Scienziate che avrebbero dovuto vincere il Premio Nobel: Hertha Ayrton (1854-1923)

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Rinaldo Cervellati.

I primi di gennaio del 1902 il Segretario della Royal Society ricevette una breve lettera dal membro John Perry[1], contenente in allegato la proposta di nomina a membro di Mrs. Hertha Marks Ayrton.

Era la prima volta che veniva richiesta l’elezione di una donna alla Royal Society. Nonostante il supporto di nove membri, la nomina venne rifiutata dopo un lungo iter che è stato poi definito “un episodio imbarazzante nella storia della Royal Society” [1].

Hertha Marks Ayrton

Ma, chi è stata e cosa ha fatto Hertha Marks Ayrton ?

Nasce Phoebe Sarah Marks il 28 aprile 1854 a Portsea (contea di Hampshire, Inghilterra) terza figlia di Levi Marks, immigrato giudaico polacco di professione orologiaio e di Alice Teresa Moss, sarta, figlia di un commerciante di vetro. Nel 1861 la madre divenne vedova con sette figli e un ottavo in arrivo, due anni dopo la piccola Phoebe Sarah fu invitata dagli zii, Marion e Alphonse Hartog, a andare a vivere con loro e i suoi cugini a Londra. La famiglia Hartog, che gestiva una scuola nel nord-ovest di Londra, le assicurò una ampia educazione comprendente lingue antiche e moderne e musica. I cugini la introdussero alla matematica e alle scienze. Alla scuola degli Hartogs, Sarah si fece conoscere sia come eccellente negli studi, sia come combattente per la causa dei diritti civili alle donne. Furono questi principi che in seguito portarono al suo coinvolgimento nel movimento delle “suffragette”.

A 16 anni iniziò a lavorare come istitutrice, potendo così aiutare anche economicamente madre e fratelli. E’ probabilmente in questo periodo che l’amica Ottilie Blind Hancock[2], cominciò a chiamarla Hertha (dal nome della protagonista di un poema di Swinburne[3] sulla dea scandinava della Terra, Erda), forse a causa della sua vitalità. Fatto è che Phoebe Sarah Marks mantenne questo nome per tutto il resto della vita. Cominciò anche a studiare per l’esame per donne dell’università di Cambridge, aspirando a frequentare il College femminile fondato da Emily Davies, trasferitosi nel 1873 a Girton (Cambridge) come Girton College. In questo fu aiutata da Barbara Bodichon[4], co-fondatrice del Girton College che divenne sua amica e benefattrice. Attraverso Bodichon conobbe George Eliot[5] che in quel momento era impegnata a scrivere il suo ultimo romanzo Daniel Deronda. I biografi sono concordi nell’affermare che molte caratteristiche di Mirah, personaggio principale del romanzo, siano comuni a quelle di Hertha.

Ritratto di Hertha Ayrton

Superato l’esame con onori, Hertha fu ammessa al College nel 1877 e sostenne l’esame del Progetto Scientifico Tripos nel 1880, ma l’Università di Cambridge non le rilasciò un diploma accademico perchè all’epoca concedeva alle donne solo certificati. Durante il college Hertha ideò e costruì un apparecchio per misurare la pressione del sangue (sfigmomanometro) e uno strumento per disegno tecnico in grado di dividere una linea in un numero qualsiasi di parti uguali e per ingrandire o ridurre le figure, quest’ultimo fu molto utilizzato da ingegneri, architetti e artisti. I due strumenti ottennero il brevetto nel 1884. I suoi biografi sostengono che Hertha ereditò queste capacità manuali dal padre, costruttore di orologi.

Al Girton, Hertha formò, insieme alla compagna Charlotte Scott un club matematico per “trovare problemi da risolvere e discutere eventuali questioni matematiche che possono sorgere”. Formò anche la Girton Fire Brigade, un gruppo di ragazze addestrate come vigili del fuoco e fu tra le leader del locale Coro.

Indispettita dall’atteggiamento antifemminista dell’Università di Cambridge, superò con successo un esame esterno ottenendo il B.Sc. dall’Università di Londra nel 1881.

A Londra Hertha lavorò come insegnante privata di matematica e altre materie fino al 1883. Fu anche attiva nel progettare e risolvere problemi matematici, molti dei quali furono pubblicati nella rubrica “Mathematical Questions” e “Their Solutions” dell’ Educational Times. J. Tattersall e S. McMurran [2] scrivono: Le sue numerose soluzioni indicano indubbiamente che possedeva una notevole intuizione geometrica ed era un’eccellente studentessa di matematica.

Continuò a studiare scienze, nel 1884 seguì il corso serale sull’elettricità al Finsbury Technical College[6], avendo come docente il professor William (Bill) Ayrton[7]. L’anno successivo sposò il professore diventando così Hertha Ayrton. Per qualche tempo dopo il matrimonio, le responsabilità domestiche assorbirono gran parte delle energie di Hertha, tuttavia mantenne vivo l’interesse per le scienze e nel 1888 tenne una serie di conferenze per donne sull’elettricità.

Il testamento di Barbara Bodichon, morta nel 1891, contemplava un generoso lascito a Hertha, ciò che le permise di assumere una governante e dedicare la sua attenzione in modo più completo alla ricerca scientifica. Tuttavia un altro episodio fu determinante a convincere Hertha a approfondire le indagini sperimentali sull’arco elettrico. Infatti Bill Ayrton che si occupava di questo tipo di ricerca non collaborava con la moglie, consapevole del fatto che lavori in collaborazione sarebbero comunque stati attribuiti solo a lui dalla comunità scientifica. Ma nel 1893 il testo in copia unica di una sua conferenza tenuta a Chicago sulla dipendenza della differenza di potenziale dell’arco elettrico da diversi fattori andò accidentalmente distrutto, da quel momento Bill Ayrton decise di occuparsi di altri problemi. Quindi Hertha potè proseguire le indagini sull’arco elettrico con sue proprie ricerche.

Hertha Ayrton durante una dimostrazione

Verso la fine del diciannovesimo secolo, l’arco elettrico era ampiamente utilizzato per l’illuminazione pubblica. La tendenza degli archi elettrici a tremolare e sibilare era però un grosso problema. Nel 1895, Hertha Ayrton scrisse una serie di articoli per la rivista The Electrician, stabilendo che questi fenomeni erano il risultato dell’ossigeno che veniva a contatto con le barre di carbonio usate per l’arco. Nel 1899 fu la prima donna a esporre il proprio lavoro all’Institute of Electrical Engineers (IEE, attualmente IET, Institute of Engineering and Technology).

Il suo articolo, intitolato “The Hissing of Electric Arc” [3] fu determinante per il miglioramento della tecnologia degli archi. Poco dopo, Ayrton fu eletta membro dell’IEE, prima donna a ottenere quel riconoscimento. Come detto all’inizio non andò così con la Royal Society a causa del suo sesso[8] e la sua comunicazione “The Mechanism of the Electric Arc” [4] fu letta in sua vece da John Perry nel 1901.

Alla fine del XIX secolo, il lavoro di Hertha Ayrton nel campo dell’ingegneria elettrica fu ampiamente riconosciuto a livello nazionale e internazionale. Al Congresso internazionale delle donne tenutosi a Londra nel 1899, presiedette la sezione di scienze fisiche. Ayrton intervenne anche all’International Electrical Congress tenutosi a Parigi nel 1900 con un comunicazione dal titolo: L’intensité lumineuse de l’arc à courant continu. Il suo successo ha portato l’Associazione Britannica per l’Avanzamento della Scienza a consentire alle donne di far parte a comitati generali e settoriali.

Nel 1902, Ayrton pubblicò il volume The Electric Arc [5], una sintesi delle sue ricerche e lavori sull’arco elettrico, comprendente le origini dei suoi primi articoli pubblicati su The Electrician tra il 1895 e il 1896. Con questo volume, il suo contributo nello sviluppo dell’ingegneria elettrica fu definitivamente riconosciuto. Scrivono Tattersall e McMurran [2] in proposito:

The text included descriptions and many illustrations of her experiments, succinct chapter reviews, a comprehensive index, an extensive bibliography, and a chapter devoted to tracing the history of the electric arc. Her historical account provided detailed explanations of previous experiments and results involving the arc and concluded with the most recent research of the author and her colleagues…The book was widely accepted as tour de force on the electrical arc and received favorable reviews on the continent where a German journal enthusiastically praised if for its clear exposition and relevant conclusions.

Dopo l’uscita e il successo del libro sull’arco elettrico, Hertha Ayrton rivolse la sua attenzione all’origine, alla forma e al movimento delle increspature nella sabbia e nell’acqua esposte al vento, compresa la formazione di vortici. Nel 1904 fu la prima donna a esporre una comunicazione alla Royal Society. In questo lavoro presentava evidenze sperimentali e interpretazioni teoriche per la forma di due differenti strutture per le increspature sabbiose, la pubblicazione del lavoro nei Proceedings Transactions fu posposta al 1910 su richiesta dell’autrice [6].

