La historia de Svedberg y la primera ultracentrífuga.

En este proceso de dar un humilde homenaje histórico a las técnicas más rutinarias que se pueden realizar en un laboratorio de ciencias, era hora de dedicarle una entrada a la técnica de la centrifugación. Basada en el principio de fraccionamiento mediante sedimentación de las moléculas contenidas en una mezcla heterogénea y surgida por la interacción entre los principios de la física básica y la química práctica, tuvo y tiene una gran aplicación directa sobre el análisis de enzimas y moléculas constituyentes; obteniendo con ella además , información sobre la estructura y peso molecular de las mismas.

Desde los primeros años de formación académica hemos aprendido que los ribosomas, esos orgánulos en forma de gránulos presentes en el citoplasma celular, se dividen en dos subunidades: la subunidad mayor o 50S y la subunidad menor o 30S. Y por qué menciono esto en esta entrada? Pues, por que los valores de 50S y 30S hacen referencia al Svedberg o sv, unidad de medida del coeficiente de sedimentación de esas macromoléculas constituyentes de los ribosomas. Reciben este nombre gracias al científico sueco Theodor Svedberg, protagonista de esta entrada gracias a su contribución como pionero en la creación de la ultracentrífuga.

ribosom

Theodor Svedberg, nacido el 30 de agosto de 1984, en Flërang al norte de la ciudad de Uppsala (Suecia), físico-químico por la Universidad de Uppsala destacó como experto en el estudio de coloides y macromoléculas así como en la caracterización de un nuevo método para producir partículas coloides que sirvieran de confirmación para la teoría propuesta por Albert Einstein y Marian Smoluchowski acerca del movimiento browniano, siendo así uno de los primeros científicos en verificar la relación entre este movimiento y la existencia de moléculas. Gracias a estos trabajos, que contribuyeron también a la creacción de la ultracentrífuga, obtuvo en el 1926 el Premio Nobel de Química.

Theodor Svedberg

Tras una invitación para realizar una serie de conferencias en la Universidad de Wisconsin, Svedberg entró en contacto con algunas personas que le encaminaron a trabajar en el desarrollo de la centrífuga. Una de ellas fue Warren Weaver, profesor de la universidad que trabaja en esos momentos, sobre algoritmos que caracterizaran la sedimentación de moléculas sujetas a grandes fuerzas gravitacionales originadas por enormes velocidades de rotación. Otra de las personas, fue J.B. Nichols, que participaba en la creación de la primera centrífuga óptica donde la sedimentación de partículas coloidales podía seguirse fotográficamente, pero sin conseguir resultados válidos.

Con todas estas colaboraciones y la ayuda económica de la Fundación Rockfeller (de nuevo clave para el desarrollo de la técnica), Theodor Svedberg de vuelta en la Universidad de Uppsala, desarrolló su primera centrífuga en 1924. Se basó en el principio de equilibrio utilizado en los procesos de descremación de la leche, usando un motor eléctrico como mecanismo básico de impulsión y un rotor de acero construido especialmente, que sustituía el separador del proceso mencionado. De esta manera, consiguió desarrollar una centrífuga que podía aplicar sobre las muestras de coloides a estudiar, fuerzas gravitorias 7.000 veces el valor de la fuerza de la gravedad. Aparecía así la primera ultracentrífuga, (denominada así por permitir determinar partículas que no se podían ver al ultramicroscopio) que se mejoraría con el cambio del motor eléctrico por un motor directo favoreciendo con ello, un aumento del campo gravitatorio hasta aumentar en 10.000 el valor de la fuerza de la gravedad. Otros cambios fueron los introducidos por el dispositivo óptico diseñado por Svedberg, para observar la sedimentación de las partículas durante la sedimentación. 

