cuales Arthur L. Patterson no había sido consciente.

David Harker nació en California, y se graduó en 1928 como químico en Berkeley. En 1930, aceptó un trabajo como técnico en el laboratorio de Atmospheric Nitrogen Corp. en Nueva York, donde, a través de la lectura de artículos relacionados con las estructuras cristalinas, su interés por la cristalografía aumentó. Debido a la gran depresión económica de 1933, perdió el empleo y regresó a California. Utilizando algunos ahorros, pudo ingresar al Instituto Tecnológico de California. Allí, supervisado por Linus Pauling, comenzó a experimentar con la resolución de algunas estructuras cristalinas simples.

Durante una de las charlas semanales en el laboratorio de Pauling, se describió la función recientemente introducida por Arthur L. Patterson y Harker se dio cuenta de inmediato de las dificultades implícitas en los muchos cálculos para lograr el Mapa de Patterson, pero sobre todo la dificultad de interpretarlo en estructuras con muchos átomos. No obstante, unas noches después del discurso, se despertó de repente y dijo que ¡tiene que funcionar!. De hecho, a Harker le quedó claro que el mapa de Patterson contiene regiones donde se concentran los vectores interatómicos (entre átomos relacionados por elementos de simetría). Por lo tanto, para buscar vectores interatómicos, uno solo tiene que explorar ciertas áreas del mapa, y no toda la celda unitaria de Patterson, lo que simplifica la interpretación cualitativamente.

Desde 1936 hasta 1941, Harker tuvo un puesto de profesor para enseñar Química Física en la Universidad Johns Hopkins, donde aprendió Cristalografía y Mineralogía clásicas. Durante los años restantes de la década de 1940, obtuvo un puesto de investigación en la Compañía General Electric y a partir de ahí, junto con su colega, John S. Kasper, hizo otra contribución importante a la Cristalografía: las desigualdades Harker-Kasper, la primera contribución a la los llamados métodos directos para resolver el problema de fase.

Durante la década de 1950, Harker aceptó la oferta de unirse al Instituto Politécnico Irwin Langmuir Brooklyn para resolver la estructura de la ribonucleasa. Esta oportunidad le ayudó a establecer la metodología que, años después (1962), fue utilizada por Max Perutz y John Kendrew para resolver la estructura de la hemoglobina. En 1959, Harker trasladó su equipo y proyecto al Roswell Park Cancer Institute y completó la estructura de ribonucleasas en 1967. Se retiró oficialmente en 1976, pero permaneció algo activo en la Fundación Médica de Buffalo (hoy Instituto Hauptman-Woodward), hasta su muerte en 1991 por neumonía. Hay un bonito obituario de Harker escrito por William Duax.

1940-1960 “Andante”, partitura de John D. Bernal

John Desmond Bernal (1901-1971). Siguiendo los hallazgos y desarrollos de Arthur Lindo Patterson y David Harker, el interés se dirigió a la estructura de las moléculas, especialmente las relacionadas con la vida: las proteínas. Y en este movimiento un irlandés radicado en Inglaterra, John Desmond Bernal, jugó un papel crucial para el desarrollo posterior de la cristalografía.

John Desmond Bernal nació en Nenagh, Co. Tipperar, en 1901. Los Bernales eran originalmente judíos sefardíes que llegaron a Irlanda en 1840 desde España vía Ámsterdam y Londres. Se convirtieron al catolicismo y Juan fue educado en jesuitas. John apoyó con entusiasmo el Levantamiento de Pascua y, de niño, organizó una Sociedad para la Adoración Perpetua. Se alejó de la religión cuando era adulto, convirtiéndose en ateo. Bernal fue fuertemente influenciado por la Revolución Rusa de 1917 y se convirtió en un miembro muy activo del Partido Comunista de Gran Bretaña.

