Thomas Burr Osborne

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Thomas Burr Osborne (5 de agosto de 1859 – 29 de enero de 1929) fue un bioquímico que, junto con Lafayette Mendel, descubrió de forma independiente la vitamina A, aunque finalmente se atribuyó el mérito a Elmer McCollum y Marguerite Davis, ya que habían presentado su artículo tres semanas antes.

Es conocido por su trabajo de aislamiento y caracterización de las proteínas de las semillas y por determinar las necesidades nutricionales de proteínas. Desarrolló su carrera en la Estación Experimental Agrícola de Connecticut.

Infancia y educación

Thomas Burr Osborne nació en New Haven, Connecticut, el 5 de agosto de 1859, hijo del abogado Arthur Dimon Osborne y nieto del representante estadounidense Thomas Burr Osborne.

Recibió su educación temprana en la Escuela de Gramática Hopkins. Desde joven, prestaba poca atención a los juegos u otras distracciones, ya que su mayor deleite era deambular por los bosques y pantanos en busca de aves. Adquirió rápidamente un conocimiento íntimo de sus hábitos y acumuló una valiosa colección de especies locales.

Uno de sus compañeros en estas expediciones escribió: «Estaba intensamente interesado en todos los aspectos de la Historia Natural y conocía las plantas y los animales tan bien como las aves, aunque tal vez dedicamos más tiempo a la recolección de aves. No sé cuán grande era su colección de pieles de aves, pero debe de haber sido importante». Muchas de las notas y observaciones de Osborne sobre la vida de las aves están registradas en la «Revisión de las Aves de Connecticut» publicada por C. Hart Merriam en 1877, y algunas de las pieles de su colección todavía existen en posesión de Henry H. Townshend de New Haven.

Fue alentado en sus actividades científicas por su tío, Eli Whitney Blake, Jr., profesor de física en la Universidad de Brown. Las cartas de su tío se refieren al examen microscópico de la tierra diatomácea, a la disección de almejas y a otros temas científicos.

Quizás la carta más entretenida de estas fue escrita el 5 de marzo de 1877 y contiene una descripción completa del teléfono inventado recientemente por Alexander Graham Bell. Osborne utilizó esta información en la preparación de un ensayo escolar en el que describió el teléfono e incluyó un diagrama y un modelo funcional.

En el ensayo, se refirió al hecho de que estuvo presente cuando el Dr. Bell demostró en Providence que la música y la voz humana podían transmitirse a través de cables desde Boston.

Educación superior

Osborne planeaba continuar su educación en la Universidad de Cornell, donde se ofrecían instalaciones para el estudio de la ciencia en el plan de estudios académico. Sin embargo, fue disuadido y en 1877 comenzó sus estudios en Yale, siguiendo así las tradiciones de una familia de graduados de Yale que se remontaban en una línea casi ininterrumpida a su tatarabuelo, Ebenezer Dimon, quien se graduó en 1728.

El estudio requerido de filosofía moral y las materias clásicas en Yale tenían poco atractivo para él, y no es sorprendente que sus actividades extracurriculares ocuparan gran parte de su atención en ese momento. A pesar de esto, recibió nombramientos de coloquio en ambos años júnior y sénior, y fue miembro de Psi Upsilon y de Skull and Bones; recompensas que implican logros destacados.

Fue presidente de la Sociedad de Historia Natural de Yale durante los últimos tres años de su curso, y las copias sobrevivientes de los documentos leídos en algunas de las reuniones indican que este era un grupo de jóvenes serios que aprovechaban la oportunidad de discutir temas científicos. Es interesante notar que varios de ellos más tarde destacaron en diversos campos y, además de Osborne, al menos cinco de ellos se convirtieron en miembros de la Academia Nacional.

Primeros desarrollos industriales

La actividad más importante de Osborne durante su carrera universitaria fue completamente extracurricular. A través de un amigo de la escuela cuyo padre era un molinero destacado, se familiarizó con un problema que había surgido en la industria de la molienda de harina.

El método existente para la purificación de los productos intermedios de molienda era insatisfactorio en algunos aspectos, y los molineros estaban ansiosos por encontrar un proceso más económico. La adherencia de la ceniza de tabaco a un lápiz de gutapercha que usaba para presionar el contenido de su pipa sugirió a Osborne que la diferencia en las propiedades eléctricas de las partículas en el trigo molido podría utilizarse como base para un método de separación.

Se diseñó una máquina en la que los productos intermedios pasaban bajo rodillos hechos de goma cuyas superficies se cargaban electrostáticamente al hacer que los rodillos giraran en contacto con almohadillas de lana de oveja. Se agregaron dispositivos para agitar los productos intermedios y para eliminar y recoger las partículas más ligeras del salvado que volaban y se adherían a los rodillos electrificados.

A Osborne se le otorgó una patente estadounidense No. 224719 por esta máquina el 17 de febrero de 1880, y poco después se le otorgaron patentes estadounidenses y extranjeras que cubrían la invención original y ciertas mejoras a él y a sus asociados. El purificador eléctrico de productos intermedios se utilizó con éxito durante varios años en varios molinos, pero finalmente fue reemplazado por otras máquinas.

