| Prix
Nobel de 1985 à 1989 |
|
|
 |
1985 : Herbert A. Hauptman (1917 - ) et Jérôme Karle (1918 - ) |
 |
1986 : Dudley R. Herschbach (1932 - ), Yuan Lee (1936 - ) John Charles Polanyi (1929 - ) |
 |
1987 : Charles J. Pedersen (1904 - 1989), Donald J. Cram (1919 - ) et Jean-Marie Lehn (1939 - ) |
 |
1988 : Johann Deisenhofer (1903 - ), Robert Huber (1937 - ) et Hartmut Michel (1948 - ) |
 |
1989 : Sydney Altman (1939 - ) et Thomas Cech (1947 - ) |
Pour leurs travaux décisifs pour l'élaboration de méthodes directes permettant de déterminer la structure des cristaux.
(New York, 1917 – )
Herbert A. Hauptman est né le 14 février 1917 à New York. Ayant accompli ses études primaires et secondaires, il obtient en 1937 le dip16me de Bachelor of Science de mathématiques du City College de New York; il est reçu deux ans plus tard Master of Science dans la même spécialité à l'Université de Columbia. Après la guerre, il entreprend de travailler en collaboration avec Jér8me Karle tout en préparant à l'Université de Maryland un Ph. D. qu'il soutient en 1954.
Les travaux effectués avec Karle conduisent les deux chercheurs à formuler les fondements d'une nouvelle méthode directe d'études cristallographiques. Leurs idées fondamentales ont été détaillées dans leur monographie, Solution of the Phase Problem, I, The Central Symmetric Crystal, parue en 1953. En 1970, Hauptman rejoint le groupe de cristallographes de la Fondation médicale de Buffalo, établissement dont il assure la direction à partir de 1972, en remplacement de Dorita Norton, tout en continuant des travaux de recherche sur le problème des phases. Son ouvrage le plus important, Crystal Structure Determination : The Ro1e of the Cosine Seminvariants, est paru au Plenum Press de New York en 1972.
(New York, 1918 – )
Jerome Karle, né le 18 juin 1918 à Brooklyn (New York), dans une famille d'artistes, a étudié très tôt le piano et la danse, tout en se passionnant pour les matières scientifiques, et en pratiquant de nombreux sports. Dip16mé de l'Université de Harvard en 1938 et de l'Université du Michigan en 1942, il soutient en 1944 une thèse de Ph. D. préparée avec ardeur durant l'été 1943. Il rejoint alors l'équipe du Manhattan Project à l'Université de Chicago.
De retour à l'Université du Michigan, il s'intéresse aux projets de recherche du Laboratoire de la U.S. Navy. En 1946, il entre dans l'équipe du Naval Research Laboratory de Washington, qui travaillait sur la diffraction électronique des gaz. C'est là qu'il rencontre H. Hauptman; leur collaboration commence dès 1950 sur le problème de la détermination directe des structures cristallines. Depuis 1968, Jér6me Karle est responsable des recherches sur la structure de la matière au Laboratoire de l'U.S. Navy de Washington. De 1981 à 1984, il a présidé l'Union Intemationale de Cristallographie.
De leur collaboration sont nées des méthodes statis tiques, appelées méthodes directes, qui permettent la détermination de la structure de composés comportant un grand nombre d'atomes, et pouvant être aussi bien des molécules organiques ou organométalliques que des composés minéraux. La détermination rapide des structures tridimensionnelles a représenté un toumant décisif pour la radiocristallographie des années 1960-1970.
Pour mener à bien une telle étude, il faut d'abord disposer d'un monocristal de taille suffisante (- 0,5 mm). On le soumet à l'action d'un faisceau monochromatique de rayons X de longueurs d'onde voisines des distances interatomiques, et on observe la diffraction de ces derniers, qui est rendue possible par la régularité de l'empilement des molécules du cristal. Tout se passe en fait comme si les rayons X se réfléchissaient sur les plans d'atomes. L'enregistrement de ce phénomène conduit à une figure de diffraction constituée de milliers de taches régulièrement espacées et parfaitement définies. L'intensité et la position de ces taches sont les éléments de base du cristallographe. Pourtant l'image obtenue est bien éloignée de la réalité, car elle est en fait transformée par un opérateur mathématique; on la nomme "transformée de Fourier tridimensionnelle". Le problème du cristallographe consiste donc à calculer la transformée de Fourier inverse, ce qui lui permettra de reconstituer le cristal originel et d'en déterminer la structure moléculaire. Il est cependant loin d'être simple, car de nombreuses informations sont perdues au moment de l'enregistrement, qui ne décrit qu'une partie de la transformée de Fourier.
En réalité les facteurs de structure sont des nombres complexes représentés par un module ou par une phase. Or les intensités des taches observées ne foumissent aucune information sur les phases! Il a donc fallu élaborer des méthodes estimant un certain nombre de phases et calculer un modèle de structure approché que l'on confrontait avec l'expérience, et que l'on affinait par itérations successives (1). Toutes ces limitations rendaient difficile, dans les années 1950, la détermination des structures et les études se limitaient pratiquement aux composés minéraux très simples. Ainsi par exemple, il était impossible pour les cristallographes de travailler sur des molécules organiques.
C'est alors que Hauptman et Karle ont découvert les méthodes directes qui reposent sur deux arguments :
- d'une part, les atomes décelés par les rayons X sont des entités de densités électroniques distinctes et, en première approximation, occupent dans le cristal des positions compatibles avec les propriétés d'une distribution aléatoire;
- d'autre part, le nombre de facteurs de structure est très supérieur au nombre de paramètres à déterminer. Il faut mentionner ici les travaux de David Seyre et d'Isabelle Karle ga femme de Jér6me), qui ont aussi contribué à la mise au point de ces méthodes.
