Arne Wilhelm Kaurin Tiselius

Publicado el 8 junio, 20225 min de lectura

( n . Estocolmo, Suecia, 10 de agosto de 1902; d , Estocolmo, 29 de octubre de 1971)

bioquímica física .

La mayoría de los antepasados ​​de Tiselius en ambos lados eran eruditos y muchos habían mostrado un gran interés por la ciencia, especialmente la biología. Su padre, Hans Abraham J: hijo Tiselius, se había licenciado en matemáticas en la Universidad de Uppsala. Su madre, Rosa Kaurin, era hija de un clérigo noruego. Su padre murió en 1906 y su madre se mudó con Tiselius y su hermana a Göteborg, donde vivían sus suegros y la familia tenía amigos cercanos.

El profundo interés de Tiselius por la ciencia se despertó en la escuela primaria de Göteborg, donde tenía un profesor inspirador de química y biología. Poco a poco se le hizo claro que quería estudiar en la Universidad de Uppsala con The Svedberg, el principal químico físico de Suecia. En septiembre de 1921 ingresó en esa universidad, a la que permaneció asociado el resto de su vida. En mayo de 1924 recibió la maestría en química, física y matemáticas. En noviembre de 1930 presentó una tesis doctoral sobre electroforesis y fue nombrado docente en química. Se creó una cátedra especial de bioquímica para Tiselius en la Facultad de Ciencias en 1938; se jubiló treinta años después.

Tiselius se casó con Ingrid Margareta (Greta) Dalén en 1930. Estuvo sano la mayor parte de su vida, aunque durante los últimos años le dijeron que redujera sus actividades para no sobrecargar su corazón. Le resultó difícil seguir este consejo y, tras una importante reunión en Estocolmo, sufrió un grave infarto y murió a la mañana siguiente.

Tiselius, modesto, tranquilo y de buen corazón, poseía un sentido del humor sumamente ingenioso y gentil. Estaba profundamente interesado en la historia natural y tenía un amplio conocimiento de botánica y ornitología. A menudo realizaba excursiones al campo para observar y fotografiar aves.

Tiselius fue galardonado con el Premio Nobel de Química de 1948 “por su trabajo en electroforesis y análisis de adsorción y especialmente por su descubrimiento de la naturaleza compleja de las proteínas que se encuentran en el suero sanguíneo”. Recibió doctorados honorarios de doce universidades y fue miembro o miembro honorario de más de treinta sociedades científicas, incluida la Academia Nacional de Ciencias en Washington y la Royal Society.

En el verano de 1944, Tiselius se convirtió en miembro de un comité gubernamental establecido para recomendar medidas para mejorar las condiciones de la investigación científica, especialmente la investigación básica. La mayoría de las propuestas fueron aprobadas por el Parlamento sueco y se introdujeron varias mejoras. Cuando se estableció el Consejo Sueco de Investigación en Ciencias Naturales en 1946, Tiselius fue nombrado presidente durante los primeros cuatro años.

En 1947, Tiselius se convirtió en miembro del Comité Nobel de Química y vicepresidente de la Fundación Nobel. En el Congreso Internacional de Química celebrado en Londres en 1947, fue elegido vicepresidente a cargo de la sección de química biológica de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. Cuatro años después, en la conferencia de Nueva York, fue elegido presidente del sindicato. En la década de 1960 participó activamente en la creación del Consejo Asesor Científico del gobierno sueco, que, bajo la presidencia del primer ministro, se ocupa de la política de investigación sueca.

En la última década de su vida, Tiselius estuvo bastante preocupado por los problemas creados por la evolución de la ciencia; aunque ansioso por que la sociedad se beneficie de los avances, era consciente de que los avances científicos pueden representar una grave amenaza para la humanidad. Pensó mucho en la oportunidad de que la Fundación Nobel utilizara su posición y estatus únicos de una manera que complementara la entrega de premios. Tomó la iniciativa al iniciar simposios Nobel en cada uno de los cinco campos de premios. Los participantes no solo discutieron los últimos desarrollos, sino que también intentaron evaluar sus implicaciones sociales, éticas y de otro tipo. Creía firmemente que la Fundación Nobel podía y debía desempeñar un papel importante en hacer que la ciencia influyera en la solución de los problemas más pertinentes de la humanidad.