Estudios en química

Osborne obtuvo su licenciatura en 1881. En ese momento, la carrera más prometedora para un hombre con inclinaciones científicas parecía ser la medicina, por lo que se inscribió en la escuela de medicina y estudió durante un año. Como esto no resultó de su agrado, en 1882 ingresó en la escuela de posgrado y comenzó a estudiar química bajo la supervisión del Profesor W. G. Mixter.

Al año siguiente, fue nombrado asistente de laboratorio en química analítica y tuvo la oportunidad de emprender investigaciones químicas originales. Preparó dos trabajos sobre la separación analítica del zinc que se publicaron bajo su nombre en 1884. En 1885 presentó una tesis sobre «La Determinación Cuantitativa del Niobio», por la cual se le otorgó el grado de doctor. Permaneció en Yale otro año, dedicado a la investigación y la enseñanza.

En mayo de 1886, a invitación de S. W. Johnson, profesor de química agrícola en la Sheffield Scientific School de Yale y director de la Estación Experimental Agrícola de Connecticut, se convirtió en miembro del personal científico de la estación. Ese mismo año, se casó con Elizabeth Annah Johnson, la hija del Profesor Johnson.

Durante los años que siguieron, Osborne gradualmente asumió la vida de un investigador científico. Un influjo que tuvo efectos más profundos en su vida madura fue el ejercido por su ilustro suegro. Los dos hombres estaban unidos por lazos de la naturaleza más cercana. Johnson fue su mentor y maestro, el director de sus primeras investigaciones y un íntimo colaborador.

Osborne se convirtió en el alumno más eminente de Johnson, el modelo de los principios, en la formación de investigadores en la ciencia agrícola, a los cuales Johnson dedicó su vida. Estuvieron en contacto diario durante casi treinta años, Johnson, el erudito, el maestro de la literatura, el administrador; Osborne, el pensador claro y lógico, el investigador determinado, el experimentador cuidadoso.

Carrera científica

Primeros estudios sobre química vegetal

Cuando Osborne llegó al laboratorio de la estación experimental, Johnson llevaba algún tiempo trabajando en el estudio de los azúcares obtenidos por la hidrólisis de diversas gomas vegetales. Había preparado varias de estas sustancias, pero no había logrado contar con los servicios de un analista capacitado para llevar a cabo combustiones para la determinación del carbono e hidrógeno. El primer encargo que se le dio al nuevo asistente fue el análisis de estas preparaciones.

Pronto se estableció su naturaleza como azúcares pentosas. Sin embargo, en vista de la publicación del descubrimiento de Kiliani de que la arabinosa era un azúcar de cinco carbonos y de las extensas investigaciones de sustancias similares que se estaban llevando a cabo en Alemania, Johnson no publicó los resultados.

Durante varios años, Osborne se ocupó de varios problemas de química agrícola. Desarrolló el llamado método del vaso de precipitados para el análisis mecánico del suelo y participó en el trabajo analítico general de la estación. También acondicionó el pequeño laboratorio casero que solía usar su suegro y durante varios años pasó muchas noches realizando trabajos comerciales privados.

Proteínas vegetales

La aprobación de la Ley Hatch en 1887 puso fondos federales a disposición de investigaciones científicas en las estaciones experimentales estatales. Este aumento en los recursos limitados de la estación de Connecticut permitió una expansión de sus actividades, y uno de los primeros proyectos emprendidos fue el estudio de las proteínas vegetales.

Para comprender cómo surgió esta investigación, es necesario retroceder hasta el año 1853, cuando Johnson fue estudiante durante unos meses bajo la tutela de Erdmann en Leipzig. Uno de los asistentes de Erdmann era Heinrich Ritthausen, un joven que más tarde se interesó por las proteínas vegetales y, en 1872, publicó un libro titulado «Die Biweisskorper der Getreidearten, Hulsenfruchte und Olsamen«, en el que se describía una cantidad asombrosa de investigaciones originales sobre las proteínas de las semillas.

El trabajo de Ritthausen continuó hasta principios de la década de 1890, pero fue poco apreciado tanto en Alemania como en este país. Entre los pocos que comprendieron su importancia se encontraba Johnson, quien recordaba su conocimiento de la época de estudiante como un investigador serio y confiable, pero estaba convencido de que eran necesarios estudios aún más exhaustivos para comprender las relaciones de las proteínas de las semillas entre sí y su valor en la nutrición humana y animal.

Finalmente, en 1888, surgió la oportunidad de emprender este trabajo. En Osborne, Johnson tenía un asistente altamente capacitado y capaz que ya había demostrado su capacidad para la investigación independiente. Los fondos necesarios habían estado disponibles.

Un día de vacaciones en agosto de ese año, mientras caminaba cuesta arriba hacia su casa de verano en Holderness, New Hampshire, con su yerno, Johnson propuso emprender una investigación de las proteínas de las semillas. El problema sería responsabilidad de Osborne y, en las nuevas condiciones, podría dedicar todo su tiempo a ello.