Celles-ci ont été introduites par la suite dans des programmes très sophistiqués de résolution de structures de plusieurs milliers, voire de dizaines de milliers de molécules.
Elles ont été rapidement utilisées par les physiciens, les chimistes et les biologistes. C'est cependant dans la détermination des structures de cristaux organiques qu'elles se sont avérées les plus efficace : sans elles, l'agencement de nombreux antibiotiques serait encore inconnu.
1. Deux méthodes étaient couramment utilisées pour déterminer les phases. La première, ou méthode d'essais et d'erreurs, utilisait un modèle de l'ensemble ou d'une partie de la molécule; mais le plus souvent éloignée de la réalité, elle donnait des résultats décevants. La seconde, celle de l'atome lourd, utilisée dans le cas d'un échantillon cristallin renfermant peu d'atomes riches en électrons, permettait d'amorcer le calcul par itération. Supérieure à la précédente, cette méthode nécessitait néanmoins l'introduction d'un atome lourd dans la molécule quand celle-ci en était dépourvue au départ, ce qui n'est pas toujours possible à réaliser.
Pour leur contribution à la dynamique des processus chimiques élémentaires.
Le prix Nobel de chimie de 1986 récompense les créateurs d'une nouvelle branche de recherche, qui a contribué à rapprocher conceptuellement chimistes et physiciens en s'intéressant à la dynamique réactionnelle, dont le but est l'étude de l'acte réactionnel élémentaire. Il s'agit de comprendre ce qui se passe lorsque des antagonistes chimiques se rencontrent, réagissent et se séparent sous la forme de produits de la réaction. Pour le première fois, des chimistes se sont posé et ont résolu les problèmes essentiels à la compréhension du mécanisme réactionnel entre deux molécules, ou éventuellement entre une molécule et un atome.
Retenons que l'Académie des Sciences de Stockholm couronne une nouvelle fois des travaux de pure recherche fondamentale en chimie moléculaire. Cela devrait faire réfléchir les partisans actuels du "tout appliqué".
(San José, 1932 - )
Dudley R. Herschbach est né à San José, en Califomie, le 18 juin 1932. Il étudie toutes les matières scientifiques enseignées à la Campbell High School. Très tôt, il s'intéresse à la chimie, grâce à son professeur J. Meischke, tout en montrant beaucoup de goût pour le sport. Le football américain lui a notamment inspiré cette boutade : "C'est probablement la pratique du football qui m'a guidé dans l'étude des collisions moléculaires." Entré à l'Université Stanford en 1950, il obtient son dip18me de Bachelor of Science en méthématiques en 1954, et de Master of Science en chimie l'année suivante. Il travaille alors sur "les facteurs pré-exponentiels théoriques dans les réactions bimoléculaires" sous la direction de Harold Johnston (1). Il continue ses études à Harvard où, en 1958, il soutient un Ph. D. en chimie physique sur "les rotations intemes des molécules étudiées dans le proche infrarouge". Après avoir effectué de nombreux séjours dans plusieurs laboratoires, son intérêt se porte sur l'étude des réactions élémentaires. En 1959, il devient assistant à l'Université de Berkeley, et il y est nommé professeur associé en 1961. C'est là qu'il étudie le mécanisme d'action des atomes alcalins sur les iodures d'alkyle. De retour à Harvard en 1963, il se consacre à l'étude de la dynamique réactionnelle, et c'est quatre ans plus tard qu'il accueille dans son groupe Yuan Lee, qui, avec deux ingénieurs, J. Fenu et J. Anderson, est chargé de construire le fameux réacteur à jets croisés.
Herschbach s'est également intéressé aux réactions en phase liquide soumise à l'influence des ultrasons, ainsi qu'aux interactions moléculaires en milieu liquide soumis à des pressions élevées. Tous ces travaux ont été explicités théoriquement sur la base des calculs des structures électroniques des partenaires réactionnels.
(Hsinchu, 1936 - )
Yuan Lee, né à Hsinchu le 19 novembre 1936, est le premier chercheur originaire de T'aï-wan à avoir été récompensé par l'Académie des Sciences de Stockholm. Il commence ses études primaires sous la domination japonaise (2) ; elles sont interrompues par la Seconde Guerre mondiale, au cours de laquelle la population de Hsinchu est déplacée à l'arrière dans une région montagneuse. C'est donc après la guerre, une fois T'aï-wan restituée à la Chine, qu'il peut continuer ses étude à Hsinchu. Il pratique aussi nombre de sports, tout en lisant de nombreux ouvrages sur la littérature, les sciences sociales et les sciences physiques.