Nel 1906, fu insignita della prestigiosa Medaglia Hughes della Royal Society “per le sue indagini sperimentali sull’arco elettrico e anche sulle increspature di sabbia”. Fu la quinta persona (prima donna) a vincere questo premio, assegnato annualmente dal 1902 in riconoscimento di un scoperta originale nelle scienze fisiche, in particolare elettricità e magnetismo o loro applicazioni, per la seconda (Michele Dougherty) sono dovuti passare 102 anni.

Caricatura di Ayrton “signora dei fulmini”

Dopo la morte del marito nel 1908, Ayrton proseguì le ricerche sulle increspature utilizzando apparecchiature costruite appositamente in proprio [7]. Una serie di esperimenti convalidò la teoria matematica dei vortici di Lord Rayleigh. Inventò anche un particolare ventilatore che avrebbe potuto creare vortici a spirale in grado di respingere gli attacchi coi gas [8]. Diventarono noti come ventilatori di Ayrton; secondo J. Mason [9] ne furono impiegati circa 100000 sul fronte occidentale, un altro biografo sostiene però che non furono praticamente impiegati [10].

Partecipò a tutte le principali marce per l’emancipazione femminile negli anni 1910, 1911 e 1912, fu malmenata e rischiò il carcere. Successivamente Ayrton contribuì a fondare l’International Federation of University Woman (1919) e la National Union of Scientific Workers (1920).

Muore per avvelenamento del sangue, causato da una puntura d’insetto, il 26 agosto 1923 a New Cottage, North Lancing, Sussex.

Bibliografia

[1] F. Henderson, Almost a Fellow: Hertha Ayrton and an embarrassing episode in the history of the Royal Society, https://blogs.royalsociety.org/history-of-science/2012/03/08/almost-a-fellow/

[2] J. Tattersall, S. McMurran, Hertha Ayrton: A Persistent Experimenter., Journal of Women’s History, 1995, 7, 86-112.

[3] Mrs. Ayrton, The Hissing of Electric Arc., Journal of the Institution of Electrical Engineers, 1899, 28, 400-436.

[4] Mrs. Ayrton, On the Mechanism of the Electric Arc., Philosophical Transactions of the Royal Society A, 1902, 199, 299-336.

[5] H. Ayrton, The Electric Arc., D. Van Nostrand Co., New York, 1902 (1 vol. di xxv+479 pp)

https://ia802604.us.archive.org/21/items/electricarc00ayrtrich/electricarc00ayrtrich_bw.pdf

[6]Mrs. H. Ayrton, The Origin and Growth of Ripple Marks, Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 1910, 84, 285-310.

[7]Mrs. H. Ayrton, Local Differences of Pressure Near an Obstacle in Oscillating Water., Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 1915, 91, 405-410.

[8] Mrs. H. Ayrton, On a New Method of Driving off Poisonous Gases., Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 1919, 96, 249-256.

[9] J. Mason, Hertha Ayrton (1854-1923) and the Admission of Woman to the Royal Society of Chemistry, Notes. Rec. R. Soc. Lond., 1991, 45, 201-220.

[10]L. Riddle, Hertha Marks Ayrton, Biographies of Women Mathematicians, Agnes Scott College, Atlanta, Georgia. https://www.agnesscott.edu/lriddle/women/ayrton.htm

[1] John Perry (1850-1920) ingegnere e matematico irlandese, allievo di Lord Kelvin, poi professore di ingegneria meccanica al Finsbury Technical College di Londra, è noto per la disputa con il suo vecchio maestro sulla valutazione dell’età della Terra. Fu Presidente dell’Institution of Electrical Engineers e della Physical Society of London.

[2] Ottilie Blind, poi sposata Hancock, figlia di Karl Blind (1826-1907) rivoluzionario tedesco dopo i moti del 1848 e un periodo di prigione rifugiatosi con la famiglia in Inghilterra nel 1852, divenne attivista del movimento femminista inglese. Il padre mantenne costanti rapporti di amicizia con Mazzini, Garibaldi e Louis Blanc.

[3] Algernon Charles Swinburne (1837-1909) poeta britannico di epoca vittoriana, rivoluzionario fustigatore dei costumi e dell’ipocrisia dei suoi tempi, più volte candidato al Premio Nobel per la Letteratura fra il 1906 e il 1909.

[4] Barbara Leigh Smith Bodichon (1827-1891) britannica, leader del movimento per i diritti civili alle donne co-fondò finanziandolo, il primo College femminile, insieme alla altrettanto famosa leader Emily Davies (1830-1921).

[5] Pseudonimo di Mary Anne (Marian) Evans (1819-1880), una delle principali scrittrici dell’epoca vittoriana. Come molte altre scelse uno pseudonimo maschile sia per “essere presa sul serio”, sia per la sua situazione di compagna di un uomo sposato (cosa scandalosa all’epoca). Mantenne lo pseudonimo anche dopo aver rivendicato di essere l’autrice dei romanzi.

[6] Nel 1926 il Finsbury Technical College è incorporato nell’Imperial College London (The Imperial College of Science, Technology and Medicine).

[7] William Edward Ayrton (1847-1908) fisico e ingegnere inglese, oltre ai suoi studi pionieristici sull’arco elettrico, ha inventato, insieme a John Perry diversi strumenti per misure elettriche fra i quali un amperometro e un wattmetro. Hanno contribuito all’elettrificazione della linea ferroviaria.

[8] In sintesi la motivazione fu: Married women could not be made eligible by Statutes (Una donna sposata non può essere eleggibile per Statuto) [1].

Scienziate che avrebbero dovuto vincere il Premio Nobel: Marjory Stephenson (1885-1948)

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Rinaldo Cervellati

Marjory Stephenson, biochimico inglese e Kathleen Lonsdale (di cui abbiamo parlato nel precedente post), sono state le prime due donne a essere nominate membri della Royal Society.

Marjory Stephenson nasce il 24 gennaio 1885 a Burnwell, un villaggio vicino a Cambridge. Il padre, Robert Stevenson, figura di spicco nella comunità locale, giudice di pace, deputato e poi presidente del Consiglio della Contea di Cambridge, assertore della teoria evoluzionista di Darwin e dell’ereditarietà di Mendel, ottenne il diploma ad honorem di Master of Arts dall’Università di Cambridge per i suoi interventi sullo sviluppo dell’agricoltura scientifica e nel rinnovo del sistema scolastico. Ebbe quindi una grande influenza sulla figlia Marjory, cresciuta quasi come figlia unica visto che la separavano quasi nove anni dall’ultimo fratello e quindici dalla sorella maggiore. Marjory leggeva i libri che il padre poteva prendere dalla biblioteca universitaria dopo aver ricevuto il M.A.

La madre, severa per quanto riguardava la disciplina in famiglia, considerava che la casa fosse il posto in cui ci si aspettava che le figlie prendessero confidenza con le faccende domestiche. Questo addestramento la fece diventare una cuoca esperta e una padrona di casa competente. La madre era però anche un’esperta conoscitrice di letteratura e arte, ciò ebbe pure una certa influenza sulle inclinazioni della figlia minore. Tuttavia, l’attrazione verso le scienze provenne dalla sua governante, Anna Jane Botwright, donna di gran carattere e notevole intelligenza. Su suggerimento di quest’ultima, Marjory fu mandata all’età di 12 anni, alla Berkhampsted High School for Girls, nella contea di Herford. Sebbene accettasse tutto quello che la scuola offriva, a suo parere l’educazione scientifica era molto scarsa, considerò tuttavia l’insegnamento di fisiologia adeguato come buona introduzione a successivi studi biologici. Dopo sei anni, superati gli esami finali, nel 1903 si iscrisse al Newnham College a Cambridge dove la madre aveva mandato in precedenza una delle sorelle, Alice, diplomatasi in storia, e un fratello.

Al Newnham, Marjory scelse il Progetto Tripos, studiando chimica, fisiologia e zoologia, la Parte I del progetto. A quei tempi alle donne era ancora vietato l’accesso ai laboratori universitari di Cambridge, ma il Newnham College ne aveva uno proprio dove le donne potevano effettuare esperimenti pratici.

Dopo aver lasciato il Newnham College, Stephenson avrebbe voluto studiare medicina, ma i costi elevati la indussero a frequentare il Gloucester County Training College in Domestic Science[1], prima come studente poi da insegnante. Passò quindi a insegnare al King’s College for Household Science di Londra.

Ma a Marjory le scienze domestiche non interessavano molto, quindi accettò con gratitudine l’invito che le fece nel 1911 Robert Plimmer[2], co-fondatore del Biochemical Club (in seguito Biochemical Society) a diventare assistente ricercatrice nel suo laboratorio all’University College di Londra, dove avrebbe anche insegnato scienza della nutrizione. Le sue prime ricerche riguardarono la lattasi animale, gli esteri dell’acido palmitico e il metabolismo del diabete indotto in modelli animali [1,3].

Nel 1913 ottenne la prestigiosa borsa Beit per ricerche mediche, ma dovette interromperla a causa dello scoppio della Grande Guerra. Fece inizialmente parte della Croce Rossa, gestendo le cucine degli ospedali da campo in Francia a ridosso del fronte; in seguito divenne comandante del Distaccamento Volontari non combattenti (VAD, Voluntary Aid Detachment) che operavano a Salonicco.

