| Prix
Nobel de 1945 à 1949 |
|
|
 |
1945 : Artturi Ilmari Virtanen (1895 - 1973) |
 |
1946 : James Batcheller Sumner (1887 - 1955), John Howard Northrop (1891 - ) et Wendell Meredith Stanley (1904 - 1971) |
 |
1947 : Sir Robert Robinson (1886 - 1975) |
 |
1948 : Arne Wilhelm Kaurin Tiselius (1902 - 1971) |
 |
1949 : William Francis Giauque (1895 - 1982) |
Pour ses recherches et inventions en chimie agricole et de nutrition, et spécialement pour sa méthode de conservation des fourrages.
(Helsinki, 1895 - Helsinki, 1973)
Le
premier prix Nobel finlandais est né à Helsinki le 15 janvier
1895. Après avoir étudié la chimie à l'Université de sa
ville natale, il obtient en 1918 le grade de docteur, ayant
préparé sous la direction du professeur O. Aschan une thèse
sur les acides résineux dans laquelle il établit la
constitution de l'acide abiétique de la colophane du pin.
Jugeant sa formation insuffisante, il étudie les techniques et
les méthodes chimico-physiques et biochimiques à l'occasion de
voyages "post-doc" en Suisse, en Allemagne et en
Suède.
En 1921, il accepte le poste de chef de laboratoire de l'organisation centrale des laiteries coopératives finnoises, la Valio (1). Virtanen est alors nommé maître de conférences à l'Université d'Helsinki (1924-1939); il enseigne également au cours de cette période (1931-1938) à l'Ecole Technique Supérieure d'Helsinki. Pédagogue original, il fait participer les étudiants les plus avancés aux travaux de recherche de l'Institut dont il assure la dierection.
Il occupe ensuite, de 1939 à 1948, la chaire de biochimie à l'Université d'Helsinki. Tenant de la recherche fondamentale, Virtanen n'a jamais perdu de vue qu'elle devait pouvoir déboucher sur des applications techniques, lors même qu'elle semble s'en éloigner. Evoquant son entrée à la Valio, où son travail porte sur les problèmes pratiques posés par l'industrie laitière (détermination des taux de matière grasse, dosage de l'eau, mesure du pH), il écrit : "Mes intérêts m'entraînaient plutôt vers les problèmes généraux, ce qui, bien entendu, étonnait la direction de cet établissement. Or l'expérience a montré que l'étude des phénornènes sans but pratique conduisait souvent par surcroît à des découvertes pratiques importantes, et que la voie directe n'était pas tou jours la meilleure." En l'occurrence, les "découvertes pratiques importantes" ont été faites dans le domaine de la nutrition animale, de la conservation des fourrages, et de l'alimentation humaine. Virtanen a été en effet un précurseur des biotechnologies, et c'est à ce titre qu'on lui a attribué le prix Nobel.
Dès 1920, il commence à s'intéresser aux mécanismes chimiques des différentesr fermentations. Il montre que dans celles-ci interviennent la phosphorylation des hexoses et un besoin absolu de "cozymase", et que toutes les fermentations des sucres, qui conduisent à des produits différents (éthanol, acide lactique, etc.), se déroulent au départ suivant le même mécanisme. Ce résultat est très important, car jusqu'alors on pensait au contraire que chaque fermentation, dès sa mise en oeuvre, suivait un processus particulier. En 1929, il établit que la fermentation des trioses par les bactéries coli est une oxydoréduction qui conduit à la glycérine et aux produits de scission de l'acide glycérique. Cette fermentation passe également par le stade d'une phosphorylation. Il a rendu possible l'obtention de l'acide citrique par fermentation des acides oxalacétique et acétique. Parmi ses nombreux travaux sur la fermentation des glucides, les plus remarquables sont sans doute ceux qui portent sur la cellulose et l'hémicellulose du bois. En effet, les polysaccharides des arbres à feuilles, fermentés par des bactéries thermophiles (2) et mésophiles (3), peuvent être utilisés pour l'alimentation animale.
Virtanen a étudié la multiplication des microbes et les fermentations qu'ils induisent en dédoublant les protéines, en fonction de la température et du pH. Ces résultats l'ont amené à formuler une théorie de l'ensilage des fourrages verts et frais, et à proposer une méthode efficace pour leur conservation : il suffisait d'introduire dès le moment de l'engrangement dans la masse des fourrages un certain taux d'acidité (pH = 4) et de le maintenir. Cette découverte toute simple eut un retentissement pratiquement mondial. Auparavant, les pertes de substances nutritives lors de la préparation des foins atteignaient 30 à 50%. Grâce à la méthode de Virtanen, appelée le plus souvent méthode AIV, ces pertes ne sont plus que de 10 à 20%, et de plus on évite les mauvaises odeurs ainsi que la croissance de diverses bactéries nocives. Enfin un autre avantage est que le carotène se conserve presque quantitativement, ce qui permet de produire un lait riche en vitamine A pendant la saison hivemale. Il fut aidé dans cet important travail par le docteur H. Karstrbm et l'agronome G. L. Rosenquist.
Ces études sur l'influence du pH conduisirent Virtanen à une autre découverte importante : le beurre aromatique (4) acquiert au cours du stockage un goût dit "huileux". Cette altération, contrairement aux conceptions antérieures, n'est pas d'origine microbiologique, mais chimique. Il montra qu'on pouvait l'éviter en élevant le pH des gouttelettes d'eau contenues dans le beurre de 4,5-5,5 à 6-7. Ces découvertes, très simples dans leur principe, ont eu des conséquences économiques considérables.