C'est la lecture d'une biographie de Marie Curie qui le décide à se lancer dans une carrière scientifique. Il entre alors à l'Université nationale de T'aï-wan en 1955 pour y commencer des études de chimie. Etant parmi les meilleurs étudiants, il peut entreprendre des recherches sur la séparation du strontium et du baryum par électrophorèse pour obtenir le titre de Bachelor of Science. Il poursuit ses études à l'Université nationale de Tsinghua à partir de 1959, et se voit attribuer le dip18me de Master of Science après avoir présenté un mémoire sur les radioisotopes naturels. Il reste comme chercheur dans cette Université auprès du professeur C. H. Wong, et travaille sur la détermination de la structure du samarium tricyclopentadiényle par rayons X. En 1962, il se rend à l'Université de Berkeley où, avec le professeur Bruce Mahan, il étudie l'excitation électronique des atomes alcalins par ionisation chimique. Ses travaux sur les réactions ion-molécule, montrant plus spécialement la dynamique du choc et de la dispersion moléculaire, sont tout à fait remarquables. Après avoir obtenu son Ph. D. en 1965, il continue à travailler au sein de l'équipe de Mahan, et s'intéresse au processus dynamique de la réaction
N2+ + H2 --> N2H+ + H
En février 1967, îl va rcjoindre, comme nous l'avons vu, le groupe de collaborateurs du professeur D. Herschbach à Harvard. C'est là qu'il va travailler sur les réactions à "faisceaux moléculaires" du type Cl- + Br2 --> BrC1 + Br- (1967). Il accepte alors un poste d'assistant, d'abord dans le département de chimie de Harvard, puis, en octobre 1968, au J. Franck Institute de l'Université de Chicago. Il y mène une brillante carrière, obtenant une chaire de professeur en janvier 1973. Cependant, dès 1974, il retoume à Berkeley, où on lui offre, avec un poste de professeur de chimie, la direction du Lawrence Berkeley Laboratory of the University of California. Il prend la même année la nationalité américaine. Aujourd'hui, dans un laboratoire exceptionnellement équipé, Yuan Lee poursuit ses recherches sur la dynamique des réactions, les phénomènes photochimiques et les études en specOoscopie moléculaire. De jeunes chercheurs du monde entier se pressent pour venir effectuer chez lui leur stage post-doctoral. Professeur honoraire à 7aï-wan, à Beijing et à Shangaï, il entretient les meilleures relations avec les deux Chines.
D. Herschbach et ses collaborateurs ont entrepris dès 1961 à Berkeley des travaux pour réduire des réactifs (atomes, ions, molécules, radicaux libres, complexes moléculaires, etc.) sous forme de faisceaux moléculaires se propageant dans le vide en ligne droite comme des rayons lumineux. Ainsi, lorsque l'on croise deux faisceaux auxquels ne participe qu'un couple de particules isolées, on recueille des renseignements de tout premier ordre sur l'intimité de la réaction.
A partir de 1968, Yuan Lee, son élève, fut chargé de raffiner cette technique dite "des jets croisés", qui consiste à envoyer l'un contre l'autre deux faisceaux de molécules A et B, tout en s'arrangeant pour qu'au moment du choc il y ait une collision unique entre A et B. L'affaire est loin d'être simple. Pour réaliser ces expériences, il fallut construire des réacteurs imposants équipés de pompes très puissantes, tout en faisant preuve d'une certaine débrouillardise, puisque Yuan Lee utilisa un injecteur de Mercedes comme valve rapide afin de travailler avec des faisceaux moléculaires pulsés. L'enthousiasme et la ténacité de l'équipe ont permis de rassembler une quantité exceptionnelle de résultats en dynamique réactionnelle, dont les plus importants sont :
- la vitesse des particules réactives et des particules résultantes;
- l'orientation préférentielle des véactifs;
- l'angle de séparation des produits par rapport à la direction de rencontre des réactants;
- les niveaux de l'énergie ntationnelle et vibrationnelle des molécules;
- les états électroniques et les composantes de structure fine des réactants et des produits.
Toutes ces expériences ont été effectuées sur un grand nombre de réactions entre molécules, atomes et ions.
Depuis le début des années 1980, Herschbach travaille sur les interactions moléculaires de faible énergie au sein des complexes de Van der Waals. Quant à Yuan Lee, il a surtout étudié les réactions unimoléculaires où l'espèce excitée se dissocie en fragments eux-mêmes excités ou ionisés. Il a publié, en 1986, un important ouvrage sur la photodissociation du CH2BrI.
(Berlin, 1929 - )
Fils du célèbre chimiste hongrois Michael Polanyi (3), John Charles Polanyi est né en 1929 à Berlin. En 1933, ses parents émigrèrent en Angleteme, où il fit toutes ses études. Il a obtenu son dip18me de Bachelor of Science en 1949 et son Ph. D. en 1952 à l'Université de Manchester. Durant deux ans, il est boursier post-doctoral au Centre National de Recherche, à Ottawa (Canada), puis, les deux années suivantes, professeur associé à l'Université de Princeton. En 1956, il retoume au Canada pour y occuper successivement les fonctions de lecteur, assistant, professeur associé et enfin, à partir de 1962, professeur à l'Université de Toronto, où il exerce toujours. Il a reçu de multiples distinctions honorifiques. Outre ses mémoires scientifiques, John Polanyi s'est attaché aux problèmes d'ordre éthique posés par le progrès scientifique et celui des armements, domaines auxquels il a consacré de nombreux articles. Il a aussi été en 1970 producteur du film Concepts in Reaction Dynamics, et coauteur, en 1979, du livre The Dangers of Nuclear War. Savant de renommée intemationale, John Polanyi consacre donc en même temps une importante partie de son activité à la réflexion sur les responsabilités des scientifiques et à la défense de la paix.
Son itinéraire est quelque peu différent de celui des deux autres lauréats. Il s'est intéressé aux réactions qui interviennent pendant le millionnième de millionnième de seconde (picoseconde) que dure la collision des réactants. Indépendamment de la méthode des jets croisés, il a mis au point une technique fondée sur l'effet de chimioluminescence infrarouge, afin de déterminer l'évolution des caractères énergétiques des réactants et des produits de la réaction. Cette méthode analyse le faible rayonnement infrarouge que produisent les molécules nées au cours de la réaction.
Avec ses collègues, J. C. Polanyi a d'abord travaillé sur la réaction entre l'hydrogène et le chlom (4). Il en a tiré une série de zègles qui sont des prescriptions sur la meilleure façon de réaliser telle ou telle réaction en se fondant sur son état de transition. Son équipe a en effet été la premièm à observer directement et à caractériser specuoscopiquement un état de transition d'une réaction. Depuis ces dernières années, elle étudie les phénomènes de catalyse hétémgène.