Marjory Stephenson in servizio a Salonicco

Ebbe diverse menzioni di merito che le valsero il titolo di MBE (Member of the British Empire) e la Royal Red Cross nel 1918. Tuttavia la sua esperienza di guerra la fece convinta pacifista, diventò infatti membro attivo del Gruppo scienziati di Cambridge contro la guerra.

All’inizio del 1919 riprese la Borsa Beit e si unì al gruppo del professor Hopkins (che conosceva e apprezzava il suo lavoro sul diabete) nel laboratorio biochimico di Cambridge. Qui trascorse i successivi trent’anni, fino alla sua morte, nel dicembre del 1948. Il Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge, sotto la guida di Sir Frederick Gowland Hopkins[3] è stato il luogo in cui trovò l’ambiente favorevole alla sua successiva straordinaria carriera scientifica. La sua stima per il valore dell’ispirazione e degli stimoli ricevuti da Sir Frederick Hopkins emergono chiaramente nella prefazione del suo libro Bacterial Metabolism. In questa prefazione dice infatti che il libro era stato scritto su suggerimento di Hopkins e che era solo a quest’ultimo cui doveva l’incentivo a intraprendere ricerche in biochimica.

Fra il 1920 e il 1930 intraprese intense ricerche sui batteri e il loro metabolismo che si concretizzarono in numerosi articoli scritti in collaborazione. Particolarmente interessante un lavoro del 1926 (insieme a Juda Quastel) sul comportamento del B. sporogens in presenza di ossigeno [4] e quello del 1928 dove isolò per la prima volta un enzima, deidrogenasi lattica, dalle cellule batteriche di Escherichia coli [5].

Negli ultimi anni ’20 Stephenson fu impegnata anche nella stesura del libro fondamentale Bacteria metabolism, che vide tre edizioni fra il 1930 e il 1949 [6]. Ripubblicato nel 1966, è stato il testo base sull’argomento per generazioni di microbiologi e biochimici.

Nel 1929 ottenne infine la nomina a ricercatore permanente dal Medical Research Council.

Marjory Stephenson nel 1930

Uno degli importanti contributi che Marjory Stephenson ha apportato alla microbiologia in questo periodo è stato l’uso e l’ulteriore sviluppo della tecnica del lavaggio delle cellule batteriche che consiste nel toglierle dal mezzo nutriente di coltura, lavarle e sospenderle in un liquido non nutriente prima di effettuare gli esperimenti. La tecnica della sospensione lavata presenta una serie di vantaggi: (a) limitazione delle reazioni anaboliche, inevitabili in mezzo misto; (b) presenza dei soli substrati oggetto di studio; (c) controllo rigoroso del pH e del contenuto salino dell’ambiente esterno. L’enzima deidrogenasi fu isolata proprio usando questa tecnica [5].

Successivi studi con sospensioni lavate di organismi indicarono che la cellula batterica possiede sistemi enzimatici simili a quelli che venivano poi incontrati in altri tessuti.

Nel 1930 iniziò, con L. H. Stickland , una serie di indagini sul trasferimento dell’idrogeno. Questo studio era lo sviluppo logico del suo precedente interesse per il metabolismo batterico di aerobi e anaerobi facoltativi[4] donatori di idrogeno. L’enzima che attiva l’idrogeno molecolare in una coltura batterica mista fu identificato da Stephenson e Stickland, che lo chiamarono idrogenasi. Mostrarono che esso era ampiamente distribuito nei coliformi e in altri organismi. In presenza di questo enzima, il formiato viene ridotto a metano e il solfato a solfuro per via batterica [7,9].

Negli anni successivi approfondirono lo studio sulle idrogenasi, in particolare sulle condizioni di crescita dei batteri che danno luogo alla formazione di idrogenasi formica all’interno delle loro cellule. Trovarono che l’enzima si formava solo quando la crescita cellulare avveniva su un terreno contenente il substrato ma che questa formazione poteva anche verificarsi senza una significativa crescita cellulare. L’enzima quindi si “adattava”all’ambiente (enzima “adattivo” o “inducibile”) [10,11].

Marjory con la cagnetta Judith

Stephenson si interessò quindi sempre più ai fattori che controllano la formazione di enzimi nei batteri. Nel 1936, Marjory Stephenson e J. Yudkin pubblicarono un lavoro sulla galattozimasi, enzima prodotto dal lievito S. cerevisiae, sostenendo che anche questo enzima è adattivo, e che l’adattamento poteva avvenire come risposta diretta all’ambiente senza moltiplicazione cellulare [12]. Questo risultato venne accettato solo anni più tardi in seguito al lavoro di Sol Spigelmann[5].

Per i successivi tre anni, dal 1936 al 1939, Stephenson lavorò in collaborazione con Ernest. F. Gale sui fattori che controllano la formazione di enzimi coinvolti nella deamminazione degli amminoacidi. L’ultimo lavoro pubblicato prima dello scoppio della II Guerra mondiale riguardò la deidrogenasi malica e la codeidrogenasi di B. coli. Le cellule lavate mostrarono una notevole capacità di deidrogenare l’acido malico; Stephenson e Gale furono anche in grado di isolare l’enzima deidrogenasi da cellule frantumate del batterio [13-15].

Durante la guerra, in collaborazione con R. Davies, Marjory Stephenson effettuò uno studio sulla fermentazione dell’acetone-butil alcol, in presenza di Cl. acetobutylicum, Il lavoro sulla fermentazione dell’acetone-butanolo è stata una ricerca importante. Cl. acetobutylicum è infatti un organismo estremamente difficile con cui lavorare e la sua fermentazione non era mai stata studiata se non nei liquidi in fermentazione fino a quando Davies e Stephenson elaborarono, con grande perseveranza, un metodo per attivare le sospensioni cellulari. Fu quindi possibile semplificare il problema e ottenere risultati altamente significativi per la chimica degli intermedi della fermentazione [16].

Ma le attività scientifiche di Marjory Stephenson durante la seconda guerra superarono di gran lunga questo risultato. Per esempio, nel 1941 convocò un certo numero di ricercatori con esperienza nei molteplici aspetti delle spore di patogeni anaerobi (in particolare il Cl. welchii) a una conferenza informale. A questo incontro M. Macfarlane e BCJG Knight[6] presentarono il loro lavoro sulla tossina alfa di Cl. welchii, identificata come una lecitinasi, il che segnò un progresso fondamentale nella comprensione dell’azione tossica di alcuni dei prodotti di questo pericoloso organismo anaerobio. Il risultato finale della conferenza informale fu quello di formare un gruppo di persone che collaborarono alla risoluzione del difficile problema dei patogeni anaerobi.

Dopo la guerra, Marjory Stephenson si interessò alla presenza di acetilcolina nei crauti fermentati. Nella ricerca degli enzimi coinvolti nella produzione di questa sostanza, riuscì a isolare e identificare i ceppi di organismi responsabili su preparazioni da lei personalmente eseguite. procedette a studiare il substrato da cui veniva prodotta l’acetilcolina. Allo scopo effettuò un’acetilazione della colina presente nei succhi vegetali riuscendo a dimostrare che la presenza di acido pantotenico nel mezzo di coltura è necessaria per la formazione dell’enzima colina acetilasi negli organismi responsabili della fermentazione.

Nonostante il Sex Disqualification Act del 1919 e le successive norme del 1929 che stabilirono formalmente la parità fra i generi, fu solo nel 1943 che la Royal Society decise di ammettere donne, nel 1945 Marjory Sthephenson, insieme a Kathleen Lonsdale, fu eletta membro della Royal Society.

Gli ultimi suoi due anni di vita furono spesi in un’indagine sugli acidi nucleici dei batteri e sulla loro rottura causata da enzimi intracellulari. Gli studi progredirono fino alla preparazione di questi enzimi in assenza di cellule e all’effettuazione di indagini preliminari sulla loro cinetica. Fu infatti costretta a rinunciare al lavoro di laboratorio causa il cancro da cui era affetta.

Marjory Stephenson muore il 12 dicembre 1948.

Un anno prima i suoi meriti erano stati finalmente riconosciuti dall’Università di Cambridge che l’aveva nominata Primo Lettore di Microbiologia Chimica[7].

La sua eredità scientifica sta nel riconoscimento che le cellule batteriche sono sedi di una grande attività chimica, e poiché sono libere dalla complicazione della differenziazione morfologica degli organismi più complessi, tale attività è in relazione stretta e diretta relazione con un ambiente che può essere controllato dallo sperimentatore “. (dalla biografia di M. Robertson)

Fonti biografiche

Una dettagliata biografia con bibliografia completa si trova in:

  1. Robertson, Marjory Stephenson 1885-1948, Obituary Notices of Fellows of the Royal Society, 1949, 6(18), 562-577; pdf scaricabile al:

http://rsbm.royalsocietypublishing.org/content/royobits/6/18/562

Ottima anche la biografia di J. Cope:

https://www.bioc.cam.ac.uk/about/history/members-of-the-department/marjory-stephenson-scd-frs-1885-1948

Molto istruttivo l’articolo di M. Creese: British women of the nineteenth and early twentieth centuries who contributed to research in the chemical sciences, British Journal for the History of Science, 1991, 24, 275-305.