Dans le nouvel Institut de biochimie d'Helsinki, les recherches étaient principalement orientées sur l'étude des enzymes et simultanément dans plusieurs directions. On y fit la distinction entre les "enzymes adaptives", qui ne se forment qu'en présence d'un substrat, et les "enzymes constitutives", toujours présentes dans les cellules et indépendantes de la composition du substrat (Karstr5m). La formation d'enzymes adaptives offre des possibilités de biosynthèse et se rattache au problème de la genèse de nouveaux organismes. Parmi d'autres travaux, signalons la première synthèse enzymatique d'un aminoacide, l'acide l-aspartique; la secrétion de protéinases bactériennes, responsables de l'action dissolvante de la gélatine de nombreuses bactéries; la démonstration de la thermostabilité des protéinases et des lipases bactériennes en solution protéique, ce qui est une propriété importante pour avoir une bonne qualité des produits laitiers; l'action des enzymes protéolytiques des bactéries lactiques sur la maturation des fromages; la synthèse des plastéines, autrement dit la transformation des peptides en polypeptides.
Mais le problème sur lequel Virtanen et ses collaborateurs ont passé le plus de temps est celui du métabolisme de l'azote et de la nutrition azotée des plantes. Dès 1925, l'équipe a commencé ses recherches sur la fixation de l'azote moléculaire dans les nodules radicalaires des légumineuses. L'énorme importance de la fixation symbiotique de l'azote par les êtres vivants terrestres a donné lieu à de longs travaux en collaboration avec le Dr SynnOve v. Hausen, le Dr T. Laine, Mme H. Linkola et le Dr J. K. Miettinen. Le résultat le plus important a été d'établir la distinction chimique et biologique des nodules effectifs (fixant l'azote) et non effectifs (ne fixant pas l'azote); puis d'attribuer l'explication de cette différence de comportement à la présence d'un pigment rouge, la léghémoglobine, qui ne se trouve que dans les nodules effectifs. Ce pigment, de poids moléculaire 17 000, a pu être séparé en deux composantes grâce à l'électrophorèse (5).
Virtanen s'est ensuite intéressé au métabolisme azoté des plantes en général. Il a observé l'absorption, par les racines des plantes de pois et de trèfle, des acides l-aspartique et l-glutamique, et leur utilisation comme source d'azote. Certains aminoacides, qui n'agissent pas comme source d'azote, et dont le métabolisme libère de l'éthylène, peuvent être la cause de modifications morphologiques importantes. Il a montré que les acides aminodicarboxyliques sont les seuls acides aminés à se former en premier à partir de l'ammoniac. Outre de nouveaux amino- et cétoacides, il a établi dans les plantes la présence de plusieurs dérivés de l'hydroxylamine, qui conduisent à des oximes de cétoacides. Dans les céréales, la présence de glucosides hétérocycliques conduit, par réaction enzymatique, aux aglucones (6), accusant une forte activité antimicrobienne, ce qui explique la résistance des plantes cultivées aux maladies infectieuses.
Du point de vue de l'alimentation humaine, l'intérêt de Virtanen s'est porté sur les substances biologiquement actives ou sur leurs précurseurs qui se trouvent dans les plantes fourragères ou alimentaires. Il a poursuivi activement des recherches sur la formation des vitamines dans les plantes, en particulier sur leur teneur en vitamine C et en carotène aux différents stades de leur croissance et en fonction de facteurs tels que la fumure, le pH du sol, etc. Il a montré quantitativement le passage de substances antithyroïdiennes d'origine végétale dans le lait de vache. En revanche, des essais sur les rats, les souris et l'homme n'ont pas confirmé l'affirmation de certains biochimistes selon laquelle le lait, lorsque les vaches ont absorbé de plantes de la famille des crucifères (choux, navets, giroflées, etc.), pourrait être la cause du développement des goitres.
Les relations entre les recherches de Virtanen et leurs applications pratiques ont ouvert de nouvelles perspectives, et les biotechnologies sont aujourd'hui en plein développement. Sans doute pressentait-il ce devenir lorsqu'il écrivit, h la fin de sa carrière : "Le fait d'avoir eu l'occasion de travailler pour l'alimentation humaine et pour la production de nourriture m'a fait éprouver une très grande satisfaction."
Il mourut le 11 novembre 1973 à Helsinki.
l. En 1929, une fondation est créée en Finlande pour encourager les recherches chimiques ct biochimiques. Grâce à un financement des coopératives et des grandes banques du pays, on peut construire en 1931 un Institut dont les laboratoires de la fondation occupent trois étages, et ceux de la Valio deux autres.
2, Se dit des bactéries capables de vivre et de se développer à température élevée (50 à 70°C).
3. Se dit des bactéries qui vivent et se développent à température moyenne (entre 25 et 37°C).
4. Substance grasse extraite de certains végétaux, par exemple le cacao.
5. Voir notice sur Tiselius, prix Nobel de chimie 1948.
6. Partie non glucidique obtenue par hydrolyse d'un hétéroside.
Pour la découverte de la cristallisation des enzymes.