Tiselius ingresó al laboratorio de Svedberg como asistente de investigación en julio de 1925, al comienzo de un período intelectual extraordinariamente fructífero allí. En septiembre de 1923, Svedberg había regresado a Uppsala con muchas ideas nuevas después de ocho meses en la Universidad de Wisconsin. Había construido su primera ultracentrífuga de baja velocidad y luego estaba desarrollando el primer dispositivo de alta velocidad que se utilizaría para estudiar el tamaño y la forma de las partículas de proteínas. Svedberg también estaba interesado en determinar las propiedades electroforéticas de las proteínas, y Tiselius participó en este trabajo. Su primer artículo, publicado conjuntamente con Svedberg (1926), describió un nuevo método para determinar la movilidad de las proteínas.

Svedberg estaba tan comprometido con el desarrollo de sus ultracentrífugas que le dio rienda suelta a Tiselius para que continuara con el estudio de la electroforesis. Tiselius comenzó a leer bioquímica, que no estaba incluida en el plan de estudios de química en ese momento, y quedó fascinado por la enorme variabilidad, y especialmente por la especificidad, de las sustancias bioquímicas.

En su trabajo diario con la electroforesis, a Tiselius a menudo le preocupaban los materiales impuros o mal definidos. Incluso las sustancias que se encontraron homogéneas en la ultracentrífuga a menudo resultarían no homogéneas en los experimentos de electroforesis. Esto fue particularmente cierto con las proteínas del suero. Gradualmente llegó a la conclusión de que la definición y la purificación eran de suma importancia para toda la bioquímica. Por lo tanto, la separación se convirtió en el problema clave, y Tiselius estaba convencido de que una solución requeriría varios métodos además de la electroforesis y la ultracentrifugación. Pensó un poco en el desarrollo ulterior de los métodos cromatográficos y de adsorción e hizo algunos experimentos preliminares con ellos. Finalmente decidió continuar la exploración de la electroforesis y presentó su disertación en noviembre de 1930.

Recuerdo muy vívidamente que me sentí decepcionado. El método fue una mejora, sin duda, pero me llevó justo al punto en que pude ver indicios de resultados muy interesantes sin poder probar nada definitivo. Todavía puedo recordar esto como un sufrimiento casi físico al mirar algunas de las fotografías de electroforesis, especialmente de proteínas séricas. Decidí abordar un problema completamente diferente, pero en mi mente quedó una cicatriz que algunos años más tarde resultaría significativa.

Después de terminar su disertación, Tiselius trabajó en nuevos problemas que le dieron experiencia en otros campos. Consideró esto importante porque esperaba calificar para una cátedra de química.

A través de su lectura, Tiselius había aprendido acerca de la capacidad única de ciertos minerales de zeolita para intercambiar su agua de cristalización por otras sustancias, la estructura cristalina permanecía intacta incluso después de que el agua de cristalización se había eliminado al vacío.. Se sabía que las propiedades ópticas cambiaban cuando se rehidrataban los cristales secos, pero hasta entonces no se había realizado ningún estudio cuantitativo del fenómeno. Tiselius vio las posibilidades de estas observaciones accidentales, encontró los factores determinantes y desarrolló un método óptico muy elegante y preciso para la medición cuantitativa de la difusión de vapor de agua y otros gases en cristales de zeolita. La última parte del trabajo se llevó a cabo en el Laboratorio de Química Frick de la Universidad de Princeton en 1934-1935, mientras que Tiselius obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller para estudiar con Hugh S. Taylor.