Bibliografia

[1] M. Stephenson, On the Nature of Animal Lactase, Biochemical J., 19126, 250-254.

[2] M. Stephenson, Some Esters of Palmitic Acid, Biochemical J., 19137, 429-435.

[3] V. H. K. Moorhouse, S. W. Patterson, M. Stephenson, A Study of Metabolism in Experimental Diabetes., Biochemical J., 19159, 171-214.

[4] J. H. Quastel, M. Stephenson, Experiments on “Strick” Anaerobes., Biochemical J., 192620, 1125-1137.

[5] M. Stephenson, On lactic dehydrogenase. A cell-free enzyme preparation obtained from bacteria., Biochemical J., 1928, 22, 605-614.

[6] M. Stephenson, Bacterial Metabolism. Monographs on biochemistry. London: Longmans, Green & Co., 1930, 2nd edition 1938 ; 3rd edition 1949.

[7] M. Stephenson, L. H. Stickland, Hydrogenase. A Bacterial Enzyme Activted Molecular Hydrogen., Biochemical J., 1931, 25, 205-214.

[8] M. Stephenson, L. H. Stickland, Hydrogenase. II. The reduction of sulphate to sulphide by molecular hydrogen., Biochemical J., 1931, 25, 215-220.

[9] M. Stephenson, L. H. Stickland, Hydrogenylase. Bacterial enzymes liberating molecular hydrogen. Biochem. J. 26, 712., Biochemical J., 1932, 27, 712-724.

[10] M. Stephenson, L. H. Stickland, Hydrogenase. III. The bacterial formation of methane by the reduction of one-carbon compounds by molecular hydrogen. Biochemical J., 1933, 27, 1517-1527.

[11] M. Stephenson, L. H. Stickland, Hydrogenlyases. II. Further experiments on the formation of formic hydrogenlyase by B. coli., Biochemical. J., 1933, 27, 1528-1532.

[12] M. Stephenson, J. Yudkin, Galactozymase considered a san adaptive enzyme., Biochemical. J., 1936, 30, 506-514.

[13] M. Stephenson, E. F. Gale, Factors influencing bacterial deamination. I. The deamination of glycine, d-alanine and Z-glutamic acid by B. coli., Biochemical. J., 1937, 31, 1316-1322.

[14] E. F. Gale, M. Stephenson, Factors influencing bacterial deamination. II. Factors influencing the activity of d-serine deaminase in B. coli., Biochemical. J., 1938, 32, 392-404.

[15] E. F. Gale, M. Stephenson, l-malic dehydrogenase and codehydrogenase of B. coli. Biochemical. J., 1939, 33, 1245-1256

[16] R. Davies, M. Stephenson, Studies on the acetone-butyl alcohol fermentation. I. Nutritional and other factors., Biochemical. J., 1942, 33, 1320-12.                                                                        .

[1] In precedenza Gloucestershire School of Cookery and Domestic Economy, Scuola di formazione per insegnanti di Cucina e Economia domestica destinata anche alla professione di governante per famiglie facoltose. http://www.british-history.ac.uk/vch/glos/vol4/pp335-350

[2] Robert Henry Aders Plimmer (1877-1955) chimico e biochimico britannico co-fondatore della Biochemical Society fu un’indiscussa autorità sulla chimica delle proteine e della nutrizione.

[3] Sir Frederick Gowland Hopkins (1861-1947) biochimico britannico, scopritore dell’amminoacido triptofano, Premio Nobel per la Medicina (insieme a C. Eijkman) 1929 per la scoperta delle vitamine.

[4] I batteri anaerobi facoltativi sono in grado di moltiplicarsi sia in presenza di O2 utilizzando la respirazione aerobica, sia in assenza di ossigeno attraverso la fermentazione.

[5] Sol Spigelmann (1914-1983), biologo molecolare statunitense, noto sopratutto per le sue ricerche sugli acidi nucleici e lo sviluppo della tecnica del DNA ricombinante.

[6] Marjorie Giffen Macfarlane e Bert Cyril J.G. Knight (1904-1981) biologi e chimici della nutrizione britannici, autori di: The biochemistry of bacterial toxins. I. Lecithinase activity of Cl. welchii toxins., Biochem. J., 1941, 35, 884–902. M. Macfarlane è stata anche co-autrice del libro War on Disease, Andre Deutsch Ltd, London, 1971, storia del Lister Institute of Preventive Medicine, dove aveva lavorato dal 1927 al 1964.

[7] Solo nel 1947 fu concesso alle donne di poter diventare membri a pieno titolo dell’Università di Cambridge.

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Rinaldo Cervellati.

Nella Chemistry & Engineering Newsletter on line del 9 gennaio scorso Mark Peplow ha riportato, sotto il titolo Rewritable paper goes technicolor, i risultati di una ricerca effettuata da un gruppo di ricercatori cinesi su particolari complessi metallici che possono essere utilizzati per disegnare a colori che poi si possono cancellare consentendo il riutilizzo della carta.

L’industria della carta ha un impatto ambientale significativo, dall’abbattimento degli alberi alla materia prima al consumo di grandi quantità di energia e acqua per ottenere il prodotto finito. Per ridurre tale impatto, i chimici hanno sviluppato tecnologie che consentono la stampa a colori su un foglio di carta con inchiostri speciali cancellabili per poter poi riutilizzare la carta.

Queste tecnologie comportano l’impiego di sostanze il cui colore viene attivato dall’acqua proveniente da una stampante a getto di inchiostro, oppure usano coloranti che si evidenziano solo se esposti a luce ultravioletta. Tuttavia questi sistemi non riescono a creare immagini multicolori di qualità e il testo stampato raramente dura più di qualche giorno.

Il gruppo di ricerca della Nanjing University of Posts & Telecommunications coordinato da Qiang Zhao e Wei Huang, ha utilizzato inchiostri a base di complessi metallici in grado di formare immagini e testo multicolori stabili per almeno 6 mesi, prima di essere cancellati e la carta riutilizzata (Yun Ma et al., Dynamic metal-ligand coordination for multicolour and water-jet rewritable paper, Nature Communications, 2018, DOI: 201.1038 / s41467-017-02452-w). I legandi sono molecole di terpiridina, contenenti tre atomi di azoto che si coordinano con ioni metallici come ferro, zinco e cobalto e altri.

In una dimostrazione, i ricercatori hanno ricoperto la carta con un film sottile del copolimero poli etilen glicole miscelato con terpiridina. Aggiungendo alla carta soluzioni acquose di ioni metallici diversi, sia con un disegno a mano libera che con quello proveniente da una stampa a getto d’inchiostro, si sono formati complessi colorati di lunga durata con tonalità di marrone, blu, giallo e verde.

Disegno di fiore in vaso colorato come descritto da Yun Ma et al., Nat. Commun, 2018

È emozionante vedere che semplicemente variando gli ioni metallici, è possibile ottenere una serie di colori distinti e l’intensità del colore rimane stabile per mesi“, dice Yadong Yin dell’Università della California a Riverside, che lavora anch’egli su carta riscrivibile, ma non è coinvolto in questa ricerca.

Usando inchiostri a base di zinco e una terpiridina diversa, il gruppo di ricerca ha ottenuto un modello di codice a barre visibile solo ai raggi UV e che è durato per più di un anno. La risoluzione di questi modelli è paragonabile a quella della stampa a getto d’inchiostro convenzionale, i ricercatori cinesi suggeriscono quindi che il metodo potrebbe essere utilizzato per i cartellini di sicurezza.

La carta riscrivibile può essere cancellata e riutilizzata cinque volte senza alcuna significativa perdita di intensità del colore. Tuttavia, il processo di cancellazione comporta il lavaggio con una soluzione di ioni fluoruro per distruggere i complessi metallo-ligando, uno svantaggio significativo per le applicazioni commerciali. Qiang Zhao, afferma tuttavia che il gruppo sta già lavorando su metodi meno invasivi per cancellare gli inchiostri.

In un approccio alternativo al lavaggio con la soluzione fluoridrica, il gruppo ha ricoperto la carta con un complesso incolore di zinco-legando che diventa arancione quando esposto a luce UV. Poi ha stampato dei disegni con un inchiostro acquoso che ha interrotto i legami di coordinazione zinco-legando e la luminescenza da arancione è cambiata in verdastro (ciano). Anche dopo che la carta si è asciugata, questa immagine UV-visibile è durata per più di 6 mesi ma potrebbe essere cancellata semplicemente riscaldandola a 65 ° C per 30 minuti.

I caratteri cinesi della Nanjing University si illuminano di ciano su uno sfondo arancione se sottoposti a luce UV (da Yun Ma et al, Nat. Commun., 2018)

Zhao aggiunge che i materiali utilizzati non impediscono che la carta venga riciclata una volta completati i cicli di cancellazione della scrittura e che gli esperimenti con colture cellulari hanno dimostrato che tutti i materiali usati presentano una bassa tossicità.