(Canton, Massachussets, 1887 - Buffalo, N. Y., 1955)
Né à Canton, dans le Massachussets, le 19 novembre 1887, Sumner est l'héritier de l'une des plus vieilles familles américaines, venue d'Angleterre en 1636. Surtout intéressé par la physique et la chimie, il sort de Harvard en 1910 avec un dipl6me de chimiste, et commence à travailler dans l'usine de tissage familiale; mais cet emploi ne lui convenant guère, il quitte l'entreprise à la première occasion et accepte un emploi temporaire de professeur de chimie dans un collège du New Brunswick, puis à l'Institut Polytechnique de Worcester. Il décide de reprendre ses études, et prépare un thèse sous la direction du professeur Otto Folin; il obtient en 1914 son doctorat en chimie. La même année, il est nommé professeur assistant de chimie biologique à l'école de médecine Comell, à Ithaca, dans l'Etat de New York. Il peut pendant la guerre poursuivre ses recherches, car, handicapé dès l'âge de dix-sept ans par la perte de son bras par suite d'un accident de chasse, il est dispensé des obligations militaires. Etant gaucher de naissance, cet accident lui impose d'ailleurs une rééducation considérable pour travailler en laboratoire. Profitant en 1921 de son année sabbatique, il vient apprendre le français à Grenoble, puis il part à Bruxelles, où il entreprend des recherches sur les enzymes, qu'il poursuivra aux Etats-Unis, les interrompant par deux séjours en Suède, l'un chez le professeur von Euler-Chelpin, l'autre chez le professeur Th. Svedberg. C'est à cette époque qu'il détermine le poids moléculaire des enzymes auxquelles il s'intéresse.
De retour aux Etats-Unis, il reprend ses travaux et son enseignement à Ithaca. A partir de 1946, il assurera également un enseignement de chimie enzymatique au Collège d'Agriculture de l'Etat de New York.
Toute l'oeuvre de Sumner est essentiellement centrée sur l'étude de l'uréase (1), qui a fait l'objet de la plupart de ses publications, et qui lui a valu le prix Nobel. Voici comment il décrit lui-même sa découverte de l'uréase à l'état cristallisé : "ll m'apparut très vite que le soja était extraordinairement riche en uréase, et je ne voyais pas pourquoi on n'aurait pas pu isoler cette enzyme d l'état pur et déterminer ses caractéristiques chimiques. Claude Bernard avait écrit que le succès ou l'échec d'une recherche dépendait du choix heureux d'un matériau et du réactif approprié. Wilstâtter n'eut pas de chance en voulant isoler la saccharase. J'eus la bonne fortune de choisir l'uréase. Après m'être familiarisé avec les méthodes analytiques, j'entrepris mes travaux sur l'uréase en 1917. Au début, pour extraire l'uréase d partir de la farine de soja, j'utilisais de l'eau. L'extrait aqueux obtenu était visqueux et se filtrait difficilement. J'ai alors remplacé l'eau par le glycérol. Puis j'ai appris que Folin employait une solution aqueuse d'alcool d 30% pour extraire l'uréase de la farine de soja d des fins analytiques. J'ai eu recours d ce procédé, certes avantageux, mais qui présentait l'inconvénient de dissoudre de grandes quantités de protéines étrangères. Il fallait done procéder d un travail considérable de purification. Cette technique présentait l'intérêt d'une filtration rapide, mais le solvant exerçait une lente désactivation de l'uréase. Pour pallier cet inconvénient, j'ai décidé de travailler d basse température et je m'apergus qu'il se formait un précipité contenant principalement de l'uréase, associée d la concanavaline A et B et d d'autres protéines.
"A cette époque, nous n'avions pas de glacière au laboratoire; aussi plagait-on l'hiver les tubes à essai sur le rebord de la fenêtre. J'eus alors l'idée d'utiliser comme solvant une solution d'acétone diluée; après refroidissement de l'extrait, j'eus la surprise de constater l'absence de précipité. Cependant, en observant une goutte sous microscope, j'aperçus de tout petits cristaux. Par centrifugation, j'isolai quelques cristaux que je fis dissoudre dans de l'eau pure. Testant cette solution, je constatai qu'elle possédait toutes les caractéristiques d'une protéine et rnontrait une très grande activité enzymatique. Je téléphonai alors d mon épouse pour lui dire que je venais de cristalliser pour la première fois une enzyme."
Après ce résultat, de nombreuses enzymes et leurs précurseurs furent isolés et cristallisés : la pepsine, la trypsine, la chymotrypsine (2), la rubéonucléase, l'hexokinase (3), la carboxypeptidase (4). Leur pureté, à l'exception de la dernière enzyme, fut testée par des mesures de solubilité ou par analyse à l'ultracentrifugeuse et par électrophorèse. Toutes ces méthodes ont prouvé qu'il s'agissait de protéines pures. Un pas important venait d'être franchi en biochimie, et de nombreux travaux allaient être poursuivis dans ce domaine, en particulier par J. H. Northrop.
J.B. Sumner décéda le 12 août 1955 à Buffalo, New York, aux Etats-Unis.
Pour la préparation à l'état pur d'enzymes et de virus protéiniques.