John se graduó en 1919 en Mineralogía y Matemáticas (aplicada a la simetría) en la Universidad de Cambridge. En 1923, obtuvo un puesto como asistente en el laboratorio de W.H. Bragg en la Royal Institution de Londres, y en 1927, regresó como profesor a Cambridge. Sus compañeros de Cambridge lo apodaron 'Sage' por su gran conocimiento. A partir de ahí, atrajo a muchos jóvenes investigadores de Birkbeck College y King's College al campo de la cristalografía macromolecular. En 1937, obtuvo un puesto de profesor en Londres en el Birkbeck College, de donde formó a muchos cristógrafos (Rosalind Franklin, Dorothy Hodgkin, Aaron Klug y Max Perutz, entre otros). Sin duda, John D. Bernal se ha ganado una posición destacada en la Ciencia del Siglo XX. Mostró que, en condiciones apropiadas, un cristal proteico puede mantener su cristalinidad bajo exposición a rayos X. Algunos de sus alumnos pudieron resolver estructuras complejas como la hemoglobina y otros materiales biológicos de importancia, de tal manera que el análisis cristalográfico comenzó a revolucionar la Biología. John Bernal, quien murió a los 70 años, también fue el motor de los estudios cristalográficos sobre virus, junto a su colaboradora, Isadore Fankuchen.

Los desarrollos de los Bragg's, basados en el descubrimiento previo de Laue y el trabajo de Patterson y Harker, elevaron las expectativas de la biología estructural. Debido a la Segunda Guerra Mundial, Inglaterra se convirtió en un atractivo centro, especialmente alrededor de John D. Bernal.

Max Ferdinand Perutz (1914-2002) nació en Viena, el 19 de mayo de 1914, en una familia de fabricantes textiles. Habían hecho su fortuna en el siglo XIX con la introducción del hilado mecánico y el tejido a la monarquía austriaca. Max fue enviado a la escuela en el Theresianum, una escuela primaria derivada de una academia de oficiales en la época de la emperatriz María Teresa. Sus padres le sugirieron que estudiara derecho en preparación para ingresar al negocio familiar. No obstante, un buen maestro despertó su interés por la química e ingresó a la Universidad de Viena donde, en sus propias palabras, “desperdició cinco semestres en un exigente curso de análisis inorgánico”. Su curiosidad se despertó, sin embargo, por la química orgánica, y sobre todo por un curso de bioquímica orgánica, impartido por F. von Wessely, en el que se mencionó la obra de Sir F.G. Hopkins en Cambridge. Fue aquí donde Perutz decidió que Cambridge era el lugar en el que quería trabajar en su tesis de doctorado.

Con la ayuda económica de su padre, en septiembre de 1936, Perutz se convirtió en estudiante de investigación en el Laboratorio Cavendish en Cambridge bajo la dirección de John D. Bernal. Su relación con Lawrence Bragg también fue crítica, y en 1937 realizó los primeros experimentos de difracción con cristales de hemoglobina que habían sido cristalizados en el Instituto Molteno de Keilin. Así, desde 1938 hasta principios de los cincuenta, la química de las proteínas se realizó en el Instituto Molteno de Keilin y el trabajo de rayos X en el Cavendish, con Perutz ocupado cerrando la brecha entre biología y física en su bicicleta.

Después de la invasión de Austria por Hitler, el negocio familiar fue expropiado, sus padres se convirtieron en refugiados y pronto se agotaron sus propios fondos. Max Perutz se salvó al ser nombrado asistente de investigación de Lawrence Bragg, bajo una subvención de la Fundación Rockefeller, el 1 de enero de 1939. La subvención continuó, con diversas interrupciones debido a la guerra, hasta 1945, cuando Perutz recibió una Beca Imperial de Investigación de Industrias Químicas. En octubre de 1947, fue nombrado jefe de la recién constituida Unidad de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica. Su colaboración con Sir Lawrence Bragg continuó a lo largo de muchos años. Como memorial a Perutz probablemente puedas consultar este obituario publicado en Nature con motivo de su muerte en 2002 (de lo contrario siempre podrás descargar este obituario escrito en español).