Infine, i ricercatori stimano che la stampa di una pagina di testo sulla loro carta riscrivibile potrebbe costare meno di un quinto di una stampa a getto d’inchiostro convenzionale su carta vergine. “Siamo ottimisti riguardo alla commercializzazione della nostra carta riscrivibile“, afferma Zhao.

La notizia riportata da Peplow ha suscitato una serie di commenti, in generale negativi che è doveroso riportare:

Warwick Raverty: Non si fa menzione dei prodotti chimici di scarto (inclusi i solventi) nella sintesi di questi ligandi. La produzione di molecole altrettanto complesse che migliorano e salvano vite dall’industria farmaceutica, comportano in genere 200 grammi di rifiuti per ogni grammo di prodotto (Clark, J. H. et al., 2017). La LCA di questi ligandi dovrebbe essere confrontata con la LCA di un tipico foglio di carta da stampa prima di essere troppo entusiasti sui benefici ambientali di questa “svolta”. Sembra a questo commentatore (che ha lavorato nell’industria della cellulosa e della carta come chimico organico per 30 anni) che lo sviluppo descritto sia un po’ come l’equivalente chimico di scalare l’Everest semplicemente “perché è lì”. Senza dubbio un risultato per gli scalatori e gli sherpa di supporto, ma di beneficio ambientale negativo.

Stan J: Un grande commento (riferito a quello sopra). Un altro aspetto è che le persone vogliono usare sempre un foglio di carta pulito. Quindi, l’inchiostro cancellabile è irrilevante. Una volta che scrivi qualcosa, la carta non sarà attraente e finirà nella spazzatura proprio come la carta normale, aumentando di fatto l’impatto ambientale.

Gil Garnier: Interessante, ma qual è il punto? 1) Oltre il 95% degli inchiostri per carta da lettere e disegno è a base di acqua o di olio; pochissimi sono inchiostri UV rivelabili. 2) Gli attuali processi di riciclaggio della carta sono molto efficienti nella rimozione dell’inchiostro. La carta da giornale e la carta da lettere sono già realizzate con carta riciclata al 100%, con un’ottima qualità. 3) In molti paesi, come l’Australia e il Brasile, gli alberi provengono da piantagioni ad hoc, contribuendo alla conservazione del carbonio senza intaccare le foreste native. 4) Le bioraffinerie trasformano sostanzialmente la CO2 dall’atmosfera in sostanze chimiche verdi, materiali avanzati e carta attraverso la fotosintesi, usando gli alberi come fonte di stoccaggio del carbonio. Questa sembra essere una soluzione scientifica a un problema scientifico.

Sara: Ok, può essere cancellata e riutilizzata. Ma quante volte la carta che hai conservato per un paio di settimane ha finito per diventare così malconcia e accartocciata che non c’è modo che una stampante laser possa usarla senza incepparsi? Ho provato a riutilizzare la carta stampata e la mia stampante si è inceppata molte volte. Meglio cercare di stampare solo ciò di cui si ha bisogno e riciclare il resto. Vedo molte persone troppo pigre per portare un oggetto di carta / cartone in un posto dove possono riciclarlo. Sono d’accordo con i commenti sulle piantagioni di alberi (foreste gestite) che sono riserve di carbonio favorendo il controllo dei combustibili fossili.

Justin S: Non riesco davvero a vederne un uso pratico. Voglio dire, la carta è ancora carta, dopo tutto. Dubito che ti porterai dietro lo stesso pezzo di carta per molto tempo senza che accada qualcosa. Credo che sarà più facile per le persone utilizzare e riciclare carta nel modo usuale.

Voi cosa ne pensate?

*Tradotto e adattato da C&EN on line, 9 gennaio 2018

Una lingua artificiale.

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Rinaldo Cervellati

“Una “lingua artificiale” a base di detergente può identificare le marche di acqua in bottiglia”

E’ il titolo principale di un articolo di Prachi Patel comparso sul fascicolo on-line di Chemistry & Engineering News dell’11 dicembre scorso. Nel sottotitolo, l’estensore specifica che si tratta di un assemblaggio contenente un singolo tipo di sensore fluorescente in grado di rilevare 13 ioni metallici diversi.

Questo assemblaggio (“lingua chimica”) è stata messa a punto da un gruppo di ricerca misto delle Scuole di Chimica e Ingegneria Chimica e di Fisica e Tecnologia dell’Informazione dell’Università di Shaanxi (Cina), coordinati dalla Dr Liping Ding (L. Zhang et al., A Fluorescent Binary Ensemble based on Pyrene Derivative and SDS Assemblies as a Chemical Tongue for Discriminating Metal Ions and Brand Water, ACS Sensors, 2017, DOI: 10.1021/acssensors.7b00634). Il sensore chimico realizzato dai ricercatori cinesi utilizza un singolo tipo di molecola fluorescente per rilevare e quantificare 13 ioni metallici diversi.

I sensori fluorescenti sono particolarmente adatti per la rilevazione in tempo reale di quantità minime (livello nanomolare) di composti o ioni bersaglio in soluzione. In queste applicazioni, le molecole includono tipicamente due parti: un recettore collegato a un colorante fluorescente. Quando il recettore si lega al suo bersaglio, innesca un cambiamento nel colore, nell’intensità o nella durata dell’emissione luminosa del colorante. Questa risposta viene usata per identificare e quantificare la concentrazione della molecola bersaglio (analita).

Per questo tipo di applicazione, i ricercatori hanno in genere utilizzato un insieme di sensori, ciascuno posto in pozzetti separati di una piastra, per misurare la quantità di più tipi di molecole in un campione. Utilizzando tali insiemi di sensori, i ricercatori hanno realizzato lingue artificiali in grado di identificare diverse bevande analcoliche, whisky e vini. Queste “lingue” possono inoltre consentire il monitoraggio della qualità dell’acqua e permettere ai consumatori di testare i prodotti alimentari per la contaminazione da metalli pesanti.

Ma questi insiemi di sensori sono tediosi da utilizzare, richiedono tempo e non poca quantità di campione, afferma Liping Ding, pertanto insieme ai miei colleghi abbiamo cercato di semplificare sia il metodo sia l’apparecchiatura.

Il nuovo sensore messo a punto dai ricercatori cinesi utilizza una singola sonda molecolare che può emettere fluorescenza a quattro diverse lunghezze d’onda, a seconda della lunghezza d’onda della luce applicata al campione. Quando diversi ioni metallici si legano, il pattern di fluorescenza cambia sensibilmente in modo tale da consentire di distinguerli in soluzione.

La parte fluorescente del sensore è un colorante a base di pirene contenente un gruppo funzionale amminico che lega gli ioni metallici. Quando vengono aggiunti all’acqua insieme al detergente più comune, il sodio dodecil solfato (SDS), le molecole del detergente si aggregano in micelle.

Formazione di una micella

Le micelle sono aggregati molecolari di forma sferica con superficie idrofila caricata negativamente, e interno idrorepellente. Gli aggregati incorporano le molecole del sensore: la parte pirenica idrofobica viene intrappolata all’interno delle micelle mentre l’estremità amminica idrofila punta verso l’esterno della soluzione e si lega agli ioni metallici, attratti dalla superficie negativa.

Questa interazione provoca un cambiamento nelle dimensioni e nella forma degli aggregati micellari. Questo cambiamento strutturale a sua volta fa variare l’intensità della fluorescenza in ciascuna delle quattro lunghezze d’onda, tipica per un dato ione metallico. La combinazione dei cambiamenti a diverse lunghezze d’onda costituisce quindi un modello di riconoscimento per un particolare ione metallico, afferma Ding.

Schema del metodo. Quando gli ioni metallici si legano ai fluorofori del sensore (mezzalune rosa) o interagiscono con la parte anionica delle micelle di detergente, la struttura delle sfere cambia, come pure l’intensità della luce dei fluorofori a quattro lunghezze d’onda.

I ricercatori cinesi sono stati in grado di registrare modelli di riconoscimento unici per 13 diversi ioni metallici: Cu2+, Co2+, Ni2+, Cr3+, Hg2+, Fe3+, Zn2+, Cd2+, Al3+, Pb2+, Ca2+, Mg2+ e Ba2+. Applicando un algoritmo di riconoscimento ai diversi pattern dei segnali fluorescenti, si potrebbero individuare più ioni metallici presenti nella soluzione in esame.

Le marche di acque minerali in bottiglia hanno diversa composizione e quantità di ioni metallici, ciò che le rende un test ideale del nuovo sensore. Quando i ricercatori hanno testato tali campioni con il loro sensore, hanno potuto discriminare fra acqua del rubinetto e acqua minerale e identificare otto diverse marche di acqua minerale. Il sensore potrebbe infine essere utilizzato per monitorare la qualità dell’acqua potabile o rilevare contraffazioni dell’acqua in bottiglia, conclude Ding.