(Yonkers, N. Y., 1891 – )
Comme Sumner, Northrop descend d'une famille de pionniers qui s'est installée dans le Connecticut en 1632, en provenance de l'Angleterre. Il est né le 5 juillet 1891 à Yonkers, dans l'Etat de New York. Ses parents étaient universitaires; son père enseignait la zoologie à 'Université de Columbia, et sa mère était professeur de botanique au Hunter College. Il fit ses études à Columbia, et obtint son Ph. D. en 1915. Après sa thèse, il passe un an au laboratoire de J. Loeb, à l'Institut Rockefeller de Princeton, puis, durant les deux années 1918-1919, il travaille pour l'industrie chimique de guerre; c'est pendant cette période qu'il découvre et étudie en détail le processus de fermentation pour la fabrication de l'acétone. A la fin de la guerre il revient à l'Institut Rockefeller et devient en 1924 l'un des dirigeants de cet établissement. Il consacre par ailleurs une bonne partie de ses activités à l'enseignement, donnant des cours à l'Université de Columbia, à l'Université John Hopkins et à l'Université de Califomie. Il est également conseiller auprès du Laboratoire de Biologie Marine des Etats-Unis, et fait partie du comité de rédaction du Journal of General Physiology et l'Experimental Biology Monographs.
Les recherches de Northrop concement principalement la chimie physique des protéines, l'agglutination des bactéries, la cinétique des réactions enzymatiques, la séparation et l'étude de la nature chimique des enzymes.
En 1896, Pekelharing avait isolé, à partir du suc gastrique, une protéine qu'il pensait être la pepsine, mais comme il n'avait pu obtenir cette enzyme à l'état cristallisé, il lui avait été impossible de l'identifier véritablement avec la pepsine. En 1920, Northrop reprit ces travaux sans plus de succès. Dix ans plus tard, les résultats obtenus par Sumner le poussent à recommencer ses recherches, et c'est à partir d'un produit commercial qu'il parvient à cristalliser la pepsine. Sur cette lancée, il réussit la même opération avec cinq autres enzymes et leurs précurseurs, en particulier avec la trypsine et trois formes différentes de la chymotrypsine. Ces travaux longs et laborieux n'ont été possibles qu'avec l'aide de nombreux collaborateurs (Herriott, Anson, Desreux, McDonald, Holter, Krueger, Butler et surtout Kunitz, manipulateur génial, extrêmement adroit et très méticuleux). La conclusion que l'on peut tirer de ces travaux est que les enzymes, et sans doute quelques virus, ont une composition protéinique. Mais le simple fait que les cristaux obtenus étaient des protéines ne présentait pas de garanties suffisantes; aussi fallait-il démontrer l'activité enzymatique de ces protéines en étudiant en particulier la cinétique des réactions. Northrop utilisa, à quelques variantes près, les mêmes méthodes de séparation que Sumner. En ce qui concerne la stabilité des enzymes, il montra qu'elle était supérieure en présence de sels neutres concentrés : par exemple, la décomposition de la pepsine est d'environ 3% en une , joumée dans une solution d'acide chlorhydrique de pH 2,7 à une température de 0°C. En solution saturée de sulfate de magnésium à la même température, cette décomposition n'est que de 1%.
La trypsine, à pH 8 et à la température de 30'C, perd joumeHement 90% de son activité selon une réaction exceptionnellement bimoléculaire; aussi cette enzyme est-elle l'une des rares à être plus stable en solution diluée qu'à l'état concentré.
(Ridgeville, 1904 - Salamanque, 1971)
Né en 1904 à Ridgeville, dans l'Indiana, Wendell Meredith Stanley a été de très bonne heure attiré par la chimie organique. Il a fait ses études à l'Université de l'Illinois, où il soutient son Ph. D. en 1927. Spécialiste de biochimie, attaché à l'Institut Rockefeller de Princeton de 1931 à 1948, il oriente ses recherches en microbiologie, étudiant particulièrement les virus, et il réussit en 1937 à obtenir à l'état cristallisé le virus de la mosaïque du tabac. Cette découverte de la plus haute importance sera suivie par des travaux sur la pathologie animale et végétale. Durant la Seconde Guerre mondiale, il travaille sur le virus de l'influenza et prépare un vaccin antigrippal. En 1948, il s'établit en Califomie, où il crée et dirige un laboratoire de recherche orienté vers l'étude des virus. Il donne aussi des cours dans divers établissements : Université de Califomie, Earlham College, Université Comell de Pennsylvanie, Université de Princeton et Université de Yale.
Membre de plusieurs sociétés savantes, Stanley est devenu docteur ad honorem des Universités de Harvard, Yale, Califomie et Princeton, après avoir obtenu le prix Nobel. Les tout premiers travaux sur la nature des virus ont été effectués par Beijerinck en 1898. Bien que l'on ait continué à faire des recherches durant une trentaine d'années, rien d'important n'avait été découvert dans ce domaine, et il fallut attendre les résultats publiés entre 1927 et 1931 par Vinson et Petre pour apprendre que le virus de la mosaïque du tabac ne subissait aucune altération de son activité, même après plusieurs interventions chimiques. Aussi lorsque Stanley entreprit ses travaux en 1932, la nature des virus restait-elle totalement mystérieuse. Etaient-ils des substances organiques ou inorganiques ?
Appartenaient-ils aux hydrocarbures, aux hydrates de carbones, aux lipides ou aux protéines? Stanley voulut répondre à ces questions en choisissant d'étudier le virus de la mosaïque du tabac parce qu'il était facile à obtenir, d'une grande stabilité, et que l'on pouvait avec précision en déterminer la présence.