John Cowdery Kendrew (1917-1997) nació el 24 de marzo de 1917, en Oxford. Se graduó en Química en 1939 por el Trinity College. Pasó los primeros meses de la guerra haciendo investigaciones sobre cinética de reacción en el Departamento de Química Física de Cambridge bajo la supervisión de E.A. Moelwyn-Hughes. La influencia personal de John D. Bernal lo llevó a trabajar en la estructura de las proteínas y en 1946 se incorporó al Laboratorio Cavendish, trabajando con Max Perutz bajo la dirección de Lawrence Bragg, donde recibió su doctorado en 1949. Kendrew y Perutz formaron todo el personal de la Unidad de Biología Molecular del recientemente establecido (1947) Consejo de Investigación Médica.

Si bien el trabajo de Kendrew se centró en la mioglobina, Max Ferdinand Perutz y John Cowdery Kendrew recibieron el Premio Nobel de Química en 1962 por su trabajo sobre la estructura de la hemoglobina y ambos fueron los primeros en implementar con éxito el Metodología MIR introducida por David Harker.

Rosalind Elsie Franklin (1920-1958). Una de las grandes científicas de esos años que también surgió bajo la influencia directa de John D. Bernal, fue la polémica y desafortunada Rosalind Franklin. Hay muchos textos concernientes a Rosalind, pero quizás valga la pena leer las páginas detalladas preparadas por Miguel Vicente: La dama ausente: Rosalind Franklin y la doble hélice y Jaque a la dama: Rosalind Franklin en King's College , ambas hacen justicia a su personalidad y a su breve pero fructífera obra en la ciencia de mediados del siglo XX.

En el verano de 1938, Rosalind Franklin fue al Newnham College, Cambridge. Pasó sus finales en 1941, pero sólo se le otorgó un título titular, ya que las mujeres no tenían derecho a títulos de Cambridge en ese momento. En 1945, Franklin recibió su doctorado de la Universidad de Cambridge. Después de la guerra Franklin aceptó una oferta para trabajar en París en el Laboratoire de Services Chimiques de L'Etat con Jacques Mering, donde aprendió técnicas de difracción de rayos X sobre carbón y materiales inorgánicos relacionados. En enero de 1951, Franklin comenzó a trabajar como investigador asociado en King's College, Londres, en el Medical Research Council, en la Unidad de Biofísica, dirigida por John Randall. Aunque originalmente iba a haber trabajado en la difracción de rayos X de proteínas y lípidos en solución, Randall redirigió su trabajo a las fibras de ADN antes de comenzar a trabajar en King's, ya que Franklin iba a ser la única investigadora de difracción experimental con experiencia en King's en 1951.

En el laboratorio de Randall, la trayectoria de Rosalind cruzó con la de Maurice Wilkins (1916-2004), ya que ambos se dedicaron a la investigación del ADN. Desafortunadamente, la competencia desleal condujo a un conflicto con Wilkins que finalmente “pasó factura”. En ausencia de Rosalind, Wilkins mostró los diagramas de difracción, que Rosalind había tomado de fibras de ADN, a dos jóvenes científicos carentes de escrúpulos excesivos... James Watson y Francis Crick.

$Difracción de una fibra de ADN, obtenido por Rosalind Franklin$

segmento de doble helice ADN

John Bernal llamó a sus fotografías de rayos X de ADN “las fotografías de rayos X más bellas de cualquier sustancia jamás tomadas”. Los diagramas de ADN de Rosalind proporcionaron el establecimiento de la estructura helicoidal doble del ADN. Podría ser interesante para el lector ver este breve video preparado por “Mi científico favorito” (también disponible a través de este enlace). Usando una pluma láser y algún alambre doblado Andrew Marmery de la Royal Institution de Londres demuestra los principios de difracción y reproduce el patrón de difracción característico de la estructura helicoidal del ADN (use este otro enlace en caso de problemas ). El lector interesado también puede acceder a los manuscritos originales elaborados por Rosalind Franklin sobre la estructura del ADN. Rosalind Franklin murió muy joven, a los 37 años, de cáncer de ovario.