El hombre más joven asintió con entusiasmo y, unas semanas después, comenzó los estudios que continuarían durante el resto de su vida. Muchos años antes, J. P. Norton, que había sido maestro de Johnson en Yale, había publicado dos trabajos sobre las proteínas del grano de avena. Este grano también fue investigado por Kreusler en 1869, pero no había sido estudiado por Ritthausen. Dadas estas circunstancias y su gran importancia económica, se eligió el grano de avena para la investigación inicial.

El trabajo de Osborne sobre las proteínas vegetales se divide en tres fases. Desde 1889 hasta 1901, el interés principal se centró en la preparación de muestras puras de las proteínas de las semillas de plantas. La investigación del grano de avena, publicada en 1891, fue seguida por una serie de trabajos en los que se describían las proteínas de no menos de treinta y dos diferentes semillas. Al menos cinco de ellas, el lino, el frijol adzuki, el guisante, la soja y la semilla de algodón, fueron estudiadas por primera vez por él. Se descubrió que cada semilla producía varias proteínas diferentes y cada una de ellas se preparaba, cuando era posible, mediante varios métodos diferentes. Se emplearon todos los métodos disponibles para garantizar que las preparaciones representaran material homogéneo lo más idéntico posible a la proteína tal como se encontraba en la semilla.

El único criterio de pureza y singularidad de las preparaciones de proteínas que se conocía en ese momento era el análisis final del material para carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. Más adelante se hizo evidente que este criterio solo era completamente inadecuado y, dado que el reconocimiento de esta insuficiencia se debió en gran medida a Osborne y representa realmente un punto de inflexión en la historia de la química de las proteínas, puede ser útil discutirlo más detenidamente.

Tipos de proteínas vegetales

Los primeros trabajos pioneros de Beccari, Rouelle, Fourcroy, Einhof y Gorham sugirieron que existen cuatro tipos principales de proteínas vegetales: las albúminas, que son solubles en agua y coagulan con el calor, las caseínas vegetales, las fibrinas vegetales y las proteínas solubles en alcohol que tienen algunas propiedades en común con la gelatina.

Las similitudes entre estos tipos de proteínas vegetales y las proteínas más conocidas de la sangre y la leche dieron lugar a la idea, claramente expresada por Liebig y respaldada por escritores posteriores como Gerhardt y Kolbe, de que de hecho solo existen cuatro tipos de proteínas en la naturaleza: albúminas, caseínas, fibrinas y gelatinas, y que estas se encuentran tanto en plantas como en animales.

Según esta opinión, era fácil explicar el valor de los alimentos vegetales en la nutrición de los animales y, además, la noción era filosóficamente satisfactoria ya que tendía hacia la simplificación de la naturaleza. A medida que pasaba el tiempo, surgieron ciertas dudas de que las relaciones entre las proteínas vegetales y animales fueran tan simples como se pensaba, pero cuando Osborne comenzó sus estudios, la mayoría de los científicos estaban convencidos de que el número total de proteínas diferentes en la naturaleza era muy limitado.

Además, se sostenía casi universalmente que las proteínas de diferentes fuentes tenían un valor nutritivo igual. Solo unos pocos años antes, Johnson había afirmado explícitamente en una publicación oficial de la estación que, según la creencia general, los albúminoides vegetales no diferían mucho en su efecto nutritivo.

Identificando proteínas

Las extensas investigaciones de Ritthausen se habían planificado para demostrar que las proteínas de tipo similar de diferentes semillas son idénticas entre sí. Sin embargo, descubrió que existen al menos dos tipos diferentes de proteínas vegetales, a las que llamó legumina y conglutina, proteínas que hoy se clasifican como globulinas.

Las proteínas solubles en alcohol tampoco encajaban perfectamente en el esquema de identidad general, y Ritthausen había llegado a la conclusión de que la gliadina del trigo es una mezcla de varias proteínas constituyentes que difieren en su solubilidad en diferentes concentraciones de alcohol. Se consideraba que las proteínas solubles en alcohol de cebada y maíz eran mezclas de estos mismos componentes, pero en diferentes proporciones relativas.

Esta era la situación cuando comenzaron las investigaciones de Osborne. A medida que se estudiaban semilla tras semilla y aumentaba el número de proteínas cuidadosamente preparadas y altamente purificadas, quedó claro que muchas de ellas ya no podían agruparse bajo un nombre común, ya que eran sustancias distintas en realidad.

Por lo tanto, se acuñaron designaciones específicas y los nombres más antiguos se reservaron para aquellas proteínas a las que se les había aplicado por primera vez. Esta aclaración de la nomenclatura ha sido de inmenso ayuda para introducir un cierto orden en un tema casi irreversiblemente confuso. Gradualmente, se desarrolló el principio de que las diferencias entre las proteínas son más importantes que las similitudes y la búsqueda de criterios para diferenciar y caracterizar estas sustancias se persiguió con mayor y mayor energía.