L'oeuvre des trois lauréats a vite suscité de nombmux continuateurs. Les informations recueillies jusque là ne portaient que sur ce qui se passe avant et apzès la formation des complexes intermédiaires; il s'agit donc maintenant de connaItre les événements qui se produisent au coeur même de la réaction, c'est-à-dire suivre des phénomènes qui se déroulent à une échelle de temps de l'ordre de la femtoseconde (10-15 s).
Une telle méthode vient d'être publiée par Ahmed Zewail et ses collaborateurs; elle a été mie au point au Caltech (California Institute of Technology), à Pasadena. L'étude d'une réaction chimique a été conduite en deux étapes : la réaction est d'abord déclenchée par une première impulsion laser dite "de pompage" ; puis un des produits de la réaction est analysé par une seconde impulsion laser, dite "de sonde".
Le grand mérite de Zewail est de sonder le point où se produit la réaction chimique par une impulsion lumineuse provenant d'un laser ultrarapide, dont la longueur d'onde correspond à celle d'une raie d'absorption de l'une des molécules produites par la réaction. Cette molécule, qui a absorbé une partie de l'énergie lumineuse du laser, la réémet par fluorescence sous la forme d'un rayonnement lumineux que l'on analyse grâce à un spectromètre optique. Cette technique a été utilisée r6cemment par les chercheurs du Caltech pour suivm les différentes étapes de la formation du radical OH par action de l'hydrogène sur le dioxyde de carbone (complexe de collision : HOCO).
Grâce à cette technique, il est désormais littéralement possible de sonder le coeur des réactions chimiques.
l. Il lui rendra un juste hommage dans le curriculum vitae rédigé à l'occasion de la cérémonie de remise du prix Nobel.
2. L ile de ï"aï-wan (ou de Formose) a été conquise en 1894 par le Japon, qui l'a annexée l'année suivante. C'est à la Conférence du Caire (1943) que Chang Kaï-chek s'est vu promettre sa restitution. Après 1949, hle est devenue le siège de la Chine nationaliste. Le Japon n'y a renoncé officiellement qu'en 1951.
3. Michael Polanyi a été à l'origine des travaux qui ont permis à Henry Eyring de formuler, en 1935, la théorie de cinétique chimique connue sous l'appellation de "théorie de l'état de transition", et universellement acceptée depuis lors. Cet état de transition de la réaction se situe au sommet d'une courbe de l'énergie que doivent posséder les réactifs pour franchir la barrière de potentiel, faute de quoi la réaction ne se produit pas.
4. Cette réaction, rappelons-le, a permis à G. Pimental de découvrir le premier laser chimique.
Pour l'élaboration et l'utilisation de molécules exerçant, avec une haute sélectivité, une interaction spécifique.
Le comité Nobel de chimie a su reconnaftre en cette année 1987 les travaux scientifiques de deux prestigieuses équipes universitaires et la grande découverte faite par un chimiste discret du secteur industriel. On pourrait qualifier ces trois lauréats d'architectes, de constructeurs de molécules, puisqu'ils ont conçu et réalisé des substances chimiques tout à fait révolutionnaires. Les molécules élaborées ont la caractéristique commune de posséder une cavité inteme (molécules creuses) et de pouvoir envelopper diverses espèces chimiques. Aussi les chercheurs américains parlent-ils de la chimie de "l'hôte et l'invité"; Jean-Marie Lehn préfère utiliser les termes de "récepteur" et de "substrat".
(Fusan, 1904 - 1989)
Charles Pedersen est né à Fusan, en Corée, le 3 octobre 1904, de parents norvégiens. Venu aux Etats-Unis à l'âge de dix-sept ans, il y effectue ses études supérieures. Reçu Master of Science en chimie organique du Massachussets Institute of Technology (MIT) en 1927, il entre la même année chez Du Pont de Nemours, où il fera toute sa carrière, partant à la retraite en 1969. Il a pris la nationalité américaine en 1953.
Pedersen a effectué d'importants travaux en chimie organique, principalement sur le plomb tétraéthyle (l'additif antidétonant des carburants automobiles), et sur la stabilisation de divers hydrocarbures. Il s'est également intéressé à la photochimie de composés organiques. Mais la part la plus remarquable de ses travaux est la découverte des éthers-couronnes.
Cette extraordinaire aventure a débuté dans les années 1950. Dès 1951, on avait signalé que les sels de sodium et de baryum solubles dans l'éther fluoré F.C. 75 et le benzène, mais insolubles dans l'eau, étaient fabriqués par des métabolites acides provenant de spectromyces non identifiés. Dix-sept ans plus tard, deux gmupes de chercheurs travaillant indépendamment caractérisèrent l'un de ces métabolites en déterminant la structure cristalline de son sel d'argent (1); la structure enroulée n'aurait pas pu être élucidée par voie chimique. L'enveloppe du sel est constituée de groupes hydrophobes. Ce corps, initialement appelé >c4, a été rebaptisé nigéricine par les Américains, et polyéthérine A par les Japonais. Cet antibiotique insoluble dans l'eau se dissout dans les solvants apolaires. Ces composés agissent en inhibant la respiration des mitochondries.
On découvrit par la suite des métabolites fongiques qui favorisent la respiration et l'acceptation du potassium. Ce sont des corps macrocycliques neutres de constitution chimique variable : certains sont des depsipeptides (exemple : la valinomycine); d'autres, des macrotétralides (exemple : la nonactine). Leur particularité est d'avoir une attirance pour le potassium plut6t que pour le sodium. Les études cristallines monttent que le ligand (2) s'enroule autour autour du potassium et remplace les molécules de solvatation, de sorte que les groupes hydrophobes se retrouvent à la périphérie du complexe.