L'ayant soumis à l'action de plus d'une centaine de réactifs chimiques, Stanley montra que ce virus résistait à la plupart d'entre eux, excepté les agents d'oxydation, de précipitation des protéines, et les générateurs d'ions hydrogène. Il en conclut que ces résultats concordaient avec la nature protéinique des virus. Il chercha alors à mettre au point des procédés de concentration et de purification de ces protéines. S'inspirant des travaux de Vinson et de Petre, il montra que la concentration et la purification des virus pouvaient se faire rapidement, en combinant la précipitation isoélectrique et en salifiant la solution à l'aide de sulfate d'ammonium.
Ces conclusions heurtèrent de nombreux sceptiques restés sur l'idée que les virus n'étaient présents que dans les organismes vivants et ne se prêtaient pas à la cristallisation. Il fallut donc faire de nombreuses expériences pour arriver à des résultats indiscutables. En particulier, h partir d'une solution infectieuse, Stanley obtint des cristaux dont l'activité était 500 fois supérieure à celle de l'échantillon de départ. De plus, 1 millilitre de solution contenant 10-9 gramme de virus cristallisé continuait à avoir des actions infectieuses. On put conclure à partir des mesures de viscosité et des vitesses de sédimentation que les particules du virus de la mosaïque du tabac sont des bâtonnets de 12 µm de diamètre et d'environ 400 p, de longueur; la masse moléculaire est d'environ 40 millions; les particules ont tendance à donner des agrégats selon une association du type "queue à queue". Pour que le virus présente une activité, il faut que les bâtonnets soient entiers. S'ils se brisent en deux, toute activité disparaît.
Des travaux ultérieurs ont permis d'obtenir à l'état cristallisé le virus X de la pomme de tene et celui de la tomate, qui se présentent également sous fonne de bâtonnets; en revanche le virus de l'influenza apparaît sous une forme sphérique. Comme ceux des protéines, les constituants des virus sont des acides aminés. L'action de certains réactifs comme le formaldéhyde change leur structure et modifie leur activité; le retour à la structure d'origine ramène l'activité originale.
Lors de la remise solennelle du prix, Stanley termina son discours en évoquant le caractère encore embryonnaire de la recherche sur les virus, et l'importance de la tâche qui restait à accomplir dans ce domaine. Cela demeure également vrai pour les enzymes.
Les lauréats du prix Nobel 1946 venaient d'ouvrir un champ de recherche très prometteur en biochimie.
Stanley mourut à Salamanque en 1971.
l. Enzyme qui transforme l'urée en CO2 et NH3 .
2. Pepsine et trypsine sont des enzymes du suc gastrique; la première transforme les protéines en peptones (produits ultimes de la digestion); la seconde transforme les albuminoïdes en peptones. La chymotrypsine agit comme la trypsine.
3. Enzyme qui catalyse le transfert du radical phosphorique de l'adénosine triphosphate sur un carbone.
4. Hydrolase qui dédouble les polypeptides en acides aminés.
Pour ses recherches d'importance biologique sur les substances extraites des plantes et spécialement sur les alcaloïdes.
(Bufford, 1886 - Missenden, 1975)
Fils d'un fabricant d'emballages en carton et de matériel chirurgical, Robinson est né en 1886 à Bufford, près de Chesterfield, dans le Derbyshire, en Angleterre. Il fréquente d'abord la Chesterfield Grammar School, puis la Fulneck School, près de Leeds. Il est ensuite étudiant à l'Université de Manchester; dip16mé en 1906, il prépare une thèse en chimie chez W. H. Perkin Jr, et reçoit le grade de docteur en sciences en 1910.
De 1912 à 1915, il est le premier professeur de chimie organique nommé à l'Université de Sidney, en Australie. Il revient ensuite en Angleterre pour occuper successivement les chaires de chimie organique des Universités de Liverpool, St-Andrews, Manchester, Londres et Oxford. Anobli en 1939, président de la Royal Society six ans après, il est ensuite nommé délégué du Royaume Uni à la Conférence Générale de l'UNESCO en 1947, l'année où il reçoit le prix Nobel. Il se verra par la suite décemer la "Priestley Medal" (1953); deux ans plus tard il sera appelé au poste de directeur de la Shell Chemical.
Membre de nombreuses Académies scientifiques du monde entier, commandeur de la Légion d'Honneur, il a été à juste titre honoré comme l'un des plus grands organiciens de son temps.
Son oeuvre scientifique est extraordinaire. Il commence par faire des recherches sur les pigments des plantes (fleurs, racines, bois, écorces) et passe des dizaines d'années à étudier leurs constituants, les anthocyanines, "vrais caméléons chimiques", qui se décomposent pour donner un sucre et une anthocyanidine. Il s'intéresse plus spécialement à la constitution de la braziline (1) et de l'hématoxyline (2). La synthèse de la braziline n'avait d'importance ni au plan industriel, ni au plan médical; en revanche, elle présentait d'un point de vue fondamental un grand intérêt en chimie organique. Les travaux de Robinson ont ainsi souvent été des synthèses difficiles à effectuer, sans rentabilité immédiate, mais qui suscitèrent l'exploration de toute une série d'analogues ou de dérivés du modèle naturel.