Diferencias entre globulinas

En 1892, Osborne describió globulinas cristalizadas obtenidas a partir de seis semillas diferentes y concluyó que las globulinas de la nuez de Brasil y la avena son sustancias claramente diferentes. Sin embargo, las globulinas de la semilla de cáñamo, la semilla de ricino, la semilla de calabaza y la semilla de lino eran muy similares. Él dijo: «Actualmente es imposible afirmar que estas cuatro globulinas son iguales, pero dado que existen diferencias entre diferentes preparaciones de globulina de la misma semilla tan grandes como las que se encuentran entre las globulinas de estas diferentes semillas, el escritor está dispuesto a considerar que estas cuatro globulinas son idénticas».

Más tarde, en 1894, se demostró que las globulinas amorfas del trigo, el maíz y la semilla de algodón tenían la misma composición última que estas cuatro globulinas cristalinas, y escribió: «como las propiedades de las preparaciones obtenidas de todas estas fuentes son sustancialmente similares, no puede haber duda de que un proteído único existe en todas ellas. Para esta sustancia adoptamos el nombre Edestin del griego eSeords que significa comestible, dada su presencia en tantos alimentos importantes».

En 1896, Osborne señaló que las globulinas de la almendra y el durazno son tan similares que se tenía poca duda sobre su identidad, y que las globulinas de la nuez y el avellano parecían ser idénticas entre sí, pero diferentes de la edestina presente en las siete semillas mencionadas anteriormente.

Las diferencias que describió habían sido pasadas por alto por investigadores anteriores y todas estas proteínas habían sido agrupadas bajo el nombre de vitelina vegetal, un término que, a la luz de esta nueva investigación, Osborne propuso abandonar, ya que estaba «asociado con muchas afirmaciones erróneas sobre su ocurrencia, composición y características».

En ese momento, había preparado «seis proteínas perfectamente distintas que habían sido confundidas bajo el nombre de vitelina o conglutina». Estas seis eran edestina derivada de semillas de cáñamo, semillas de ricino, semillas de calabaza, semillas de lino y semillas de algodón, amandina de la almendra y el durazno, corilina de la nuez y la avellana, excelsina de la nuez de Brasil, avenalina de la avena y conglutina de las semillas de lupino.

En 1898, un artículo sobre el guisante, la lenteja, la haba y la veza describió las proteínas legumina, vicilina y legumelina. Estas cuatro semillas todas produjeron preparaciones de la globulina legumina entre las que no se detectaron diferencias esenciales, y las preparaciones de legumelina con apariencia similar a una albúmina también eran muy similares entre sí. Se encontró una proteína designada como vicilina en los tres primeros nombres. Legumelina parecía estar presente de manera similar en las semillas de adzuki y soja, así como en la semilla de caupí.

Los artículos que describen estas investigaciones son técnicos y a menudo largos; sin embargo, poseen una propiedad casi única en la temprana literatura de proteínas. Las operaciones se describen de manera tan minuciosa y cuidadosa que es posible repetir el trabajo de Osborne hasta el último detalle y obtener preparaciones que coincidan exactamente con las que él describió.

Proteínas vegetales y animales

La investigación de las proteínas de reserva de las semillas en comparación con las proteínas de origen animal proporcionó una ventaja significativa sobre los esfuerzos por aislar proteínas con propiedades específicas de las mezclas complejas en los tejidos animales.

Hasta tan tarde como 1911, muy pocas proteínas animales se habían caracterizado claramente como sustancias químicas definidas. En contraste, Osborne demostró desde temprano que muchas proteínas de semillas eran químicamente distintas y, además, las preparaciones eran reproducibles en cualquier momento. Incluso había logrado cristalizar varias globulinas, destacando la idea de que estas proteínas eran sustancias definidas que merecían la seria atención de los químicos.

Hasta 1899, el enfoque principal de Osborne estaba en la preparación de proteínas de diversas fuentes. Sin embargo, en ese año, comenzó a someter su extensa colección de materiales a un examen químico más crítico y detallado. Esto marca el comienzo de una segunda fase de su trabajo, un período en el que las propiedades de las proteínas se convirtieron en el asunto de mayor importancia y que culminó en los análisis de aminoácidos detallados que sentaron las bases para los estudios de nutrición de sus últimos años.

El primer artículo en el que se hace evidente este cambio de interés mostró que la proteína cristalina edestina de la semilla de cáñamo forma dos compuestos distintos con ácido clorhídrico, que la solubilidad de la edestina en ácido aumenta en una relación directa con la cantidad de ácido presente y que esta y varias otras globulinas vegetales cristalizadas neutralizan proporciones definidas de ácido.

En otras palabras, el comportamiento de estas proteínas era el que se esperaría de sustancias básicas de composición fija. Este fue uno de los objetivos hacia los que se dirigieron los cuidadosos estudios descriptivos, una demostración de que algunas proteínas, al menos, tienen muchas de las propiedades de sustancias químicas definidas. La posición aquí tomada se fortaleció con otros artículos en los que se demostró que las proteínas exhiben muchas evidencias de capacidad para sufrir una disociación electrolítica y participar en reacciones iónicas.

Caracterización de proteínas

Estas investigaciones dejaron en claro la necesidad de una caracterización química más completa de las diferentes proteínas. La antigua perspectiva, que limitaba estrechamente el número total de proteínas vegetales, era manifiestamente insuficiente, ya que un período relativamente corto de investigación intensiva aumentó considerablemente la cantidad de tipos de proteínas que se podían preparar a partir de semillas. Pero ¿cuál debería ser el siguiente paso? Había una gran cantidad de material diversificado disponible. ¿Cómo debía abordarse?