Cest en 1967 que Pedersen réussit la première synthèse de polyéthers macrocycliques donnant des complexes avec les sels métalliques alcalins. Cette découverte a eu lieu tout à fait par hasard : dans un laboratoire de recherches de la Du Pont de Nemours, Pedersen essayait de mettre au point un nouveau procédé de polymérisation de composés éthyléniques en utilisant des catalyseurs formés de complexes du vanadium. Lors de la préparation du composé qui s'assemble avec le vanadium, il isolait à chaque opération une quantité minime d'un produit secondaire qui se trouvait posséder, de façon tout à fait surprenante, la propriété d'un composé organique : 6tre soluble dans certaines solutions aqueuses salines. C'est là que se révéla la chance de Pedersen, qui chercha tout de suite à comprendre ce comportement inhabituel. Il en arriva à la conclusion qu'il se trouvait en présence d'un nouveau type de composé, un "éther-couronne", ayant des molécules cycliques, ou en anneau, dont la cavité centrale est circulaire et où peuvent venir se loger des espèces chimiques chargées positivement, les cations alcalins par exemple.
Les premiers complexes du type couronne ont été étudiés structuralement en 1970 par Bright et Truter, qui ont montré qu'il s'agissait d'un complexe du benzo-18-corona-6. La m6me année, Pedersen proposait une autre façon de cemer le cation par le ligand dans les complexes 1:2, qui pourraient être de véritables "molécules sandwiches". Sa publication de 1967 avait bouleversé tout un chapibe de la chimie (3). Il lui avait fallu quelques années de travail achamé pour défricher ce nouveau domaine.
(Cherster, 1919 - )
Donald J. Cram est né à Cherster, dans
le Vermont, le 22 avril 1919. Au terme de ses études
supérieures, il a obtenu son doctorat de chimie à Harvard en
1947. La même année, il est nommé professeur de chimie à
l’Université de Los Angeles. Universitaire de grande
qualité, il a été sollicité comme conseiller par
d’importantes sociétés, telles que Up John, Union Carbide
et Eastman Kodak. C’est avant tout un spécialiste de la
stéréochimie, domaine qui, depuis Le Bel et Pasteur, n’a
cessé d’être d’actualité.
Il a suivi de près les travaux de Pedersen. De son côté, il a synthétiser divers éthers-couronnes capables de capturer non seulement des cations, mais également des molécules organiques. Son plus grand mérite reste néanmoins d’avoir expliqué les mécanismes mis en jeu dans l’interaction moléculaire entre l’hôte » et « l’invité », pour reprendre sa terminologie.
Il a également cherché à montrer l’utilité pratique de cette découverte. Il a ainsi eu l’idée astucieuse de séparer, grâce aux éthers-couronnes, des acides aminés dits chiraux, qui, comme on le sait, se présente sous deus formes, la droite et la gauche. Or si la nature choisit toujours entre ces deux formes, la synthèse en laboratoire conduit au contraire à leur confusion et il est très difficile de les séparer. Cram a préparé des éthers-couronnes capables de capturer une seule variété de ces acides aminés, mettant ainsi au point une nouvelle méthode de séparation qui va connaître un grand développement et rendre service dans de nombreux domaines de la chimie. C’est à l’âge de 50 ans et avec une toute petite équipe de chercheurs post-doctoraux qu’il a ainsi entrepris de faire table rase de ses travaux antérieurs, et de commencer des recherches dans cette toute nouvelle voie.
Il a mis au point, plus récemment, une nouvelle série de molécules appelées sphérandes. Celles-ci ont pour particularité d’avoir une rigidité accrue, donc de constituer des cavités indéformables, de dimensions strictement définies, accroissant ainsi la sélectivité vis-à-vis de « l’invité ».
(Rosheim, 1939 - )
C’est la première fois qu’un
français reçoit le prix Nobel de chimie depuis Irène et
Frédéric Joliot-Curie. Né à Rosheim (Bas-Rhin) le 30
septembre 1939, Lehn a fait toutes ses études supérieures à
l’Université de Strasbourg, où il obtient sa licence ès
sciences. En qualité de chercheur au C.N.R.S., il se lance alors
dans la préparation, sous la direction du professeur Ourisson,
d’une thèse de doctorat d’Etat sur les terpènes. A
cette époque, le laboratoire venait d’acquérir un
spectromètre de résonance magnétique nucléaire performant, un
A-60, sur lequel Lehn entreprit d’exercer ses talents.
En 1963, il part effectuer un stage post-doctoral à Harvard, chez R.B. Woodward, où il réalise un petit morceau de l’énorme molécule de la vitamine B 12. Cette synthèse est un chef-d’œuvre. Lehn, en y participant, apprend à reconstituer artificiellement une molécule composée de centaines d’atomes.
Réussir, c’était apporter la preuve qu’il n’y a pas de frontière entre l’inerte et le vivant, que le second peutêtre fabriqué à partir du premier. Il s’en fallu de peu que Lehn n’ait accepté à cette époque un poste de professeur qui lui était proposé dans la prestigieuse Université américaine : « j’avais pratiquement signé » reconnu-t-il après son retour. Il s’est en définitive ravisé, et, revenu à Strasbourg, il y a été nommé maître de conférences en 1966, et trois ans plus tard professeur titulaire à titre personnel ; il dirige alors un laboratoire de chimie organique physique associé au C.N.R.S. Plus la moitié des étudiants dont il s’entoure viennent de l’étranger : son souci de pédagogue se double d’un désir constant d’échanges internationaux.
Jean-Marie Lehn occupe depuis 1979 la chaire de chimie des interactions moléculaires au Collège de France. Il est devenu membre de l’Académie des Sciences en 1985. Il tient également un rôle de conseiller auprès du groupe Rhône-Poulenc. Il a d’autre part enseigné à temps partiel à l’Université de Harvard et au polytechnicum de Zurich.