Maurice Wilkins (1916-2004) nació en Nueva Zelanda. Se graduó como físico en 1938 del St. John's College, Cambridge, y se unió a John Randall en la Universidad de Birmingham. Después de obtener su doctorado en 1940, se incorporó al Proyecto Manhattan en California. Después de la Segunda Guerra Mundial, en 1945, regresó a Europa cuando John Randall estaba organizando el estudio de biofísica en la Universidad de San Andrés en Escocia. Un año después, obtuvo un puesto en King's College, Londres, en el recién creado Medical Research Council, donde se convirtió en subdirector en 1950.

James Dewey Watson (1928-), nacido en Chicago, obtuvo el doctorado en Zoología en 1950 en la Universidad de Indiana. Pasó un año en Copenhague como Merck Fellow y durante un simposio celebrado en 1951 en Nápoles, conoció a Maurice Wilkins, quien despertó su interés por la estructura de las proteínas y los ácidos nucleicos. Gracias a la intervención de su director (Salvador E. Luria), Watson consiguió en el mismo año un puesto para trabajar con John Kendrew en el Laboratorio Cavendish, donde también conoció a Francis Crick. Después de dos años en el Instituto Tecnológico de California, Watson regresó a Inglaterra en 1955 para trabajar un año más en el Laboratorio Cavendish con Crick. En 1956 se incorporó al Departamento de Biología de Harvard.

Francis Crick (1916-2004) nació en Inglaterra y estudió Física en el London University College. Durante la guerra, trabajó para el Almirantazgo Británico y posteriormente acudió al laboratorio de W. Cochran para estudiar biología y los principios de la cristalografía. En 1949, a través de una beca del Consejo de Investigaciones Médicas, se incorporó al laboratorio de Max Perutz, donde, en 1954, completó su tesis doctoral. Ahí conoció a James Watson, quien posteriormente determinaría su carrera. Pasó sus últimos años en el Instituto Salk de Estudios Biológicos en California.

En relación con la desafortunada historia de Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, James Watson y Francis Crick recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1962 por el descubrimiento de la doble hélice diestra estructura del ADN. Se olvidó el papel decisivo de Rosalind Franklin. Es muy instructivo observar el video que hhmi biointeractive ofrece sobre este descubrimiento.

Dorothy C. Hodgkin (1910-1994), nació en El Cairo, pero también pasó parte de su juventud en Sudán e Israel, donde su padre se convirtió en director de la Escuela Británica de Arqueología en Jerusalén. De 1928 a 1932 se instaló en Oxford gracias a una beca del Sommerville College, donde aprendió los métodos de cristalografía y difracción, y pronto se sintió atraída por el personaje y obra de John D. Bernal. En 1933, se mudó a Cambridge donde pasó dos años felices, haciendo muchos amigos y explorando una variedad de problemas con Bernal.

En 1934, regresó a Oxford, de donde nunca se fue, salvo por periodos cortos. En 1946 obtuvo un puesto como Profesora Asociada de Cristalografía y aunque inicialmente estuvo vinculada a la Mineralogía, su trabajo pronto apuntó hacia el área que siempre le había interesado y que había aprendido bajo John D. Bernal: esteroles y otros interesantes moléculas biológicas. Dorothy Hodgkin participó en las reuniones en 1946 que llevaron a la fundación de la Unión Internacional de Cristalografía y visitó muchos países con fines científicos, entre ellos China, Estados Unidos y la URSS. Fue elegida miembro de la Royal Society en 1947, miembro extranjero de la Royal Netherlands Academy of Sciences en 1956, y de la American Academy of Arts and Sciences (Boston) en 1958. En 1964 fue galardonada con el Premio Nobel de Química.