Aunque Tiselius no pudo concentrarse en la bioquímica durante su estancia en Estados Unidos, resultó ser un año muy estimulante que influyó decisivamente en su carrera. El ambiente en el Laboratorio Frick era inspirador, pero de mayor importancia para el trabajo posterior de Tiselius fue su contacto frecuente con la investigación llevada a cabo por el Instituto Rockefeller en sus laboratorios de Princeton y Nueva York. Este contacto condujo a amistades con JH Northrop, WM Stanley y ML Anson, así como la oportunidad de conocer a K. Landsteiner, M. Heidelberger y L. Michaelis. De la discusión con ellos, Tiselius tuvo claro que para resolver algunos de sus problemas necesitaban algún método nuevo que había estado en su mente durante años pero que no había podido comprender. Animado por las discusiones con estos amigos, nuevamente estaba convencido de que el desarrollo de procesos de separación nuevos y más eficientes era un problema clave en bioquímica y decidió concentrarse en este problema. Mientras aún estaba en los Estados Unidos, comenzó una reconstrucción total del aparato de electroforesis.

Después de su regreso a Uppsala, Tiselius rediseñó radicalmente la técnica experimental. El aparato que desarrolló podía utilizarse de forma segura con gradientes potenciales en el tubo en U al menos diez veces superiores a los de cualquier aparato de electroforesis anterior, y permitió obtener un poder de resolución mucho mayor para mezclas de proteínas. El movimiento de los límites podría seguirse ópticamente mediante el método Schlieren de August Toepler . El tubo en U podría dividirse en secciones bien definidas después de la conclusión de los experimentos, lo que permitiría tomar muestras de diferentes partes del tubo para análisis químicos y biológicos.

Los primeros experimentos, realizados con suero de caballo, demostraron inmediatamente las ventajas del nuevo instrumento. El patrón de Schlieren mostró cuatro bandas de proteínas con diferentes movilidades. La banda de movimiento más rápido correspondió al límite de la albúmina sérica; y las siguientes tres bandas revelaron, por primera vez, la presencia de al menos tres componentes electroforéticamente diferentes en la globulina sérica. Tiselius los nombró provisionalmente α, β y γ globulina. El suero de otros animales arrojó patrones similares, pero con diferencias cuantitativas. También se demostró que los anticuerpos (inmunoglobulinas) generalmente se encontraban en la globulina γ o entre las bandas de globulina β y γ.

Posteriormente, Tiselius y sus colaboradores probaron el método de todas las formas posibles, se introdujeron nuevos y mejores métodos refractométricos y se realizaron varios cambios menores. La nueva técnica también permitió el aislamiento electroforético de las tres fracciones de globulina, por lo que se encontró que sus propiedades químicas eran diferentes. Tiselius pronto sospechó que cada uno de estos tres componentes principales de globulina consistía en varias proteínas individuales que por casualidad tenían movilidades similares. Métodos posteriores han verificado esta sospecha y se han aislado muchas proteínas individuales de las tres fracciones principales de globulina.

Tiselius había esperado que su nueva técnica de electroforesis también pudiera ser útil para dilucidar un problema de gran interés para él, el aislamiento y la identificación de los grandes fragmentos y polipéptidos obtenidos por una leve descomposición de moléculas de proteínas. A este respecto, el método fue una decepción; consideró que la electroforesis no era lo suficientemente específica para separar la multitud de sustancias que se encuentran en materiales de origen biológico. Luego se interesó por los métodos de adsorción, que se habían utilizado hasta cierto punto en preparaciones orgánicas y bioquímicas. Hasta ahora, la separación se había estudiado principalmente en la columna. Tiselius vio la posibilidad de desarrollar un nuevo método analítico cuantitativo en el que la separación en el eluato emergente de la columna pudiera observarse mediante métodos refractométricos similares a los utilizados en electroforesis. También dio un tratamiento teórico que relacionaba el volumen de retardo de una sustancia adsorbida con su coeficiente de adsorción y la masa de adsorbente en la columna. Consideró la modificación del comportamiento de adsorción que surge de la presencia de un segundo soluto adsorbido con mayor fuerza. Se determinaron volúmenes de retardo específicos para varios aminoácidos y péptidos; y se encontró que la longitud de la cadena de carbono tenía una influencia decisiva, cada CH adicional También dio un tratamiento teórico que relacionaba el volumen de retardo de una sustancia adsorbida con su coeficiente de adsorción y la masa de adsorbente en la columna. Consideró la modificación del comportamiento de adsorción que surge de la presencia de un segundo soluto adsorbido con mayor fuerza. Se determinaron volúmenes de retardo específicos para varios aminoácidos y péptidos; y se encontró que la longitud de la cadena de carbono tenía una influencia decisiva, cada CH adicional También dio un tratamiento teórico que relacionaba el volumen de retardo de una sustancia adsorbida con su coeficiente de adsorción y la masa de adsorbente en la columna. Consideró la modificación del comportamiento de adsorción que surge de la presencia de un segundo soluto adsorbido con mayor fuerza. Se determinaron volúmenes de retardo específicos para varios aminoácidos y péptidos; y se encontró que la longitud de la cadena de carbono tenía una influencia decisiva, cada CH adicional2 grupo produciendo un marcado aumento. Los volúmenes de retardo de los aminoácidos neutros no se vieron afectados en un amplio rango de pH, mientras que los de los aminoácidos ácidos y básicos mostraron una fuerte dependencia del pH.