Es interesante notar cómo, durante el período de 1899 a 1903, Osborne probó primero una pista y luego otra, obteniendo resultados importantes en sí mismos pero que no contribuyeron mucho al problema central. Trabajó en proteínas de huevo, en el ácido nucleico del embrión de trigo y en el contenido de azufre de las proteínas. Los datos de este último artículo se utilizaron en una discusión del posible peso molecular de las proteínas y aún se emplean para este propósito.

Finalmente, la sugerencia necesaria se obtuvo de los resultados extraordinarios de Drechsel, Hedin, y de Kossel y su aplicación sencilla al análisis aproximado de proteínas por parte de Hausmann en Alemania. Cuando las proteínas se hierven con ácido fuerte, se descomponen lentamente en sustancias cristalinas relativamente simples, los aminoácidos. Se han obtenido al menos veintiún sustancias de este tipo a partir de proteínas, y la mayoría de las proteínas producen quince o más de estos.

Kossel abordó el problema desde el punto de vista de los aminoácidos y estableció el principio de que el análisis de proteínas se podía realizar de manera más efectiva mediante la separación y estimación cuantitativa de estos derivados más simples. En particular, desarrolló un método mediante el cual se podían determinar los tres aminoácidos básicos arginina, histidina y lisina. Con dos excepciones, todos los aminoácidos conocidos derivados de proteínas contienen un grupo α-amino; los tres aminoácidos básicos contienen nitrógeno adicional en otras partes de la molécula, combinado en estructuras básicas que tienen propiedades diferentes de las del grupo amino. Por lo tanto, está claro que hay varias formas diferentes de combinación de nitrógeno en la molécula de proteína.

Primeros esquemas de análisis de proteínas vegetales

Esta idea había sido captada por Hausmann, quien en 1899 propuso un esquema simple de análisis de proteínas mediante el cual se podía determinar la proporción del nitrógeno total presente en cada una de las tres formas bien marcadas.

El método de Hausmann encontró una considerable crítica negativa, pero atraía a Osborne como un medio por el cual se podía obtener fácilmente conocimiento adicional de las proteínas y como un útil paso preliminar al análisis mucho más elaborado de los aminoácidos básicos de acuerdo con el procedimiento de Kossel. Pronto quedó claro que, aunque el método podría no proporcionar resultados absolutos precisos, sí proporcionaba resultados comparativos valiosos cuando se utilizaba en condiciones adecuadas.

Se emprendieron estudios de la reacción de triptófano, la reacción de Molisch, los límites de solubilidad en soluciones salinas y la rotación específica de diferentes proteínas. A partir de 1906, con la ayuda de varios colaboradores, Osborne llevó a cabo una serie de análisis de la composición de aminoácidos de las proteínas utilizando el método de Kossel para los aminoácidos básicos y el método de destilación de éster de Fischer para los aminoácidos mono.

Estos estudios establecieron un estándar para este tipo de trabajo, que solo se ha superado desde la introducción, en los últimos años, de métodos considerablemente mejorados para tratar ciertos aminoácidos. Característicamente, Osborne volvió una y otra vez al análisis de algunas de las proteínas, como la caseína, la gliadina y la zeína, que tienen una importancia económica especial, aumentando cada vez la suma de los componentes mediante el uso de técnicas más refinadas.

Para 1908, cuando se publicó el artículo sobre «Las Diferentes Formas de Nitrógeno en las Proteínas», se habían acumulado datos que indicaban claramente que la mayoría de las proteínas conocidas podían caracterizarse satisfactoriamente mediante los métodos de análisis de aminoácidos, junto con un estudio de las propiedades físicas. En una revisión de su propio trabajo publicada en ese momento, Osborne declaró: «Al considerar la posición de nuestro conocimiento actual sobre las proteínas de las semillas, primero se debe considerar la cuestión de la individualidad química.

Ahora estamos mucho más allá del momento en que la concordancia en solubilidad, composición última y reacciones de color se aceptaría como evidencia de la identidad de dos preparaciones de proteína. No es necesario explicar por qué actualmente no es posible demostrar la individualidad química de ninguna proteína, ya que las razones son evidentes para todos los que consideren esta cuestión desde el punto de vista del químico orgánico.

Si bien no es posible establecer la individualidad de ninguna proteína, es posible mostrar diferencias entre las diversas formas que se pueden aislar y establecer una constancia de propiedades y composición última entre precipitaciones fraccionadas sucesivas que no dan motivo para creer que la sustancia sea una mezcla de dos o más individuos.

«En base a la idea de que la concordancia en la composición última no ofrece evidencia de la identidad de dos proteínas similares, pero que las diferencias distintas y constantes en la composición son evidencia concluyente de que no son iguales, he tratado de diferenciar las diversas proteínas de las semillas que he estudiado y las he sometido a comparaciones cuidadosas en lo que respecta a sus propiedades físicas y la proporción de sus productos de descomposición, de modo que aquellas que son similares en sus caracteres más evidentes se han distinguido aún más entre sí. Si estas son de hecho entidades químicas individuales, deberá esperar el desarrollo de nuevos métodos de estudio. Por el momento, deben aceptarse como las unidades más simples con las que podemos trabajar».