En ce qui concerne la braziline, il y eut deux faits nouveaux : la synthèse des sels de pyrrylium conduisit à celle des anthocyanidines, puis à celle des anthocyanines. La cyclisation facile de l'acide 8-3,4-diméthoxyphénylpropionique en cétone cyclique suggéra en application la synthèse de la papavérine.
Ensuite Robinson procéda à l'étude des alcaloïdes, réussissant la synthèse de la narcotine, des alcaloïdes du groupe de l'indol (l'harmaline et l'harmine), et des tropinones. Toutes ces synthèses sont considérées comme les plus élégantes qu'ait connues la chimie organique. Il est impossible d'en faire le descriptif dans le cadre de cet exposé, aussi recommandons-nous au lecteur de se référer à l'article publié par Robinson en 1936, "Synthesis in Biochemistry" (J. Chem. Soc., p. 1079-1090), et à son livre, The Structural Relations of Natural Product .
Il étudia également deux autres alcaloïdes extraits des strychnées : la brucine et la strychnine, qui sont, comme il le disait lui-même, "des molécules fascinantes, véritables terrains de jeu pour le chimiste organicien". On avait d'abord attribué à la strychnine une formule qui fut mise en doute par Prelog et Szpilfogel en 1945. Robinson reprit ce travail et proposa une formule considérée depuis comme définitive. La difficulté résidait dans le fait que le néostrychnine isomère possède une double liaison qui peut changer de position; elle renferme un groupement :>N–CH=C– qui s'oxyde par action de l'acide perbenzoïque en >N-CHO=CO, et se transforme en présence de brome en un bromo-hydrobromure conduisant lui-même dans l'eau chaude au motif structural : .>N-C-CHO, HBr.
Ceci permit à Robinson de clore le problème qui se posait depuis si longtemps à propos de la structure de cet alcaloïde.
Ce qui caractérise l'oeuvre de ce savant, c'est son attachement aux méthodes générales, à la zecherche de relations à l'intérieur des différentes séries de substances naturelles et entre elles. Les idées de son Essai d'une théorie électronique des relations en chimie organique ont été à l'origine des célèbres travaux de Linus Pauling (3), poursuivis par Ingold et Sutton.
Pendant la Deuxième Guerre mondiale, Robinson dirigea une équipe chargée d'étudier la structure de la pénicilline, mais il n'était pas favorable au travail de recherche en équipe. En 1961, il exposait ainsi la conception qu'il en avait : "Comme auparavant, on a besoin de chercheurs indépendants qui travailleraient sans être soumis d des directives, ceci pour la raison bien simple que les découvertes, tout en exigeant des recherches, sont par leur nature imprévisibles. La seule réponse que je donne d ceux qui me demandent où chercher est : partout ! "
L'apport de ce savant à la synthèse de molécules organiques naturelles complexes a été considérable; il recommanda de préparer en premier lieu des molécules organiques simples, dont l'assemblage conduisît à la substance organique recherchée. La synthèse et la dégradation des molécules étaient intimement liées. Ses méthodes de synthèse pour la fabrication des alcaloïdes sont communément utilisées pour préparer de nombreux médicaments, plus particulièrement contre la malaria.
Robinson fut aussi le grand précurseur des études de relations structure-activité, qui eurent et continuent d'avoir la faveur des chimistes organo-physiciens.
Il mourut à Missenden (près de Londres) en 1975.
1. Ou brésiline, C16H14O5, leucodérivé correspondant à la brésiléine utilisée en teinturerie.
2. C16H14O6, leucodérivé correspondant à l'hématéine. On le retire du bois de campêche, et on l'utilise comme réactif analytique.
3. Voir le prix Nobel de chimie de 1954.
Pour ses travaux sur l'analyse par électrophorèse et adsorption, en particulier pour ses découvertes sur la nature hétérogène des séroprotéines.
(Stockholm, 1902 - Uppsala, 1971)
Tiselius est né à Stockholm le 10 août 1902, dans une famille d'universitaires. Dès ses études au lycée de Gothembourg, il manifeste un goût particulier pour les sciences. En 1921, il s'inscrit à l'Université d'Uppsala, où son grand-père avait été professeur de mathématiques, et devient dès 1925 l'assistant de chimie physique du professeur Th. Svedberg (1), ce qui l'oriente vers des recherches en chimie physique analytique. Il soutient sa thèse de doctorat en 1931; le sujet en est l'électrophorèse des protéines (2). Sous l'effet d'un champ électrique, les molécules protéiques peuvent migrer, ce qui permet de les séparer. Le phénomène d'électrophorèse dépend de plusieurs facteurs tels que la concentration de la solution protéique, la nature du solvant, la taille, la forme et la charge électrique du soluté. Tiselius a été le premier à l'avoir étudié.
Deux ans après sa thèse, il est nommé maître de recherches à l'Université d'Uppsala et entreprend de nouveaux travaux sur les phénomènes d'adsorption dans les cristaux de zéolithes. Cette étude le mènera d'abord aux îles Féroé, en quête de matériaux adsorbants, puis aux Etats-Unis, comme boursier Rockefeller à l'Université de Princeton (1934-1935).
De retour à Uppsala en 1937, il adresse à la Société Faraday un article qui porte sur l'application de l'électrophorèse à l'étude des fractions de protéines du sérum sanguin (séroprotéines), et qui met à la portée des expérimentateurs un appareillage nouveau permettant de séparer les protéines : cet article fait sa célébrité.
