Linus Pauling - Définition

Études

Pauling est diplômé de l'Université agricole de l'Oregon en 1922.

En 1917, Pauling entre à l'Université agricole de l'Oregon à Corvallis (OAC, maintenant Université d'État de l'Oregon). Du fait de ses besoins financiers, il doit travailler à plein temps en parallèle de ses études, notamment comme distributeur de lait, projectionniste et même sur un chantier naval. À l'issue de sa deuxième année, il projette de chercher un emploi à Portland pour soutenir sa mère, mais l'université lui propose d'effectuer un enseignement d'analyse quantitative (un cours que lui-même vient de terminer) ce qui lui permet de continuer d'étudier à l'OAC.

Au cours de ses deux dernières années d'études à l'OAC, Pauling prend connaissance des travaux de Gilbert Newton Lewis et Irving Langmuir sur la configuration électronique des atomes et de la manière dont ils se lient pour former des molécules. Il décide alors de concentrer sa carrière de chercheur sur la compréhension du rapport entre la structure des atomes constituant la matière et ses propriétés physiques et chimiques, ce qui le conduira par la suite à devenir l'un des pionniers d'une nouvelle discipline, la chimie quantique. À l'OAC, il a l'occasion d'effectuer ses premières recherches en travaillant sur l'effet d'un champ magnétique sur l'orientation de cristaux de fer.

En 1922, Pauling reçoit son Bachelor of Science de l'OAC en génie des procédés et il poursuit ses études par un doctorat au California Institute of Technology à Pasadena. Ses travaux de recherche concernent l'utilisation de la diffraction des rayons X pour la détermination de la structure des cristaux. Au cours de ses trois années au Caltech, il publie sept publications sur la structure cristalline de minéraux, la première d'entre elle, publiée dans Journal of the American Chemical Society concernant la structure de la molybdénite MoS₂. Il reçoit son Ph.D. de chimie en 1925 summa cum laude.

Le 17 juin 1923, Pauling épouse Ava Helen Miller, qu'il a rencontrée lors de sa dernière année à l'OAC, et avec qui il aura trois fils et une fille.

Recherches en biologie moléculaire

Au milieu des années 1930, Pauling décide de s'intéresser à un nouveau domaine scientifique. Au début de sa carrière, il avait mentionné un manque d'intérêt pour l'étude des molécules biologiques. Mais le Caltech développant des compétences solides en biologie, Pauling a l'occasion d'y côtoyer des biologistes de renom comme Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges ou Alfred Sturtevant et commence à s'intéresser à l'étude des molécules biologiques, notamment grâce à une bourse de la fondation Rockefeller. Ses premiers travaux dans le domaine concernent la structure de l'hémoglobine. Il parvient à montrer que cette structure change lorsque la molécule capte ou perd une molécule de dioxygène. Suite à ce résultat, il décide d'étudier de manière plus précise la structure des protéines en utilisant la diffraction des rayons X. Cependant, la structure des protéines s'avère beaucoup plus difficile à déterminer par cette technique que celle des minéraux cristallisés auxquels il s'est intéressé précédemment. Dans les années 1930, les meilleurs clichés de rayons X de protéines ont été effectués par le cristallographe britannique William Astbury, mais lorsque Pauling essaie d'interpréter ses observations à l'aide de la mécanique quantique en 1937, il n'y parvient pas.

Hélice alpha

Il faut onze ans à Pauling pour comprendre l'origine du problème. Son analyse mathématique est correcte, mais les clichés d'Astbury ont été pris d'une manière telle que les protéines sont inclinées par rapport aux positions attendues. Pauling formule un modèle pour la structure de l'hémoglobine dans lequel les atomes étaient positionnés en hélice et avait appliqué ce concept de manière correcte aux protéines.

En 1951, sur la base de la structure des acides aminés et des peptides et de la planéité de la liaison peptidique, Pauling et ses collègues proposent l'hélice alpha et le feuillet bêta comme motifs structuraux principaux de la structure secondaire des protéines. Ce résultat illustre la capacité de Pauling à penser de manière non conventionnelle : à la base de la structure se trouve l'idée selon laquelle un tour de l'hélice peut correspondre à un nombre d'acides aminés non entier.

Pauling propose alors une structure hélicoïdale pour l'ADN, mais il fait quelques erreurs dans la description de cette structure. William Lawrence Bragg avait été déçu que Pauling gagne la course pour la découverte de l'hélice alpha : son équipe avait fait une erreur fondamentale en construisant un modèle des protéines sans prendre en compte la planéité de la liaison peptidique. Lorsqu'il apprend au Laboratoire Cavendish que Pauling travaille sur des modèles moléculaires de la structure de l'ADN, il autorise Watson et Crick à proposer un modèle moléculaire en utilisant des travaux non publiés de Maurice Wilkins et Rosalind Elsie Franklin du King's College of London. En 1953, James Dewey Watson et Francis Crick proposent une structure correcte pour la double hélice d'ADN, ce qui leur vaudra le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962. L'un des obstacles auxquels Pauling a dû faire face au cours de son travail est l'impossibilité de consulter les clichés de diffraction de l'ADN de bonne qualité pris par Rosalind Elsie Franklin auxquels Watson et Crick ont eu accès. Il a bien projeté de se rendre à un congrès en Angleterre durant lequel il aurait pu les voir, mais il n'a pas pu le faire, son passeport lui ayant été refusé par le département d'état américain pour des suspicions de sympathies communistes. Cette période marque le début du maccarthisme aux États-Unis.

Durant cette période, Pauling étudie également les réactions enzymatiques. Il est parmi les premiers à montrer que les enzymes agissent en stabilisant les états de transitions au cours des réactions, un comportement à la base de leur mécanisme d'action. Il est également parmi les premiers à proposer que la liaison entre les anticorps et les antigènes pourrait être due à des structures complémentaires. Dans le même ordre d'idée, il cosigne une publication avec le biologiste Max Delbrück qui suggère que la réplication de l'ADN trouve sa source dans des complémentarités structurales plutôt que dans des similarités, comme le proposent certains chercheurs. Le modèle de Watson et Crick viendra corroborer cette proposition. Par ailleurs, il contribue avec d'autres chercheurs à la fabrication d'anticorps artificiels et à celle d'un substitut de plasma sanguin.