Diferencias entre proteínas

En la actualidad, probablemente no hay ningún investigador cualificado en proteínas que esté preparado para afirmar que dos proteínas de diferentes fuentes son idénticas en todos los aspectos. Ciertamente, existen algunos pares o grupos pequeños de proteínas, especialmente las de diferentes variedades de maíz o las gliadinas de trigo y centeno, cuyas diferencias no son más notables que las diferencias entre dos preparaciones de la misma proteína. Incluso las pruebas biológicas extremadamente delicadas para detectar diferencias a veces no logran discriminar entre ellas; pero argumentar a partir de esto que no hay ninguna diferencia en absoluto implica que se sabe más sobre estas proteínas de lo que es realmente el caso.

En gran medida, como resultado de las cuidadosas caracterizaciones de las proteínas de semillas realizadas por Osborne, ahora se sostiene generalmente que cada tipo de célula vegetal y animal tiene su propio conjunto de proteínas específicas. Si bien existen similitudes en muchos casos y, de hecho, a veces son muy evidentes, la identificación rigurosa entre proteínas de origen diferente no es posible en la actualidad.

La demostración de que las proteínas difieren ampliamente en su composición de aminoácidos y el conocimiento definitivo de esta composición que se había obtenido, volvieron la atención de Osborne en 1908 a un problema que se había insinuado en algunos de sus primeros trabajos y que había tenido en mente casi desde el principio. En 1902 había escrito: «El animal puede … sintetizar proteínas a partir de una mezcla de productos cristalizables producidos por la descomposición de proteínas.

Dado que existe una diferencia tan amplia entre las proporciones en las que los diferentes grupos de productos son producidos por las diferentes proteínas alimentarias, esta síntesis debe consistir en algo más que una recombinación de las diversas fracciones de la molécula de la proteína alimentaria; debe implicar una alteración más o menos extensa de estas fracciones y la conversión de una en otra antes de que el número necesario de grupos de naturaleza adecuada esté disponible a partir de los cuales se pueda construir la nueva molécula».

Sin embargo, se dio cuenta de que hasta que se pudiera obtener en abundancia material puro y uniforme y su composición se estableciera mediante análisis químico, una investigación de las propiedades nutritivas comparativas de las proteínas era inútil. Las marcadas diferencias que ahora se hicieron evidentes en la composición de muchas de las proteínas sugerían que sus valores biológicos podrían ser igualmente diferentes.

Propiedades nutricionales de las proteinas

En 1909 comenzó esta tercera fase del trabajo en colaboración con el Profesor Lafayette B. Mendel de la Universidad de Yale; sus esfuerzos conjuntos continuaron sin interrupción hasta que Osborne se retiró en 1928.

La investigación de las propiedades nutritivas de las proteínas implicó el desarrollo de una técnica para alimentar a pequeños animales individuales que permitiera mediciones precisas de la ingesta de alimentos. Esto se logró con éxito, pero los primeros experimentos en los que se alimentaron proteínas aisladas puras, junto con azúcar, almidón, manteca y una mezcla de sales inorgánicas, mostraron que no se producía un crecimiento normal de los animales jóvenes, aunque se podía mantener a los animales maduros, así como a los jóvenes, durante períodos considerablemente largos.

El crecimiento de los animales jóvenes se podía obtener fácilmente cuando se suministraba leche en polvo entera seca junto con almidón y manteca. Esto parecía indicar que la leche contenía algo esencial para el crecimiento además de la proteína. Se hizo la suposición preliminar de que el factor faltante podría ser suministrado por los componentes inorgánicos de la leche, y se descubrió pronto que se podía lograr un crecimiento excelente cuando se añadía en cantidades suficientes el suero de leche evaporado, del cual se habían eliminado la caseína y la lactoalbúmina, la llamada «leche libre de proteínas», a una dieta de proteína aislada, almidón y manteca.

Con la ayuda de este material, una amplia investigación reveló grandes diferencias en la alimentación de animales con diferentes proteínas. Los animales fallaron rápidamente con zeína y gelatina, se mantuvieron a un peso constante con hordeína, gliadina de centeno y trigo, pero crecieron bien con edestina, glutenina de trigo, lactoalbúmina o caseína.

Trabajos posteriores mostraron que el fracaso de los animales con una dieta de zeína se debió a la falta de los aminoácidos triptófano y lisina en esta proteína; cuando se suministraron, el crecimiento ocurrió. Del mismo modo, la gliadina podía ser adecuada para el crecimiento mediante una adición de lisina en la que esta proteína era conspicuamente deficiente.