Liping Ding

Scienziate che avrebbero potuto vincere il Premio Nobel: Marie Maynard Daly (1921-2003)

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Rinaldo Cervellati

Marie Daly nacque il 6 aprile 1921 a Corona, un quartiere nel distretto di Queens, New York da Ivan. C. Daly e Helen Page. Il padre Ivan, immigrato dalle Indie Occidentali, giunto a New York iniziò gli studi di chimica alla Cornell University ma non potè continuarli per mancanza di denaro, trovò lavoro come impiegato postale. La madre Helen, originaria di Washington era un’accanita lettrice in particolare di libri incentrati sulle scienze e gli scienziati. Ispirata dalla vicenda del padre e dalle letture della madre, Marie dopo aver completato gli studi secondari all’Hunter High School, un istituto femminile dove fu ulteriormente incoraggiata a studiare chimica, s’iscrisse al Queens College, a Flushing, un altro quartiere del distretto di Queens. Ottenne il B.Sc. in chimica nel 1942 con lode e il titolo di Queens College Scholar, riservato al top 2,5% dei diplomati dell’anno.

Marie Maynard Daly

Questi risultati, insieme alle necessità di sostenere lo sforzo bellico permisero a Daly di ottenere borse di studio per proseguire la carriera alla New York University e poi alla Columbia University.

Mentre studiava alla New York University, Daly lavorò come assistente di laboratorio al Qeens College. Completò gli studi per il master in un anno, ottenendolo nel 1943. Continuò a lavorare al Queens come tutor di chimica e s’iscrisse al programma di dottorato alla Columbia University, dove ebbe come supervisore Mary L. Caldwell[1], che la aiutò a capire come alcune sostanze prodotte dal corpo umano intervengono nella digestione dei cibi. Daly completò la tesi “Studio dei prodotti formati dall’azione dell’amilasi pancreatica sull’amido di mais”, ottenendo il Ph.D. nel 1947, prima donna afroamericana a ottenere il dottorato in chimica.

Daly in toga e tòcco

Per un anno lavorò come insegnante istruttore di scienze fisiche all’Howard University facendo anche ricerca con Herman Branson[2]. Dopo aver ottenuto dall’American Cancer Society un finanziamento per proseguire gli studi post-dottorato si recò al Rockefeller Institute, dove insieme al Dr A.E. Mirsky[3] studiarono i nuclei dei tessuti cellulari. Lo scopo di queste ricerche era determinare le composizioni degli acidi nucleici deossipentosi presenti nel nucleo. Daly ha inoltre esplorato il ruolo della ribonucleoproteina citoplasmatica nella sintesi proteica. Usando l’amminoacido glicina radiomarcata, è stata in grado di misurare il modo di variazione del metabolismo delle proteine in condizioni di alimentazione e di digiuno nei topi. Ciò le permise di monitorare l’attività del citoplasma mentre la glicina radiomarcata era assorbita nel nucleo della cellula.

Marie Daly in laboratorio

Nel 1953, dopo la descrizione della struttura del DNA di Watson e Crick, la visuale di Daly cambiò in modo significativo: improvvisamente, il campo di ricerca sul nucleo cellulare ebbe molte opportunità di finanziamento.

Nel 1955 Daly ritornò alla Columbia University e lavorò nel College di Medicina e Chirurgia insieme al Dr Quentin B. Deming. In collaborazione con lui iniziò a studiare gli effetti che l’invecchiamento, l’ipertensione e l’aterosclerosi provocano sul metabolismo delle pareti arteriose. Continuò questo lavoro come assistente professore di biochimica e medicina presso l’Albert Einstein College of Medicine della Yeshiva University di New York, dove lei e Deming si trasferirono nel 1960. Le piaceva insegnare agli studenti di medicina e s’impegnò per favorire l’ingresso nelle scuole di medicina a studenti delle minoranze etniche. Nel 1971 è stata promossa a professore associato, per conto dell’ l’American Heart Association studiò l’effetto del fumo di sigaretta sui polmoni e le possibili cause dell’infarto cardiaco.

Daly è sempre stata molto riservata sulle sue esperienze di donna di colore in un ambiente prevalentemente maschile e non poco razzista, ma non c’è dubbio che abbia avuto affrontare una strada tutta in salita e molto irta per emergere.

È stata membro attivo e ha ricoperto incarichi in molte società scientifiche fra le quali l’American Cancer Society, l’American Association for the Advancement of Science, l’American Heart Association. Per due anni è stata membro del consiglio di amministrazione dell’Accademia delle scienze di New York per due anni. È stata designata come ricercatrice in carriera dal Health Research Council della città di New York.

Omaggio a Marie Maynard Daly

Daly andò in pensione dall’Albert Einstein College of Medicine nel 1986 e nel 1988 ha istituto una borsa di studio intitolata al padre, per studenti afroamericani che intendono specializzarsi in chimica e fisica al Queens Colllege. Sicchè Daly non solo si è spinta verso traguardi accademici e di carriera per sé, ma per quanto possibile ha lasciato più aperta la porta per l’ingresso di persone di colore nel mondo della ricerca scientifica.

Nel 1999, è stata riconosciuta dalla National Technical Association come una delle prime 50 migliori donne in Scienze, Ingegneria e Tecnologia.

È morta a New York il 28 ottobre 2003.

Bibliografia

Per il post

Dr. Marie Maynard Daly, a Trailblazer in Medical Research,

http://www.ebony.com/black-history/marie-maynard-daly-ebonywhm#axzz4MdFJbNYu

Marie M. Daly https://www.biography.com/people/marie-m-daly-604034

Marie Maynard Daly https://www.chemheritage.org/historical-profile/marie-maynard-daly

https://en.wikipedia.org/wiki/Marie_Maynard_Daly

Pubblicazioni di Marie M. Daly (periodo el Rockefeller Institute)

Marie M. Daly,* A. E. Mirsky, H. Ris, The Amino Acid Composition and Some Properties of Histones, J. Gen. Physiol., 1951, 34, 439-450.

Marie M. Daly, A. E. Mirsky, Formation of Protein in the Pancreas, J. Gen. Physiol., 1952, 36, 243-254.

Marie M. Daly, V. G. Allfrey, A. E. Mirsky, Uptake OF Glycine-N15 by Components of Cell Nuclei, J. Gen. Physiol., 1952, 36, 173-179.

  1. Allfrey, Marie M. Daly, A, E. Mirsky, Synthesis of Protein in the Pancreas. II. The Role of Ribonucleoprotein in Protein Synthesis, J. Gen. Physiol. 1953, 37, 157-175.

[1] Mary Letitia Caldwell (1890-1972) americana, chimico della nutrizione è nota per i suoi lunghi studi sulle amilasi, enzimi necessari per la demolizione degli amidi. Nota in particolare per aver trovato un metodo per purificare l’amilasi del pancreas suino in forma cristallina.

[2] Herman Russell Branson (1914-1995) fisico e chimico afroamericano, noto per i suoi studi sulla struttura alfa elica delle proteine.

[3] Alfred Ezra Mirsky (1900-1974) biologo americano, è considerato un pioniere in biologia molecolare. Internazionalmente riconosciuto per la scoperta della costanza del DNA che ne stabilì il concetto di “materiale” ereditario. Pubblicò con Linus Pauling un importante articolo sulla struttura generale delle proteine. Ha fornito contributi rivoluzionari nello studio della struttura dei nuclei cellulari nei roditori e nei bovini proponendo dirette analogie con quella dei nuclei delle cellule umane.

Le molecole più interessanti del 2017

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Rinaldo Cervellati

Chemistry & Engineering news ha promosso una indagine fra i lettori su quali molecole sintetizzate e pubblicate nel 2017 sono risultate di maggior interesse. Nel fascicolo on-line del 4 dicembre scorso Stephen K. Ritter ha presentato i risultati di questa consultazione.

Qui riporto le prime tre classificate nella mia traduzione adattata dello scritto di Ritter.

Al primo posto, diremmo “medaglia d’oro”, si è classificata la molecola di arabinogalattano, il polisaccaride quasi due volte più grande e più complesso di qualsiasi altro ottenuto in precedenza:

La sintesi è stata effettuata dal gruppo di ricerca coordinato da Xin-Shan Ye (Yong Wu et al., Total synthesis of mycobacterial arabinogalactan containing 92 monosaccharide units, Nat. Commun, 2017, DOI: 10.1038 / ncomms14851) nel Laboratorio di Sostanze Naturali e Biomimetiche, School of Pharmaceutical Sciences, Università di Pechino.

Si tratta di un componente essenziale della parete cellulare del Mycobacterium tuberculosis, il batterio che causa la tubercolosi. Il farmaco antitubercolare etanbutolo blocca la biosintesi del polisaccaride. La tendenza dei glicani naturali ad assumere forme strutturali diverse e la loro scarsa abbondanza li rende difficili da isolare e studiare come bersagli farmacologici o per lo sviluppo di vaccini. La loro sintesi è altrettanto difficile. Xin-Shan Ye e collaboratori sono riusciti nell’impresa combinando gruppi di glicani corti in un galattano di 30 zuccheri (in blu) e due identici arabinani di 31 zuccheri (in nero), quindi hanno unito i tre frammenti ottenendo l’arabinogalattano contenente 92 zuccheri.