Tiselius y S. Claesson realizaron una mejora técnica muy importante en 1942 con la introducción de métodos interferométricos para medir la concentración del eluato. El objeto de este desarrollo fue superar la inestabilidad que surge de las diferencias de densidad muy leves entre las capas vecinas de eluido restringiendo la mezcla convectiva a volúmenes muy pequeños. El volumen del canal interferométrico fue de solo 0,13 ml. La disposición experimental fue excepcionalmente adecuada para el estudio detallado de los diferentes tipos de procesos cromatográficos y condujo a importantes avances teóricos y a su verificación experimental.

Todos los primeros experimentos se llevaron a cabo mediante análisis frontal que permitieron determinar la concentración de los componentes en una mezcla pero no dieron como resultado su separación. Esto último podría realizarse mediante un método de elución. Los componentes eluidos, sin embargo, mostraron una “cola” muy marcada. Tiselius demostró en 1943 que esto podría evitarse agregando a la solución de elución una sustancia con mayor afinidad de adsorción que cualquiera de los componentes de la mezcla. Desde entonces, el método se ha denominado análisis de desplazamiento.

En la década siguiente, Tiselius y sus compañeros de trabajo realizaron varias modificaciones y mejoras en esta técnica. En la mayor parte del trabajo se había utilizado carbón activado como adsorbente, y se hicieron muchos intentos para modificar sus propiedades adsorbentes mediante varios pretratamientos. Tiselius (1954) también intentó utilizar fosfato de calcio en forma de hidroxil-apatita como adsorbente de proteínas en conjunción con tampones de fosfato como agentes eluyentes, con cierto grado de éxito, pero la solución definitiva al problema de la cromatografía de proteínas llegó con el desarrollo. de los intercambiadores de celulosa de EA Peterson y HA Sober (1956). La contribución decisiva de Tiselius a la cromatografía radica en el esclarecimiento de los procesos fundamentales involucrados.

Hasta mediados de la década de 1940, Tiselius realizó una gran parte del trabajo experimental por sí mismo, a veces con la ayuda de un técnico. Después de ese tiempo se le hicieron grandes exigencias y pudo pasar poco tiempo en su laboratorio. Sus compañeros de trabajo y estudiantes bajo su dirección continuaron los estudios sobre electroforesis en papel y electroforesis de zona, y se delegó mucho trabajo en otros problemas de separación a sus colaboradores. Dos nuevos métodos de separación importantes se originaron en el laboratorio de Tiselius. La dramática separación de partículas y macromoléculas, obtenida por P. Å. Albertsson, utilizó la partición en sistemas de dos fases de polímero acuoso de, por ejemplo, dextrano y polietilenglicol. En el método de filtración en gel, ideado por J. Porath y Per Flodin, el fraccionamiento se obtiene según el tamaño y la forma de las moléculas disueltas.