Il a été lauréat d nombreux prix et a reçu de multiples distinctions honorifiques. Son refus d’un nationalisme étroit s’est une nouvelle fois affirmé lorsqu’il a dit, à propos de son prix Nobel : « C’est un travail qui a été distingué, pas un pays. » La chimie ignore les frontières.
En 1969, les recherches de Lehn s’orientent vers la synthèse de molécules creuses tridimentionnelles, beaucoup plus proches des composés naturels que ne le sont les couronnes planes. Comme il le dit lui-même : « Mon attirance pour les phénomènes biologiques m’amena à me demander comment un chimiste pouvait contribuer à l’étude des manifestations biologiques tout en restant chimiste. »
L’une des manifestations qui l’intriguait beaucoup était la possibilité, pour certains composés organiques de permettre à des ions sodium ou potassium de traverser les membranes biologiques (comme le font par exemple les antibiotiques). C’est ainsi qu’avec ses collaborateurs, il crée de véritables cages moléculaires qu’il baptise cryptants (du grec kryptos, qui signifie « caché »). Ces molécules offrent des cavités dont les tailles sont ajustables à volonté, et qui peuvent reconnaître et emboîter les ions et certaines molécules simples avec une très grande sélectivité. Des vulgarisateurs parlent de la synthèse d’une « serrure conçue pour accueillir une clef et une seule ». Cette expression pittoresque est encore insuffisante, car dans ce cas la serrure et la clef présentent l’une pour l’autre une très grande affinité : plongées dansz un mélange, elles vont se reconnaître et s’imbriquer l’une dans l’autre. Or c’est exactement ainsi que fonctionne la chimie du vivant ! Chaque atome ou molécule se fixe spontanément sur le site qui lui convient ; et l’anticorps, l’enzyme, la vitamine ont tous une place exacte où exercer leur fonction chimique. Le but que s’était fixé Lehn est donc atteint au-delà de ses espérances.
Les premiers cryptants préparés renfermaient
des cavités circulaires tapissées intérieurement d’atomes
d’oxygène. 
Comme les éthers-couronnes, ils capturaient les ions alcalins et alcalino-terreux avec une précision jamais atteinte auparavant. Si tel cryptant, par exemple, retenait parfaitement le potassium , il ne retenait pas le lithium (trop petit) ni le césium (trop gros). Avec son équipe, Lehn prépare ensuite une nouvelle famille de molécules creuses capables d’enrober des ions de métaux lourds avant de préparer des substances aux géométries plus complexes présentant la forme de tonnelets.
Grâce à leur faculté d’envelopper des ions et des molécules, les cryptants peuvent avoir de nombreuses applications. Certains d’entre eux ont, par exemple, été utilisés pour décontaminer des souris dont l’organisme recelait du strontium radioactif sans en faire varier le taux de calcium ; d’autres pourraient servir au contrôle du taux de lithium dans l’organisme de personnes dépressives ; n’oublions pas non plus leur application à la séparation des isotopes radioactifs.
Les cryptants cylindriques peuvent fixer et transporter sélectivement des éspèces chimiques capables d’avoir des applications en catalyse et de permettre l’étude des catalyseurs naturels que sont les enzymes.
Lehn a donné une nouvelle dimension à la chimie en faisant appelle à la notion de comportement moléculaire, de reconnaissance, de répulsion, d’action et de réaction. Cette chimie constitue, comme il l’a dit lui-même en mars 1980 lors de sa leçon inaugurale au Collège de France, « tout sociologie des populations moléculaires. »
Grâce aux trois lauréats 1987, on sait désormais fabriquer sur mesure des molécules invraisemblables aux propriétés surprenantes.
Pour leurs travaux sur l'étude de la structure de protéines impliquées dans la photosynthèse, créant une nouvelle méthode d'analyse des fonctions biologiques.
Le prix 1988 récompense trois chercheurs de la République Fédérale Allemande d'alors et qui ont réussi à déterminer, atome par atome, la structure du complexe protéique membranaire d'une bactérie. Cette découverte permet aujourd'hui de mieux comprendre les mécanismes photosynthétiques et d'en aborder l'étude à propos de divers micro-organismes, des algues et des plantes. C'est une porte ouverte sur de nouvelles recherches concemant de nombreuses protéines membranaires encore mal connues.
(Zusamaltheim, 1943 - )
Johann Deisenhofer, né à Zusamaltheim, le 30 septembre 1943, ce Bavarois jovial prépare, puis soutient sa thèse en biochimie à l'Institut Max Planck de Martinsried en 1974. Il y poursuit ses travaux au sein de l'équipe de biochimie jusqu'en 1987. Il s'est installé aux Etats-Unis en 1988, et travaille à l'Institut médical Howard Hughes, à Dallas; c'est là qu'il a appris que le prix Nobel de chimie lui était attribué, ainsi qu'à ses deux collaborateurs restés en Allemagne.
(Munich, 1937 - )
Robert Huber est également né en Bavière, à Munich, le 20 février 1937. Après des études secondaires et supérieures dans sa ville natale, il est nommé en 1963 Directeur de Recherche à l'Université Technologique de Munich. Il entre en 1972 à l'Institut Max Planck de Martinsried, où travaillait déjà Deisenhofer, et il y occupe les fonctions de chef de division en biochimie. Quatre ans plus tard, il se voit offrir une chaire de professeur à l'Université Technologique de Munich, poste qu'il cumule, à partir de 1987, avec celui de Directeur de l'Institut Max Planck de Martinsried.