El uso de leche sin proteínas en las dietas estuvo acompañado de ciertas dificultades. No estaba completamente libre de nitrógeno y no se podía reemplazar con éxito por una mezcla artificial de sales que imitara la composición de las cenizas de la leche lo más cercanamente posible. Además, los animales alimentados con esta dieta durante largos períodos finalmente dejaron de crecer y disminuyeron rápidamente de peso. En todos los casos, tales animales podían recuperar una tasa de crecimiento normal al cambiar a una dieta que contenía leche en polvo entera, y el fracaso final con la leche sin proteínas se podía retrasar o evitar al alimentar con leche en polvo entera durante intervalos cortos ocasionales.

Un examen de la composición de los dos tipos de alimentos reveló que la diferencia más notable radicaba en la presencia de grasa de leche en el alimento seco. El experimento pronto demostró que la adición de mantequilla a una dieta de caseína, almidón y leche sin proteínas era suficiente para permitir un crecimiento normal hasta la madurez. Cuando se agregó mantequilla a una dieta de leche desnatada en polvo en la que se había descubierto que los animales eventualmente fracasaban, se produjo una realimentación completa.

Estos resultados se publicaron en 1913. El artículo que los describe se presentó a la revista Journal of Biological Chemistry aproximadamente tres semanas después de un artículo de McCollum y Davis en el que se presentaban resultados similares obtenidos mediante el uso de un extracto etéreo de yema de huevo y mantequilla. Las observaciones indicaban que en la mantequilla se encuentra alguna sustancia esencial para el crecimiento de los animales. Esta sustancia se denominó posteriormente como vitamina A.

Al año siguiente, se hizo la importante observación de que el mismo estímulo de crecimiento se podía lograr mediante la adición de aceite de hígado de bacalao a una dieta de sustancias alimenticias purificadas y leche sin proteínas, un descubrimiento que sirvió para centrar la atención en el valor de este aceite, en particular como agente curativo para la peculiar afección ocular conocida como xeroftalmia, que Osborne y Mendel encontraban regularmente en animales con dietas deficientes. Al final de la guerra, la vista de muchos niños en Europa se preservó gracias a su uso, un ejemplo notable de la aplicación de resultados científicos a problemas prácticos.

Las posteriores y extensas contribuciones de Osborne y Mendel y sus colaboradores a la ciencia de la nutrición solo pueden ser indicadas. Se dedicó mucho esfuerzo al estudio del valor nutricional de las proteínas de los alimentos de importancia comercial, y este trabajo proporcionó una explicación racional de muchas prácticas que la experiencia empírica había demostrado ser ventajosas. Se estudió la distribución de las vitaminas en los productos alimenticios naturales y se logró un considerable éxito en el esfuerzo por preparar un concentrado rico en vitamina B a partir de levadura.

Se prestaron atenciones en diferentes momentos a los fenómenos de crecimiento, su supresión y aceleración bajo varios regímenes, el efecto de los constituyentes inorgánicos individuales de la dieta y muchos otros temas. La notable influencia de trazas mínimas de ciertas sustancias orgánicas, cuya presencia o ausencia en la dieta determina el éxito o el fracaso de la nutrición, llamó la atención sobre la importancia de investigar los constituyentes de las células vivas.

Esto llevó a un estudio detallado de extractos de la planta de alfalfa y de la levadura, ambas fuentes valiosas de vitaminas. Gran parte de la información obtenida no llegó a la etapa de publicación, pero se obtuvo una demostración impactante de la complejidad del entorno químico en el que se desarrolla la vida de la célula.

Otros descubrimientos en la química de proteinas

Sería incorrecto asumir que el interés de Osborne en la química fundamental de las proteínas disminuyó a medida que se adentró más profundamente en los misterios de la nutrición animal. Surgieron innumerables problemas químicos como resultado del trabajo de alimentación y exigieron solución.

Tal es el caso, por ejemplo, del descubrimiento en 1913 de la lisina entre los productos de hidrólisis de la gliadina: su presencia había pasado desapercibida para observadores anteriores, incluyendo él mismo. Un estudio de los constituyentes de la leche en 1917 reveló una nueva proteína soluble en alcohol diluido, la primera proteína animal que poseía esta propiedad en ser encontrada. Sus relaciones anafilácticas se desarrollaron en colaboración con el Profesor H. Gideon Wells en 1921 y se demostró que era distinta de las otras tres proteínas de la leche.

La división de la presente discusión del trabajo de Osborne en tres partes que corresponden a los períodos en los que estuvo principalmente interesado en la preparación, el análisis y las propiedades biológicas de las proteínas ha implicado la omisión de referencia a varias líneas de investigación que tenían menos relación directa con el tema principal.

Osborne descubre el acido tritico

En 1900, Osborne realizó una contribución fundamental a la química de los ácidos nucleicos cuando anunció el descubrimiento del ácido trítico en el embrión de trigo y observó que esta sustancia producía las purinas guanina y adenina en proporciones moleculares.

Dejó claro que las diversas nucleoproteínas que se podían obtener del embrión de trigo eran, en realidad, compuestos tipo sal de una y la misma proteína con proporciones variables de ácido nucleico; generalizando a partir de estas observaciones, señaló que las numerosas nucleoproteínas de origen animal que se habían descrito muy probablemente también eran compuestos tipo sal de proteína con ácido nucleico.