Era característico de Tiselius que tomara fenómenos experimentales cualitativos bien reconocidos, los analizara críticamente y estableciera su base teórica fundamental. Como consecuencia, pudo introducir mejoras esenciales en la técnica experimental. Sus contribuciones al desarrollo de nuevos métodos de análisis y separación de sistemas biológicos marcan una era en el estudio de las macromoléculas y han contribuido al enorme desarrollo de la bioquímica desde finales de la década de 1930.

BIBLIOGRAFÍA

I. Obras originales. Solo se pueden mencionar aquí algunos de los 161 artículos publicados de Tiselius. Una bibliografía completa está en la biografía de Kekwick y Pedersen (ver más abajo). Incluyen “Un nuevo método para la determinación de la movilidad de las proteínas”, en Journal of the American Chemical Society , 48 (1926), 2272–2278, escrito con T. Svedberg; “Über die Berechnung thermodynamischer Eigenschaften von kolloiden Lösungen aus Messungen mit der Ultrazentrifuge”, en Zeitschrift für physikalische Chemie , 124 (1926), 449–463; la revisión y ampliación de la Química coloidal de Svedberg (Nueva York, 1928); “El método de límites móviles para estudiar la electroforesis de proteínas”, enNova acta Regiae Societatis scientiarum upsaliensis , ser., 7, no. 4 (1930), 1–107; “Adsorción y difusión en cristales de zeolita”, en Journal of Physical Chemistry , 40 (1936) 223-232; “Un nuevo aparato para el análisis electroforético de mezclas coloidales”, en Transactions of the Faraday Society, 33 (1937), 524-531, enviado originalmente para su publicación en una revista bioquímica pero rechazado por ser “demasiado físico” “Electroforesis de Serumglobulin II. Análisis electroforético de sueros normales e inmunes ”, en Biochemical Journal , 31 (1937), 1464-1477; “Un nuevo método de análisis de adsorción y algunas de sus aplicaciones”, en Advances in Colloid Science, 1 (1942), 81–98; “Análisis de adsorción por observación interferométrica”, en Akriv För kemi, mineralogi och geologi , 15B , no. 18 (1942), 1–6, escrito con S. Claesson; “Desarrollo de desplazamiento en el análisis de adsorción”, ibid ., 16A no. 18 (1943), 1-11; “Análisis de electroforesis y adsorción como ayudas en las investigaciones de sustancias de gran peso molecular y sus productos de degradación”, en Les Prix Nobel en 1948 , 102-121, en Nobel Lectures in Chemistry 1942-1962 (Amsterdam, 1964), 195-215; “Cromatografía de proteínas en columnas de fosfato de calcio”, en Arkiv för kemi , 7(1954), 443–449: “Separation and Fractionation of Macromolecules and Particles”, en Science , 141 (1963), 13–20, escrito con J. Porath y P.Å. Albertsson; y el ensayo autobiográfico “Reflexiones desde ambos lados del contador”, en Annual Review of Biochemistry , 37 (1968), 1–24.

II. Literatura secundaria. El colaborador de Tiselius, S. Hjertén, publicó una biografía de su antiguo maestro, “Arne Tiselius 1902-1971”, en Journal of Chromatography , 65 (1972), 345-348; una bibliografía de los artículos de Tiselius se encuentra en RA Kekwick y KO Pedersen, “Arne Tiselius 1902–1971”, en Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society , 20 (1974), 401–428. Una publicación anterior que trata de la vida científica de Tiselius es KO Pedersen, “Arne Tiselius”, en Acta chemica scandinavica , 2 (1948), 620–624. El nuevo e importante enfoque de la cromatografía de proteínas se da en EA Peterson y HA Sober, “Chromatography of Proteins. I. Adsorbentes de intercambio iónico de celulosa ”, enRevista de la Sociedad Química Estadounidense , 78 (1956), 751–755. En honor al sexagésimo cumpleaños de Tiselius, varios de sus amigos publicaron “Perspectivas en la bioquímica de las grandes moléculas”, que se titula Archives of Biochemistry and Biphysics , supl. 1 (1962).

Kai O. Pedersen