Xin-Shan Ye

L’arabinogalattano, tossina indubbiamente “biologica” mostra ancora una volta quanto sia fuorviante questo aggettivo per indicare prodotti sani perché “naturali”, in contrapposizione a sostanze chimiche, cattive perchè “artificiali”.

La “medaglia d’argento” è stata assegnata a molecole che contengono tre atomi di azoto legati fra loro. Le molecole centrate sull’azoto ricche di elettroni funzionano normalmente come basi di Lewis, donando una coppia di elettroni per creare un legame con un partner accettante. Il gruppo di ricerca coordinato da Mark Gandelman del Technion-Israel Institute of Technology ha riportato il primo esempio di acidi di Lewis stabili centrati sull’atomo di azoto, che forniscono addotti stabili e ben caratterizzati con varie basi di Lewis (A. Pogoreltsev et al., Nitrogen Lewis Acids, J. Am. Chem. Soc.2017139, pp 4062–4067).

Mark Gandelman

Si tratta di triazani ciclici in grado di funzionare come mostrato in figura:Questi composti presentano diverse proprietà e si potrebbero prestare a diverse applicazioni, in particolare come catalizzatori.

Su un altro versante, i radicali triazenilici contenenti azoto, già rilevati spettroscopicamente in precedenza, noti come leganti in complessi di metalli di transizione, risultano difficili da isolare e stabilizzare.

Radicali triazenilico

I ricercatori guidati da Eunsung Lee dell’Institute for Basic Science e l’Univesità di Scienze e Tecnologia di Pohang (Repubblica di Corea), hanno trovato un modo per sintetizzarli usando carbeni N-eterociclici come sostituenti stabilizzanti (Jisu Back et al. Triazenyl Radicals Stabilized by N‑Heterocyclic Carbenes, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 15300-15303).

I ricercatori hanno poi utilizzato con successo il radicale triazenilico come materiale catodico in una batteria al litio.

Al terzo posto si è classificato questo complesso del palladio a forma pentagrammo-troncata:È una struttura unica non solo perché ha una forma particolare – un pentagono circondato da trapezi isosceli – ma anche perché è la prima molecola pentanucleare multicompartimentale autoassemblante contenente due diversi leganti nonchelanti. I complessi di coordinazione autoassemblati sono in genere costruiti da metalli collegati da un solo tipo di legante. Oltre a ciò, i leganti sono spesso chelanti, il che significa che ogni legante è collegato al metallo attraverso due o più atomi. I chimici indiani e giapponesi, guidati da Dilip Kumar Chand dell’Indian Institute of Technology aMadras, che hanno sintetizzato la molecola l’hanno battezzata “stella molecolare” (S. Prusty et al., A Truncated Molecular Star, Chem. Eur. J., 2017, 23, 12456–12461).

Dilip Kumar Chand

Essi sperano che la loro stella molecolare possa ispirare la sintesi di gabbie simili a cellule per applicazioni biomediche.

Altre tre molecole sono state candidate, in particolare un “nodo molecolare”a tre catene intrecciate, derivati complessi del norborano, una molecola a forma di girasole. Esse hanno però ottenuto percentuali di voti a una cifra. Le prime tre hanno ottenuto invece il 34, 32 e 17% rispettivamente di gradimento.

Scienziate che avrebbero dovuto vincere il Premio Nobel: Maud Leonora Menten (1879-1960)

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Rinaldo Cervellati

Tutti i chimici e i biochimici hanno incontrato, nel loro percorso di studi l’equazione di Michaelis-Menten, che interpreta la velocità delle reazioni catalizzate da enzimi attraverso i due parametri Vmax e Km e definisce l’efficienza di un enzima come il rapporto kcat/Km.

Non tutti sanno però che Menten era una donna, precisamente Maud Leonora Menten.

Nata il 26 luglio 1860 a Port Lambton, Ontario (Canada), poco si sa della sua famiglia e della sua infanzia, è certo comunque che si spostarono da Port Lambton a Harrison Mills, nella British Columbia dove la madre lavorò come impiegata postale.

Maud Menten a 7 anni

Dopo aver completato gli studi secondari, Menten frequentò gli studi di medicina all’università di Toronto, ottenendo il B.A. nel 1904 e il M.A. in fisiologia nel 1907. Durante gli studi lavorò come esercitatore nel laboratorio di fisiologia dell’università.

Come studentessa di talento, in grado di applicarsi per molte ore al giorno, Menten ottenne una borsa di ricerca al Rockefeller Institute for Medical Research di New York nel 1907. Qui studiò l’effetto del bromuro di radio sui tumori cancerosi nei ratti, insieme a altri due ricercatori pubblicarono i risultati nella prima monografia dell’istituto [1]. Dopo l’Istituto Rockefeller, Menten fece un breve stage presso l’Infermeria di New York per donne e bambini, quindi tornò a Toronto per concludere gli studi di medicina. Nel 1911 divenne una delle prime donne canadesi a ricevere il Medicine Doctor (MD)[1].

Menten in laboratorio

L’anno seguente Menten si recò a Berlino per studiare il meccanismo di azione degli enzimi con il biochimico tedesco, Leonor Michaelis[2], in un ospedale municipale di Berlino, dove Michaelis aveva accettato un posto di batteriologo ma si occupava anche, insieme all’amico chimico Peter Rona, di problemi chimico-fisici. Secondo A. Cornish- Bowden [2]: “ci sono pochi dubbi che il suo interesse [di Menten] nel lavorare con Michaelis e nell’ottenere un dottorato in biochimica fosse motivato dalla convinzione che un’approfondita conoscenza della biochimica sarebbe stata fondamentale per il progresso nella ricerca medica che costituiva il suo obiettivo a lungo termine.”

Michaelis e Menten studiarono in dettaglio la reazione di inversione del saccarosio (substrato) in glucosio e fruttosio (prodotti) catalizzata dall’enzima[3] invertina (poi chiamato invertasi). Lavorarono in ambiente tamponato a pH e temperatura costante, seguendo l’andamento della reazione per via polarimetrica. In base all’ipotesi che il saccarosio e l’enzima formino un composto (intermedio) molto labile che rapidamente evolve nei prodotti[4], formularono un modello che sviluppato matematicamente forniva curve velocità di reazione vs. concentrazione del substrato in ottimo accordo con i dati sperimentali. L’equazione che svilupparono, formalmente proposta nel 1912 e pubblicata nel febbraio 1913 [3], è ora chiamata in tutti i testi di cinetica e biochimica come equazione di Michaelis-Menten.

Menten e Michaelis

Essi determinarono il valore della costante k (Ks), senza quello di Vmax in base all’andamento della velocità della reazione (in termini di unità di gradi di rotazione ottica al minuto) a diverse concentrazioni iniziali di saccarosio con un procedimento matematico lungo e abbastanza complicato. Michaelis e Menten andarono poi oltre l’analisi limitata al saccarosio, rendendosi conto che il legame substrato-enzima poteva estendersi anche ai prodotti della reazione, fruttosio (F) e glucosio (G), quindi si rendeva necessario estendere il modello per testarne la validità. Cosa che infatti fecero con successo anche su miscele saccarosio/mannitolo e saccarosio/lattosio [3c].

Per il loro trattamento matematico, Michaelis e Menten considerarono il legame saccarosio-invertasi all’equilibrio durante il corso della reazione. L’equazione originale è leggermente diversa da quella che conosciamo [4]. Viene generalmente applicata l’approssimazione dello stato stazionario all’intermedio substrato-enzima, metodo introdotto per l’analisi dei modelli cinetici solo dopo la pubblicazione del lavoro dei due scienziati, più precisamente da David Chapman e Max Bodenstein che la sviluppò nello stesso 1913 applicandola al meccanismo a catena nei casi di particolari reazioni consecutive [5].

L’applicazione dell’approssimazione dello stato stazionario al modello di Michaelis-Menten, così come lo presentiamo oggi ai nostri studenti, è dovuta a G. Briggs e J. Haldane [6].

  1. Johnson [4], autore di una interessante rivisitazione dell’ articolo originale Di Michaelis e Menten si dice sorpreso che i due ricercatori, così abili in matematica, non abbiano pensato a linea rizzare la loro equazione facendone il reciproco. Essi avevano già raggiunto il risultato eccezionale della caratterizzazione delle cinetiche enzimatiche attraverso la Ks. Fatto sta che ci vollero più di venti anni prima che l’idea venisse sviluppata da H. Lineweaver e D. Burk [7] con il loro famoso diagramma chiamato del doppio reciproco. Graficando 1/v contro 1/[S], i punti sperimentali sono ben interpolati da una retta che, estrapolata fino a incontrare gli assi fornisce i valori 1/Vmax e –1/Ks, intercette con x e y rispettivamente, con coefficiente angolare Ks/Vmax. Un metodo davvero molto semplice per ottenere i due parametri caratteristici di una cinetica enzimatica, curioso è il fatto che il loro articolo è ancora il più citato (più di 11000 citazioni) fra quelli apparsi sul Journal of the American Chemical Society.