(Ludwigsburg, 1948 - )
Hartmut Michel, le plus jeune des trois lauréats, est né à Ludwigsburg, dans le land de Bade-Würtemberg, le 18 juillet 1948. Docteur en 1977, il rejoint deux ans plus tard l'Institut Max Planck de Martinsried. Il y travaille jusqu'en 1988, année où il est promu au poste de chef de division à l'Institut de biophysique Max Planck de Francfort-sur-le-Main.
La photosynthèse est le mécanisme par lequel les plantes ou d'autres organismes utilisent l'énergie solaire pour produire, à partir de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone, les composés organiques nécessaires à leur survie. Autrement dit, c'est la réaction qui transforme l'énergie lumineuse en énergie chimique. Pour cela, elle a principalement recours à deux constituants cellulaires : les pigments spécifiques ges chlorophylles, par exemple) et les protéines dites "de transfert d'énergie". Malheureusement pour l'analyste, ces deux constituants s'organisent en structures assez complexes dans les membranes biologiques, et sont de ce fait à peine connus malgré leur grande importance.
La première difficulté réside dans leur nature membranaire hydrophobe, qui s'oppose à leur dissolution dans l'eau, donc à la recristallisation qui permettrait d'obtenir des échantillons susceptibles d'être soumis à l'analyse cristallographique. Leur insolubilité vient du fait que ces protéines sont associées aux lipides des membranes, d'où l'importance des travaux de Hartmut Michel, qui a réussi à percer le secret des centres de réactions photosynthétiques d'une bactérie grâce à l'emploi de détergents particuliers et de divers artifices chimiques qu'il serait hors de propos d'exposer ici en détails.
De leur côté, les techniques du génie génétique ont permis d'égrener la séquence des acides aminés constituant la protéine. Mais ces techniques ne foumissent pas d'informations sur le mode d'insertion de la protéine dans les lipides membranaires. L'informatique a aussi beaucoup aidé le biochimiste, car elle a rendu possible l'évaluation de l'énergie nécessaire à l'insertion d'un segment de séquences acido-aminées dans la membrane, le modèle retenu étant un segment enroulé en hélice qui s'enfonce d'une longueur suffisante pour traverser la couche lipidique. Cependant, si les travaux sur ordinateur rendent assez bien compte des observations expérimentales, ils n'ont pas valeur probante quant à la description de la structure de ces complexes.
La collaboration étroite des trois lauréats a apporté une contribution décisive dans ce domaine.
Tout a commencé en 1981, lorsque Hartmut Michel, qui travaillait auprès de Dieter Oersterhelt à l'Institut Max Planck de Munich, eut isolé les cristaux tridimensionnels du complexe protéique photosynthétique de la bactérie Rhodopseudomonas viridis (1). Afin d'étudier la structure de ces cristaux, il s'adressa à Johann Deisenhofer, qui effectuait des recherches au laboratoire de cristallographie de Robert Huber, à Munich. Après trois années d'efforts, le premier article de la série parut dans la célèbre revue britannique Nature (2). La structure spatiale du complexe était déterminée avec une résolution de 0,3 nm! La représentation graphique à partir des données cristallographiques est tout à fait remarquable. On apprend simultanément l'emplacement de quatre protéines constituantes, la séquence de leurs acides aminés, la position des pigments photosensibles et les longueurs des protéines enchâssées dans la membrane et repliées en forme d'hélice.
Il a alors été possible d'expliciter le mécanisme de fonctionnement du complexe lipido-protéique, à la fois capteur de lumière et stockeur d'énergie chimique. Le processus réactionnel est le suivant : un premier pigment absorbe un photon; en corollaire, une paire de molécules bactériophylles émet un électron qui se déplace de proche en proche sur les autres pigments pour 6tre finalement capté par une molécule hydrophobe, la plastoquinone. Lorsque celle-ci capte un second électron, elle fixe alors deux protons provenant de la protéine-cytoplasme extramembranaire, ce qui a pour conséquence de la reduire en un quinol. La réduction chimique de la quinone en quinol n'est ni plus ni moins que la première étape de la transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique. A son tour, la paire de molécules de départ récupère l'électron perdu en s'appropriant celui que lui cède une protéine fixée énergétiquement sur le centre réactionnel. Tout ce mécanisme n'est possible que si les pigments sont favorablement positionnés, ce qui permet aux électrons de circuler du cytoplasme extérieur vers la surface inteme de la membrane où se déroule la réaction de réduction (protonation).
L'analyse a montré que les protéines fixées sur les pigments sont au nombre de quatre : le cytoplasme extérieur, d'une part, et trois autres protéines que l'on désigne par les lettres majuscules L.M.H., et qui font partie intégrante du complexe. Ces trois protéines hélicoïdales comportent une partie transmembranaire. Les hélices jouent un rôle important, car elles foumissent un échafaudage sur lequel se fixent les pigments photosensibles qui s'orientent pour capter avantageusement la lumière sans participer directement à la réaction photochimique.
Le bon accord entre les résultats obtenus pas les trois chercheurs et les hypothèses retenues antérieurement a consacré la méthode utilisée, qui constitue maintenant un nouvel outil pour les biochimistes s'intéressant au mode de repliement de nombreuses pntéines dont il reste à déterminer la structure. De la généralisation des conclusions dépendra l'importance de cette découverte.
Quelles retombées pratiques peut-on attendre de ces résultats? La réponse se trouve dans les préoccupations actuelles de l'un des lauréats, qui cherche à déterminer le mécanisme d'action des herbicides sur les plantes.
Cette découverte a également suscité des recherches dans plusieurs laboratoires à travers le monde. Ainsi, en France, le laboratoire de photosynthèse de Gif-sur- Yvette étudie la structure du centre photosynthétique du Rhodobacter sphéroïde.