Une chaire est spécialement créée pour lui à l'Université d'Uppsala pour "l'étude et l'enseignement des lois chimiques et physiques qui se trouvent à la base des phénomènes vitaux". L'importance de ses travaux et des résultats obtenus amène le gouvemement suédois à créer un Institut de Biochimie, dont Tiselius est le premier directeur.
Peu après 1940, il introduit avec ses collaborateurs la technique de l'analyse frontale, qui implique la mesure continue de l'indice de réfraction du liquide sortant d'une colonne chromatographique (3). Les modifications de l'indice de réfraction reflètent les changements de la composition du soluté entraîné hors de la colonne par le solvant. Cette méthode se révèle très utile pour la séparation et l'analyse quantitative des solutions de sucres, des hydrolysats, des protéines, etc. C'est cet ensemble de recherches qui lui vaut le prix Nobel. L'avantage primordial de ces méthodes réside avant tout dans leur spécificité et dans la douceur du traitement des matériaux étudiés. Ainsi en électrophorèse, durant toute l'opération de séparation, l'échantillon reste dans une solution dont la composition varie très peu, éliminant tous les risques de dénaturation et de modification irréversibles, si fréquents dans les séparations par précipitation. Un autre avantage est que l'on isole des produits homogènes, même après précipitation et recristallisation successives.
Enfin l'électrophorèse ne sépare que des particules libres. Si l'on est en présence d'une association moléculaire ou d'un complexe, la séparation n'est effective que dans le cas où ces demiers sont dissociés. Il peut arriver que l'électrophorèse sépare un composant homogène qui, dans d'autres conditions (traitements moins doux, variation du pH), s'avère de nature plus complexe. Lorsqu'il en est ainsi, l'électrophorèse présente un grand intérêt pour étudier les composés tels qu'ils se trouvent à l'état naturel ou dans un organisme vivant; c'est le cas pour les lipides dans les complexes lipido-protéiniques, qui d'un point de vue biologique jouent un r61e extrêmement important.
Les travaux de Tiselius ont eu des conséquences considérables sur le développement des méthodes analytiques en biochimie. Après l'électrophorèse libre ou de frontière, ont été successivement inventées l'électrophorèse de zone et l'électrophorèse en gélose. La première, découverte par Tiselius, Durrum, Enenckel et Cremer en 1950, permet d'obtenir selon les colorants utilisés des protéinogrammes totaux, des lipidogrammes et des glycoprotéinogrammes. La seconde a été décrite la même année par Gordon et ses collaborateurs. En 1952, P. Grabar et de Williams introduisirent l'immuno-électrophorèse, qui permet la dissociation des blocs protéiques. Enfin, en 1955, Snithies met au point l'électrophorèse en gel d'amidon, qui révèle par exemple les différences héréditaires dans les constituants sériques.
Fondée sur l'adsorption, l'analyse frontale de Tiselius, proposée en 1940, sera suivie d'un développement extraordinaire des méthodes chromatographiques, avec A. Martin et R. L. M. Synge en 1952 (4).
Après la Deuxième Guerre mondiale, Tiselius joua un très grand rôle dans les progrès de la science en Suède. Il est membre du Comité de la Force Atomique, du Conseil de la Recherche Médicale de l'Etat, de la Commission Royale pour l'Enseignement Supérieur, il assure par ailleurs la présidence du Conseil de Recherche dans les Sciences Naturelles, la vice-présidence du Conseil d'Administration de la Fondation Nobel. Il fait aussi partie du Comité Nobel de Chimie et de l'Académie des Sciences. En 1947, il devient l'un des vice-présidents de l'Union Intemationale de la Chimie.
Il est mort à Uppsala le 29 octobre 1971.
1. Voir le prix Nobel de chimie de 1926.
2. Le titre exact en est : The Moving Boundary Method of studying the Electrophoresis of Proteins.
3. Voir la notice sur Willstátter, prix Nobel de chimie 1915.
4. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1952.
Pour avoir contribué aux progrès de la thermodynamique chimique et en particulier pour avoir étudié les propriétés des corps à très basses températures.
(Niagara Falls, 1895 - 1982)
Avec Giauque, né le 12 mai 1895 à Niagara Falls, au Canada, le prix Nobel récompense à nouveau un physico-chimiste. Après avoir reçu une formation d'ingénieur et passé deux ans dans un laboratoire industriel, il s'inscrivit en chimie à l'Université de Califomie, où Gilbert N. Lewis l'intéressa aux poblèmes fondamentaux de la thermodynamique. Il soutint sa thèse de doctorat en 1922, puis étudia pendant plusieurs années l'influence du magnétisme sur l'entropie de nombreuses substances. Il montra que d'un point de vue thermodynamique les propriétés de la matière sont en relaiions réciproques, et que le changement de l'une d'elles influence les autres, permettant des interprétations très intéressantes. Il observa en particulier la désaimantation adiabatique du sulfate de gadolinium refroidi à l'5 K dans un champ magnétique de 8000 Oersteds. Après disparition du champ magnétique, le sel perd spontanément son magnétisme et, par suite de l'augmentation d'entropie qui en résulte, la température tombe à 0'25 K. Grâce à ce processus, en 1933, Giauque, en Califomie, et De Hass, en Hollande, ont obtenu des températures très proches du zéro absolu (1). C'est par cette méthode que le laboratoire de Leyde, en 1950, atteignit la température de 0'0014 K. Peu de temps après, on descendit jusqu'à 0'0004 K. Toutefois, malgré ces succès expérimentaux, l'analyse théorique montre que le zéro absolu est inaccessible.