Durante varios años, la ultracentrifuga desarrollada por Svedberg en la Universidad de Uppsala fue la única en el mundo en cuanto a la nueva técnica se refiere. Pero Svedberg no se quedo con eso, sino que fue más allá. Por aquel entonces, los estudios acerca del tamaño de las proteínas no eran muy alentadores así que, Svedberg durante los años 1926 a 1937, se dispuso a trabajar en esos experimentos para llegar a un resultado exitoso. Financiado de nuevo por la Fundación Rockfeller, Theodor Svedberg midió las masas moleculares de más de 30 proteínas (la primera la hemoglobina) y muestras biólogicas (ácidos nucleicos entre ellos) dejando bien claro, gracias a sus resultados, la naturaleza macro molecular de las proteínas como así lo predijeron análisis físico-químicos anteriormente realizados.

Svedberg en la Universidad de Uppsala

Utilizando también el apoyo económico por parte de la Fundación Rockefeller y con la colaboración de Alf Lysholm, Svedberg construyó una ultracentrifuga con un velocidad de rotación de 42.000 rrp (revoluciones por minuto) lo que suponía generar un campo gravitatorio de más de 40.000 veces el valor de la fuerza de la gravedad. Para ello sobre el diseño original introdujeron un sistema de  turbinas de aceite para evitar el problema de la lubricación, un sistema para el equilibrado del peso del rotor (evitando así las vibraciones) y una encapsulación del rotor en una atmósfera para evitar las fricciones y corrientes de convección por calentamiento. Es a partir de aquí, como Theodor desarrolla la unidad de medida que lleva su nombre, el svedberg (sv) que es igual 10-23  tiene dimensiones de tiempo y depende de la masa (en alguna bibliografía se habla de una equivalencia de 17500 Da) y de la forma de la molécula

Otra de las grandes contribuciones de la ultracentrifuga a la ciencia de aquel entonces, fue la colaboración entre Theodor Svedberg y Wendell Stanley para determinar la masa molecular del virus del mosaico del tabaco o TMV, cuyo valor de tamaño era enorme (17 millones de Da). De sus valores de sedimentación, Svedberg puedo extraer la forma de molécula bajo estudio, concluyendo que su estructura era muy alargada (comprobado esto luego con la posterior investigación en el microscopio electrónico). 

Además de estos usos analíticos, pronto se establecería el uso de las centrifugas en la vertiente preparativa, donde en función de las fuerzas aplicadas, se conseguía realizar un fraccionamiento de los orgánulos y macromoléculas. Destacar en este sentido, la aplicación de la centrifugación preparativa en la separación de elementos radiactivos para el desarrollo de las primeras bombas atómicas.

Con el apoyo de nuevo de la Fundación Rockfeller, los diseños de centrifugas realizados por Svedberg llegaron al otro lado del oceáno y fueron pronto mejorados y comercilizados a lo largo de toda América del Norte, como así lo certifica la creación de la compañía SPINCO por parte de Jesse Beams y Edward Pickles, quienes comenzaron a desarrollar sus propias centrifugas, dotándolas de vacío para evitar el sobrecalentamiento y de motores eléctricos con mejor tecnología . El auge y consolidación de SPINCO como principales valedores de la fabricación de centrifugas, indicaba un claro empuje de las nuevas técnicas en una América del Norte con un sistema científico más asentado que el presente por aquel entonces en Europa.

Pues… con esto y un bizcocho… hasta una nuevo repaso histórico de los hombres y/o mujeres más importantes de la ciencia y/o sus principales contribuciones a la historia de la ciencia!!

Nos “leemos” en la próxima entrada!!

TatianaDC

Fuentes.

KOEHLER, C.S.W. “Developing the Ultracentrifuge”Chemist Chronicles 2003American Chemical Society ;  SANZ PEDRERO, P. “La ultracentrifugadora de Svedger. Un punto de partida de la biología molecular”. Discursos Anales de la Real Academia de Farmacia (2009) ;  VALPUESTA, J.M. “A la búsqueda del secreto de la vida: Una breve historia de la Biología Molecular” Ed. Hélice http://www.nobelprize.org/educational/medicine/dna/a/translation/svedberg_unit.html http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1926/svedberg-bio.html

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