1. Les résultats de ces travaux sont décrits dans J. Mol. Biol., 1982, 158, 567.
2. Nature, 1985, 318, 618.
Pour leurs travaux sur les propriétés catalytiques de l'acide ribonucléique.
(Montréal 1939 - )
Sydney Altman est né le 8 mai 1939 à Montreal au Canada. Aujourd'hui il travaille dans le département de biologie à l'Université de Yale dans le Connecticut. C'est ici, au début des années soixante-dix, qu'il a commencé ses recherches sur les acides ribonucléiques (ARN). Depuis une vingtaine d'années un grand nombre de publications sont parues dans ce domaine et pourtant il restait à résoudre plusieurs problèmes fondamentaux dont celui d'apporter une réponse à la question : Comment l'expression de l'information génétique est-elle réglée au niveau cellulaire de telle sorte que soient synthétisées les diverses protéines nécessaires à la vie ainsi que leurs quantités respectives adéquates ?
Les résultats obtenus par Altman l'ont amené à formuler la nouvelle hypothèse qu'un acide nucléique n'est pas uniquement - comme on l'admettait - un facteur détenteur et transmetteur de l'information nécessaire à la formation des protéines mais qu'il se comporte simultanément comme un véritable catalyseur, propriété réservée jusque-là aux seuls enzymes. La première publication d'Altman sur ce sujet ne passa pas inaperçue dans le cercle des enzymologistes. Certains l'adoptèrent spontanément mais nombreux furent ceux qui mstèrent sceptiques. Il arriva m6me que quelques spécialistes des acides nucléiques soupçonnaient Altman d'avoir tout simplement commis des erreurs de manipulation en omettant d'éliminer complètement les protéines, seules responsables des mécanismes cellulaires. Il est vrai qu'à cette époque l'idée qui prévalait, voulait que les propriétés extraordinaires des êtses vivants résultaient de l'action des acides nucléiques, détenteurs de la "mémoire" ou de "l'information" et de protéines qui détiennent la "fonction active" régie par la mémorisation des acides ribonucléiques.
Autrement dit les protéines se comportent comme des réactifs et les acides nucléiques n'interviennent qu'en qualité de co-facteurs participant aux mécanismes catalytiques vitaux. On ignorait également lequel de ces deux partenaires détient le rôle initiateur : l'ARN est-il le fruit des réactions inter-protéines ou au contraire est-il à l'origine de leur synthèse ? g'énigme de l'oeuf et de la poule). On comprend dans ces conditions l'accueil sceptique réservé à l'interprétation des résultats obtenus par Altman. Son hypothèse sera brillament confirmée peu de temps après par les travaux menés indépendamment aux Etats-Unis par Thomas CECH.
(Bolden, 1947 - )
Thomas Cech est né à Bolden dans le Colorado aux Etats-Unis le 8 décembre 1947. Il fit ses études, commença ses recherches et les poursuit aujourd'hui à l'Université de l'Etat du Colorado. En 1980, il entreprend des travaux sur un protozoaire appelé Tetrahymena Puriformis. Les résultats confirment que la seule présence d'un ARN est suffisante pour déclencher une réaction cellulaire ce qui revient à dire que dans l'ARN la "mémoim" et la "fonction" catalytiques sont inscrites dans une seule et même molécule.
L'importance de cette découverte est primordiale. La biologie moléculaire vient de se doter d'une nouvelle méthode pour étudier les mécanismes qui modifient par exemple un gène normal ou proto-oncogène en un gène oncogène ou si l'on préfère un cancérigène. La poursuite de leurs travaux a mis à la disposition des biochimistes un nouveau procédé pour "sectionner" les longues structures moléculaires des acides nucléiques pour ensuite pouvoir "ressouder" certains éléments de la chaîne, avec le privilège d'éliminer les chaihons considérés comme indésirables. Bref, un nouveau concept est né celui de passer du simple au complexe en biologie. Aujourd'hui de "nouveaux outils moléculaires" existent et s'adaptent à des opérations extrêmement difficiles et prévues d'avance par surcroit !
Depuis les découvertes d'Altman et de Cech de nombreuses équipes s'empressent d'élargir cette brèche que viennent d'ouvrir nos deux lauréats du prix Nobel 1989. Plus d'une cinquantaine de proto-oncogènes ont été décrits et si l'on ajoute les gènes dont les fonctions oncogènes n'ont pas été démontrées on dénombre plus d'une centaine. Selon leur fonction on les classe en : protéines de signalisation intracellulaire, protéines nucléiques, facteurs de croissance, r6cepteurs membranaires de ces demiers facteurs.
Aujourd'hui ces travaux pénètrent l'immunologie, l'endocrinologie, la neurophysiologie, le contr61e de l'expression génétique, la cancérologie. La découverte des oncogènes apporte de grands espoirs pour mettre au point de nouveaux traitements du cancer. Le lecteur comprendra que l'on est encore loin d'avoir tout résolu, mais une nouvelle voie est ouverte pour s'attaquer à ce terrible fléau.
Les applications de ces découvertes dans l'industrie pharmaceutique sont tout aussi intéressantes : synthèses de nouvelles molécules à propriétés curatives hautement spécifiques, élaboration de structures appartenant au monde vivant et qui assurent leur propre évolution sous le contr81e permanent de l'expérimentateur, etc... Cette importance exceptionnelle des travaux d'Altman et de Cech fut judicieusement soulignée par le porte-parole du jury du comité Nobel de Chimie lorsqu'il a déclaré : "Les découvertes d'Altman et de Cech changeaient fondamentalement la conception des processus vitaux au niveau moléculaire et qu'en conséquence de nouveaux chapitres des ouvrages de biochimie devaient être totalernent revus et corrigés".