1970-1980... “Finale”, con una melodía inconclusa...

Si bien lo ocurrido en los primeros 60 años del siglo XX es asombroso y algo único, la “melodía cristalográfica” continuó, y en este sentido aún vale la pena mencionar a otros científicos que hicieron que la Cristalografía fuera más allá.

William Nunn Lipscomb (1919-2011) nació en Cleveland, Ohio, Estados Unidos, pero se mudó a Kentucky en 1920, y vivió en Lexington a lo largo de sus años universitarios. Después de su licenciatura en la Universidad de Kentucky, ingresó a la escuela de posgrado en el Instituto de Tecnología de California en 1941, primero en física. Bajo la influencia de Linus Pauling, regresó a la química a principios de 1942. Desde entonces hasta finales de 1945 estuvo involucrado en la investigación y desarrollo relacionados con la guerra. Después de completar su doctorado, se incorporó a la Universidad de Minnesota en 1946, y se mudó a la Universidad de Harvard en 1959. Los reconocimientos de Harvard incluyen la Cátedra Abbott y James Lawrence en 1971, y el Premio George Ledlie, también en 1971. En 1976 Lipscomp fue galardonado con el Premio Nobel de Química por sus contribuciones a la química estructural de los boranos.

Este capítulo no puede concluirse sin mencionar los esfuerzos realizados por otros cristalógrafos, quienes durante muchos años intentaron resolver el problema de fase con enfoques diferentes a los que brinda el método Patterson, es decir, tratando de resolver el problema directamente de las intensidades del patrón de difracción y basado en ecuaciones de probabilidad: métodos directos.

Herbert A. Hauptman (1917-2011), nacido en Nueva York, se graduó en 1939 como matemático de la Universidad de Columbia. Su colaboración con Jerome Karle comenzó en 1947 en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington DC. Obtuvo su doctorado en 1954 en la Universidad de Maryland. En 1970, se incorporó al grupo de cristalógrafos de la Fundación Médica en Buffalo, donde se convirtió en director de investigación en 1972. Hauptman fue el segundo no químico en ganar un Premio Nobel de Química (el primero fue el físico Ernest Rutherford).

Jerome Karle (1918-2013), también de Nueva York, estudió matemáticas, física, química y biología, obteniendo su maestría en Biología de la Universidad de Harvard en 1938. En 1940, se trasladó a la Universidad de Michigan, donde conoció y se casó con Isabella Lugosky. Trabajó en el Proyecto Manhattan en la Universidad de Chicago y obtuvo un doctorado en 1944. Por último, en 1946, se trasladó al Laboratorio de Investigación Naval en Washington DC, donde conoció a Herbert Hauptman.

La monografía publicada en 1953 por Hauptman y Karle, Solución del problema de fase I. El cristal centrosimétrico, ya contenía las ideas más importantes sobre métodos probabilísticos que, aplicadas al problema de fase, las hicieron dignas del Premio Nobel en Química en 1985. No obstante, sería injusto no mencionar el papel de la esposa de Jerome, Isabella Karle (1921-2017), quien jugó un papel importante, poniendo en práctica la teoría.

Karle & Hauptman durante el XIII Encuentro Iberoamericano de Cristalografía, Montevideo, 1994

En memoria de estas importantes personas, mostramos esta fotografía tomada en 1994, durante el XIII Congreso Iberomericano de Cristalografía (Montevideo, Uruguay).

Izquierda (de adelante a atrás): Jerome Karle, Isabella Karle y Martin Martinez-Ripoll (autor de estas páginas).

Derecha (de adelante a atrás): Herbert A. Hauptman y Ray A. Young (experto en neutrones y uno de los pioneros del método Rietveld)

La cristalografía es (y ha sido) una de las ciencias más interdisciplinares y multidisciplinares. Enlaza áreas fronterizas de investigación y ha producido, directa o indirectamente, el mayor número de premios Nobel a lo largo de la historia.