Tuttavia l’equazione di Michaelis-Menten resta la base dell’enzimologia moderna, ed è stato (e è ancora) il punto di riferimento per la maggior parte degli studi cinetici sulle reazioni enzimatiche. Inoltre, lo sviluppo di molti farmaci e forme farmaceutiche nel XX secolo a oggi non sarebbe stato possibile senza lo studio pionieristico di Michaelis e Menten. Si deve anche considerare che nel 1913 si sapeva poco sull’azione degli enzimi, inclusa la loro natura chimica.

Sebbene il merito della ricerca sia da attribuire in egual misura a entrambi i ricercatori, per molto tempo Maud Menten fu considerata semplicemente come “assistente” di Micaelis e la costante Ks, indicata con Km viene in generale chiamata costante di Michaelis. Ciò, secondo R. Skloot [8] è dovuto in gran parte al fatto che nell’articolo pubblicato, al nome Maud L. Menten viene premesso il titolo “Miss”. Ma, più plausibilmente io ritengo che la sottovalutazione del contributo di Menten sia dovuto all’”effetto Matilda” di cui ho parlato in un precedente post. Quel “Miss” potrebbe anche significare che Menten non aveva ancora ottenuto il Ph.D. il che casomai ne valorizzava il contributo (v. nota 1).

Dopo il periodo berlinese, Menten si recò negli Stati Uniti a Cleveland, dal 1915 al 1916 studiò fenomeni collegati all’insorgenza di tumori alla Western Reserve University nel laboratorio di George W. Crile, il primo chirurgo a effettuare con successo una trasfusione diretta di sangue. Durante lo stesso periodo si iscrisse all’Università di Chicago, dove nel 1916 conseguì il dottorato in biochimica discutendo una tesi sull’alcalinità del sangue nei tumori e in altre patologie.

Successivamente, dal 1918 al 1950 ha lavorato all’Università di Pittsburgh nella School of Medicine diventando prima professore assistente, poi professore associato e direttore del Reparto di Patologia dell’Ospedale Pediatrico di Pittsburgh, fu infine nominata full professor nel 1948. In questo lungo periodo Menten ha effettuato numerose ricerche applicando le sue conoscenze chimico fisiche in campo medico (ematologia, patologia, chemioterapia), pubblicando circa un centinaio di articoli, realizzando così il progetto che si era prefissa con il periodo berlinese. Fra le altre, ha studiato la reazione dei coloranti azoici per la fosfatasi alcalina, ancora utilizzata in istochimica [9], ha caratterizzato le tossine batteriche da B. paratyphosus, Streptococcus scarlatina e Salmonella ssp., utilizzate con successo in un programma di immunizzazione contro la scarlattina. Ha anche condotto la prima separazione elettroforetica delle proteine emoglobiniche, ha lavorato sulle proprietà dell’emoglobina, sulla regolazione del livello di zucchero nel sangue e sulla funzione renale [10]. Altre ricerche hanno riguardato le ossidasi [11], la vitamina C [12], l’istochimica del glicogeno e gli acidi nucleici nel midollo osseo.

Dopo il pensionamento continuò per alcuni anni a lavorare in Canada, all’Istituto di Ricerche Mediche della British Columbia. Muore nel 1960 all’età di 81 anni.

Menten aveva una capacità di lavoro non comune, in certe occasioni era in grado di lavorare per 18 ore consecutive al giorno. Come se non le bastassero gli impegni di lavoro, essa aveva anche una varietà di interessi al di fuori della scienza. Amava la musica, era una brava clarinettista, pittrice e linguista (parlava russo, francese, tedesco, italiano e almeno una lingua dei nativi americani).

Omaggio a Maud Menten

Nel necrologio per Nature, A. Stock e A-M Carpenter [13] scrivono di lei:

Menten era instancabile nei suoi sforzi a favore dei bambini malati, era un’insegnante eccellente che sapeva come stimolare studenti, medici e colleghi di ricerca, sarà da questi a lungo ricordata per la mente acuta e l’ingegno, per la dignità dei modi, per la modestia discreta, e soprattutto per il suo entusiasmo nella ricerca.

Bibliografia

[1] Jobling, J W; Flexner, Simon; Menten, Maud L (1910). Tumors of animalsRockefeller Institute for Medical Research.

[2 ] A. Cornish-Bowden, Part 2: Maud Leonora Menten (1879–1960): her career as an experimental pathologist., in: Ute Deichmann et. Al. Commemorating the 1913 Michaelis–Menten paper Die Kinetik der Invertinwirkung: three perspectives. FEBS Journal, 2014, 281, 435–463.

[3] a) L. Michaelis, Miss M.L. Menten, Die Kinetik der Invertinwirkung, Biochemische Zeitschrift, 191349, 335–369. Trad. Ingl. T.R.C. Boyde in FEBS Letters, 2013, 587, 2712–2720; b) R.S. Goody, K.A. Johnson (translated by), The Kinetics of Invertase Action (Die Kinetik der Invertinwirkung, Von L. Michaelis and Miss Maud L. Menten,

http://sbrg.ucsd.edu/sites/default/files/The%20Kinetics%20of%20Invertase%20Action-1.%20Translation%20of%20Michaelis%20Menten..pdf

[4] K.A. Johnson, R.S. Goody, The Original Michaelis Constant: Translation of the 1913 Michaelis− Menten Paper, Biochemistry, 2011, 50, 8264-8269.

http://dsec.pku.edu.cn/~tieli/notes/stoch_topics2015/MMHist.pdf

[5]  M. Bodenstein, Eine Theorie der photochemischen Reaktionsgeschwindigkeiten, Z. Phys. Chem., 1913, 85, 390–421.

[6] G.E. Briggs, J.B.S. Haldane, A note on the kinetics of enzyme action. Biochem. J., 1925 19, 338−339.

[7] H. Lineweaver, H., D. Burk, The determination of enzyme dissociation constants. J. Am. Chem. Soc. 1934, 56, 658−666.

[8] R. Skloot, Some called her Miss Menten,

http://smilesandvials.tumblr.com/post/105938755686/some-called-her-miss-menten-rebecca-skloot

  1. anche: K. Rogers, Maud Leonora Menten, https://www.britannica.com/biography/Maud-Leonora-Menten

[9] a) M.L. Menten, J. Junge, M.H. Green, Distribution of alkaline phosphatase in kidney following the use of histochemical azo dye test, Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine1944, 57, 82–86; b) M.L. Menten, J. Junge, J., M.H. Green, A coupling histochemical azo dye test for alkaline phosphatase in the kidney, Journal of Biological Chemistry, 1944, 153, 471–477.

[10] M.A. Andersch, D.A. Wilson, M.L. Menten, (1944). Sedimentation constants and electrophoretic mobilities of adult and fetal carbonylhemoglobin. Journal of Biological Chemistry, 1944, 153, 301–305.

[11] M.L. Menten, A study of the oxidase reaction with a-naphthol and paraphenylenediamine,  Journal of Medical Research, 1919, 40, 433 – 457.

[12] C.G. King, M.L. Menten, The influence of vitamin C level upon resistance to diphtheria toxin I. Changes in body weight and duration of life, Journal of Nutrition, 1953, 10: 129–140.

[13] A. Stock, A.-M. Carpenter, Prof. Maud Menten. Nature,1961, 189 (4769), 965.

[1] In Canada, il M.D. è il diploma in medicina richiesto per praticare la professione. Anche se il M.D. è un diploma professionale e non un dottorato di ricerca, molti M.D. conducono ricerche scientifico cliniche, pubblicano su riviste specializzate e sono generalmente chiamati medici-ricercatori.

[2] Leonor Michaelis (1874-1949) biochimico, chimico-fisico e medico fisiologo iniziò a occuparsi di enzimologia nel 1904 pubblicando il primo lavoro sul meccanismo degli enzimi nel 1907 (E. Abderhalden, L. Michaelis, Der Verlauf der fermentativen Polypeptidspaltung. Hoppe-Seyler’s Z Physiol Chem 1907, 52, 326–337). E’ considerato uno dei fondatori della biochimica moderna (chiamata allora chimica fisiologica) per le sue ricerche che spaziano dalle proteine alle membrane cellulari fino alla biochimica dei mitocondri. Ebreo, amico di Einstein, fu poco riconosciuto in Germania dove gli fu negata la posizione di professore universitario. Fu professore di biochimica prima in Giappone e poi negli USA, alla Johns Hopkins University of Baltimora e infine a New York al Rockefeller Institute for Medical Research. (v. [2])

[3] Nell’articolo originale in tedesco Micaelis e Menten si riferisco al’enzima con il termine “ferment”. Tuttavia la parola “enzima”, fu introdotta nel 1878 dal fisiologo tedesco Wilhelm Kühne (1837-1900) e largamente usata in lingua inglese.

[4] Questa ipotesi fu fatta da Victor Henri (1872-1940) chimico fisico francese di origine russa che in base a essa cercò di ricavare un’equazione fra velocità di reazione e concentrazione del substrato. Egli però, come fecero notare Michaelis e Menten, trascurò l’influenza di H+ e la lenta mutarotazione dei prodotti. A causa di ciò non riuscì a confermare la sua equazione. Henri fu autore di numerose ricerche in campo biochimico e fisiologico e è considerato comunque un pioniere della cinetica enzimatica.