Un artículo sobre las proteínas del ricino publicado en 1905 es de interés, ya que marcó la primera colaboración de Osborne con Mendel y también ilustra el notable refinamiento de sus métodos de aislamiento de proteínas.

El ricino contiene una albúmina, la ricina, y una globulina, junto con proteosas de propiedades menos definidas. La ricina es la toxalbúmina más conocida. Estas son proteínas y están entre las sustancias venenosas más extraordinariamente potentes que se hayan descrito. Osborne preparó esta sustancia de manera que era mortal para los conejos en dosis de 0.0005 mg por kilo corporal, es decir, una parte de la preparación mataba dos mil millones de partes de conejo.

La ricina misma no se obtuvo en una forma completamente libre de proteosa, pero se separó tan completamente de la globulina que la acompaña en la semilla que no se observó ningún efecto fisiológico cuando se administraron grandes dosis de la globulina a los animales. Se descubrió que la hemaglutinina en el ricino era idéntica a la ricina y se estableció completamente la naturaleza proteica de esta toxalbúmina.

Efecto del pH en las proteínas

Todo el trabajo de preparación y gran parte de la investigación química de las proteínas vegetales se completaron antes de que se avanzaran las concepciones modernas sobre la acidez, no obstante, Osborne había notado los efectos de diferentes grados de acidez en estas sustancias y era consciente de la importancia de los fenómenos.

Uno de sus primeros artículos sobre la edestina contiene la frase «la concentración de los iones de hidrógeno en la solución», y era su costumbre indicar invariablemente el indicador que utilizó al ajustar la reacción. No era suficiente neutralizar una solución; la solución se neutralizaba con fenolftaleína, litmus o tropeolina, según el caso, y se apreciaban plenamente las diferencias en el comportamiento observado. Es esta cuidadosa atención al detalle la que le da al trabajo temprano de Osborne un valor para el químico físico y permite proporcionar interpretaciones en términos de teoría moderna.

Diferenciación de proteínas

El problema de la diferenciación de las proteínas se resolvió en gran medida cuando se aplicaron los métodos de análisis de aminoácidos a las proteínas, pero aún quedaron varios pares o pequeños grupos de proteínas que eran indistinguibles por medios puramente químicos. En 1911, Osborne colaboró con Wells en un estudio de la reacción de anafilaxis de las proteínas vegetales que se continuó durante varios años.

Esta fue la primera investigación seria de las reacciones biológicas de tales proteínas y llevó a muchas conclusiones valiosas. Se hicieron varias diferenciaciones entre proteínas que hasta ese momento no habían revelado diferencias químicas. Por ejemplo, se encontró que las globulinas juglansina y corylina del nogal negro americano y la avellana, respectivamente, eran distintas, al igual que las globulinas de semilla de lino, semilla de algodón y semilla de cáñamo, y las faseolinas de frijol y adzuki.

Por otro lado, las gliadinas de trigo y centeno y las leguminas de guisante y veza reaccionaron fuertemente entre sí. No se encontraron razones químicas para la diferenciación de estas proteínas. Esta conclusión invitó a la idea de que los pares respectivos de proteínas eran realmente idénticos.

Sin embargo, tal conclusión no podía sacarse con seguridad, ya que se encontraron varios casos en los que proteínas químicamente distintas dieron poderosas reacciones anafilácticas entre sí. Por ejemplo, la gliadina y la glutenina del trigo reaccionaron positivamente entre sí, al igual que la gliadina de trigo y la hordeína de cebada, y la vicilina del guisante con la legumina de veza. Estas reacciones se atribuyeron a la existencia de grupos químicos reactivos comunes en los respectivos pares de proteínas.

Por lo tanto, se sostuvo que la especificidad de la reacción de anafilaxis dependía de la estructura química de la molécula de proteína, pero solo se observan estructuras lo suficientemente parecidas como para dar lugar a esta reacción en proteínas derivadas de plantas que están botánicamente estrechamente relacionadas.

Reconocimientos

El primer reconocimiento público del exhaustivo trabajo de Osborne vino de Alemania. V. Griessmayer, en 1897, publicó una traducción de los artículos de Osborne sobre proteínas vegetales en forma de libro y declaró en la introducción que su objetivo era «sacar a la luz estos tesoros enterrados en las publicaciones estadounidenses».

Este estímulo llegó en un momento en el que pocos de sus colegas o amigos científicos tenían alguna concepción de lo que significaba su trabajo. En 1900, recibió una medalla de oro de la Exposición de París. En 1910, la Universidad de Yale le otorgó un título honorario de Doctor en Ciencias, y en el mismo año fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias y presidente de la Sociedad Estadounidense de Químicos Biológicos.

Dos años después, fue nombrado miembro honorario de la Sociedad Química (Londres). En 1914, fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias, y en 1921 fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense.

En 1922, recibió la medalla John Scott y al año siguiente fue nombrado investigador asociado en bioquímica de la Universidad de Yale con rango de profesor titular. En 1928, se convirtió en el primero en recibir la medalla de oro Thomas Burr Osborne, fundada por la Asociación Estadounidense de Químicos de Cereales, en reconocimiento a sus destacadas contribuciones a la química de cereales.

Para más información THOMAS BURR OSBORNE

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