Giauque fut également un théoricien de talent qui élabora des méthodes de calcul en thermodynamique statistique et en mécanique quantique pour mieux exploiter les résultats expérimentaux, contribuant ainsi à une connaissance plus approfondie de la structure de la matière. En effet, c'est en mesurant les entropies précises des composés que l'on peut découvrir parfois des propriérés inattendues. Tel fut le cas pour les isotopes de l'oxygène de masses 17 et 18. Giauque a pu prévoir leur existence, prévision qui se vérifia en 1929 à la suite des travaux qu'il effectua avec H. L. Johnsson.
Celui-ci avait mesuré les capacités calorifiques de l'oxygCne à basses t.empératures. En corrélation avec la détermination de l'entropie de cet élément, Giauque, utilisant les méthodes de la statistique quantique, calcula l'entropie de l'oxygène gazeux à partir des bandes intenses observées sur le spectre d'absorption. La valeur obtenue était en accord svec celle qui provcnait des mesures calorimétriques à basse température; cependant les spectres comportaient de nombreuses autres raies, de faible intensité, appartenant probablement à l'oxygène, et dont l'interprétation apparaissait délicate. Giauque remarqua que ces faibles raies se trouvaient également dans le spectre d'absorption de la lumière solaire traversant l'atmosphère, tel qu'il apparaissait sur les photographies réalisées par Babcock. On pouvait penser qu'il s'agissait de transitions correspondant à des niveaux énergétiques supérieurs de la molécule d'oxygène. Or si certaines de ces raies corroboraient cette interprétation, il n'en était pas de même pour les autres. Après plusieurs mois de réflexion, Giauque comprit que ces raies ne pouvait être dues qu'à la présence d'espèces isotopiques; des calculs minutieux qu'effectua Johnsson, et que lui-même confirma, montrèrent que l'oxygène de l'air renfermait les isotopes de masses 17 et 18.
Nommé professeur de chimie à l'Université de Californie en 1934, Giauque continua ses travaux sur les basses températures, ayant à sa disposition un laboratoire bien équipé. Durant la Deuxième Guerre mondiale, ses recherches théoriques et fondamentales trouvèrent une application dans la construction d'unités mobiles destinées à la production d'oxygène liquide. On sait que la température est la conséquence du mouvement moléculaire, et son repérage sur une échelle dérive de la mesure de l'expansion des gaz par chauffage. Il existe une limite à cette échelle, que l'on appelle le zéro absolu (fixé à -273°C), où tout mouvement moléculaire cesse. Nemst (2) avait tiré quelques applications très intéressantes de cet état hypothétique du zéro absolu, par exemple la liquéfaction de l'air et la production d'azote et d'oxygène liquides. En effet, lorsque l'on compresse de l'air, une partie de l'énergie cinétique des molécules est convertie en chaleur. Cette chaleur peut être cédée par absorption à un fluide réfrigérant. Lorsque l'on détend le gaz compressé et refroidi, une partie de l'énergie interne se convertit en énergie de mouvement moléculaire disposant d'un plus grand volume, ce qui abaisse la température. En répétant le cycle compression-refroidissement-expansion, on parvient à liquéfier l'air, qui peut à son tour servir de fluide réfrigérant permettant la condensation d'autres gaz comme l'hélium.
En exerçant un champ magnétique sur une substance paramagnétique, on augmente le degré de l'ordre du mouvement électronique. Cet effet croît inversement avec la température; il augmente d'environ 300 fois lorsqu'on passe de la température ambiante à l°K (Delta T – 300°). D'un point de vue physique, l'augmentation de l'ordre équivaut à une compression dégageant de la chaleur que l'on évacue au moyen d'un milieu réfrigérant (par exemple l'hélium à l°K). La suppression du champ magnétique diminue la température du composé paramagnétique; il correspond en effet au phénomène d'expansion d'un gaz. Grâce à ce procédé, on atteint les températures voisines du zéro absolu. Mais la mesure de ces basses températures pose également un problème. Jusqu'au point d'ébullition de l'hélium, on utilise des thermomètres à gaz; au-delà, on a dû inventer un nouveau type de thermomètre fondé sur la résistance électrique d'un métal pur. Toutefois cette méthode se tnuve elle-même confrontée à une nouvelle difficulté, car pour chaque métal il existe une température spécifique où l'échantillon devient supraconducteur avec une résistance électrique nulle.
L'un des prolongements des travaux de Giauque sera ainsi l'étude de la supraconductivité des métaux aux infra-températures, et la détermination des propriétés paramagnétiques des corps en fonction du mouvement de rotation des électrons autour de leur axe (spin).
Giauque mourut aux Etats-Unis le 28 mars 1982.
1. Cf. "Thermodynamic Treatment of Certain Magnetic Effects. A Proposed Method of Producing Temperatures Considerably below l' absolute", J. Am. Chem. Soc., 1927, 49, 1894-1870, et "Temperatures below l' absolute", Ind. Eng. Chem., 1936, 28, 743-750.
2. Voir le prix Nobel de chimie en 1920.