Adicionalmente, la Unión Internacional de Cristalografía (IUCr) estableció, desde 1986, la existencia del Premio Ewald otorgado cada tres años por destacadas contribuciones a la ciencia de la Cristalografía.

Este capítulo está dedicado a los muchos científicos que han hecho de la Cristalografía una de las ramas más poderosas y competitivas de la Ciencia por investigar el “diminuto” mundo de átomos y moléculas. Definitivamente podría haber sido más extenso y detallado, porque no podemos olvidar la participación y el esfuerzo de muchos otros científicos, pasados y presentes, pero el tema importante es que, después de nuestro “final”, toca “música cristalográfica” en...

Las Naciones Unidas en su Asamblea General A/66/L.51 (emitida el 15 de junio de 2012), tras considerar el papel relevante de la Cristalografía en la Ciencia decidió proclamar 2014 Año Internacional de la Cristalografía. ¡Da clic también en la imagen de la izquierda!

Enviamos felicitaciones a Gautam R. Desiraju, Presidente de la UICR, y a Sine Larsen, ex Presidente de la UICR, ¡cuando se puso en marcha esta iniciativa!

En este contexto, el 11 de noviembre de 2012 marcó el centenario de la presentación de la ponencia de un joven William Lawrence Bragg (1890-1971), donde se perfilaron los fundamentos de la cristalografía de rayos X. Por ello, la Unión Internacional de Cristalografía (IUCr) publicó un fascinante conjunto de artículos que el lector puede encontrar a través de los siguientes enlaces:

Los primeros 50 años de difracción de rayos X fueron conmemorados en 1962 por la Unión Internacional de Cristalografía (IUCr) con la publicación de un interesante libro titulado Cincuenta años de difracción de rayos X, editado por Paul Peter Ewald.

Bart Kahr y Alexander G. Shtukenberg escribieron un interesante capítulo, Historias de la cristalografía de Shafranovskii y Schuh, (incluido en Avances recientes en cristalografía, donde ofrecen un breve resumen de los dos volúmenes sobre la Historia de Cristalografía escrita por Ilarion Ilarionovich Shafranovskii (1907-1994), cristalógrafo ruso que asumió la cátedra E.S. Fedorov (1853-1919) de Cristalografía en el Instituto Minero de Leningrado. El capítulo de Kahr y Shtukenberg también incluye muchas otras referencias, especialmente las tomadas de Curtis P. Schuh, autor de al menos un notable libro titulado Mineralogía y cristalografía: una bio-bibliografía anotada de libros publicados entre 1469 y 1919.

M.A. Cuevas-Diarte y S. Álvarez reverter.Son autores de una extensa y comentada cronología sobre cristalografía y química estructural, a partir del siglo IV a.C.

Cabe destacar la exposición ofrecida por la Universidad de Illinois (Vera V. Mainz y Gregory S. Girolami, Cristalografía - Definiendo la forma de nuestro mundo moderno, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign), en conmemoración del centenario del descubrimiento de Difracción de Rayos X, así como una conferencia del Prof. Seymour Mauskopf de la Universidad Duke, que se puede encontrar también directamente a través de estos enlaces: formato PowerPoint o formato pdf.

También es muy interesante leer los artículos recogidos en el número especial de Nature (2014), dedicado a la Cristalografía, especialmente:

entre otros del archivo incluido en el mismo número especial. Casi en el mismo contexto, Nature también ha publicado este interesante artículo, titulado Biología estructural: Más que un cristalógrafo, sobre la formación que actualmente se espera de los cristógrafos que trabajan en el campo de la biología estructural.

La ciencia, la revista, también se unió a la celebración del Año Internacional de la Cristalografía, dedicando un número especial que podrás encontrar a través de este enlace.