Richard Willstätter

 

Cursó su formación primaria en la escuela básica de su localidad natal, hasta que se mudó de domicilio con su familia e ingresó en la Escuela Técnica de Núremberg. Allí dio muestras de poseer una innata vocación científica, por lo que, ya en plena juventud,​ estudió en la Universidad de Múnich, en la que obtuvo su doctorado en 1894 por su trabajo sobre la estructura de la cocaína. Ejerció como profesor asistente de química orgánica en esa universidad (1902-1905), trabajando a las órdenes de Adolf von Baeyer en Múnich, mientras continuó investigando sobre la estructura de los alcaloides, sintetizando varios de ellos.

 

A los 18 años se graduó bajo la tutela, nada más y nada menos, que de Adolf von Baeyer, protagonista del Nobel de Química de 1905 por su estudio de un pigmento orgánico, el añil. ¿Casualidad? Pues hombre, no – von Baeyer despertó el interés de Willstätter en la química orgánica en general, y en los pigmentos y alcaloides vegetales en particular. De hecho, la tesis doctoral del joven en 1894 versaba sobre la estructura de la cocaína.

 

Entre 1905 y 1912 fue profesor en la Universidad de Zürich, comenzando a trabajar sobre la clorofila. Descubrió su estructura así como la similitud entre ésta y la hemoglobina de la sangre. Fue profesor de la Universidad de Berlín (1912-1915) (donde sus investigaciones revelaron la estructura de muchos pigmentos de flores y plantas) y director del Instituto Kaiser Wilhelm (1912-1916). Cuando la I Guerra Mundial interrumpió sus investigaciones, junto con Fritz Haber dedicó su atención al desarrollo de una máscara antigás.

 

Ahora bien, el trabajo de Willstätter sobre la clorofila no lo realizó bajo von Baeyer. Aunque aún quedaban años para la llegada de Adolf Hitler, el antisemitismo ya bullía por toda Europa, y en Alemania era muy intenso. El propio von Baeyer sugirió a Willstätter en 1902 que se convirtiese al cristianismo y se bautizase para suavizar las cosas y así no perjudicar su carrera profesional, pero el joven se negó y decidió buscar fortuna fuera de Alemania, en Suiza, donde la estupidez humana no era tan intensa.

 

En 1905 entró a formar parte del claustro de la Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) de Zürich, y fue allí donde empezó a desentrañar los secretos de esta molécula. Aunque Willstätter nos reveló grandes secretos de la clorofila no fue él quien identificó absolutamente todo lo que hay en ella, porque para eso hará falta llegar a 1940 y el Nobel correspondiente, y aún estamos muy lejos.

 

Willstätter siguió el trabajo de Berzelius con ácidos y bases, pero con más rigor aún que el sueco y, naturalmente, con sesenta años de avances en química –sobre todo en la orgánica–. Su objetivo era utilizar reacciones químicas para “romper” la molécula: tenía bastante claro que probablemente era una molécula orgánica compleja, es decir, formada por varias cadenas y grupos, de modo que intentó aislar esas partes una por una para identificarlas.

 

Tratando la molécula con hidróxido de potasio (KHO) produjo una saponificación, es decir, la hidrólisis de un triglicérido mediante una base. Al hacerlo obtuvo la primera “pieza” identificable de la clorofila: un larguísimo alcohol de fórmula empírica C20H40O que denominó fitol. Al retirar el fitol de la clorofila desaparecía alrededor de un tercio de su masa, de modo que Willstätter aún tenía por descubrir dos terceras partes de la molécula, ¡pero no está mal para empezar!

 

Ahora bien, el fitol no era el responsable del color verde de la clorofila, porque al eliminarlo lo que quedaba seguía siendo verde. Willstätter trató entonces de hacer reaccionar este remanente con bases fuertes y luego con ácidos fuertes, para identificar la razón del color verde. En este resto de la molécula el alemán encontró ácidos carboxílicos, pero lo más interesante de todo es que este resto contenía lo que, tras utilizar ácidos para aislarlo, resultó ser magnesio. Para ser justos algún otro químico había detectado magnesio antes, pero no había sido capaz de demostrar que no fuera una impureza, y su presencia era tan rara –nunca antes había sido detectado en una biomolécula– que era necesaria gran contundencia para demostrar que estaba ahí.

 

Este magnesio constituía alrededor del 3% del peso de la molécula, pero resultó ser fundamental. Por un lado la parte de la molécula que lo contenía parecía ser precisamente la que daba el color verde a la clorofila, y Willstätter denominó a estas estructuras clorofilinas. Por otra parte no se trataba de un átomo de magnesio suelto en el extremo de la molécula: de haber sido así sería muy fácil aislarlo utilizando las fuerzas eléctricas, ya que los iones de magnesio tienen carga positiva. Pero el metal era endiabladamente difícil de extraer de la clorofila, como si estuviera “encerrado y atado por todas partes”.

 

Esto, curiosamente, no era nuevo. Lo que hace a la hemoglobina especial es una estructura en forma de anillo que contiene en su interior (“encerrado y atado por todas partes”) un átomo de hierro, y esta estructura –llamada grupo hemo– es la responsable del color particular de la hemoglobina. La clorofila parecía tener, por tanto, una similitud sorprendente con la hemoglobina: los experimentos de Willstätter sugerían un anillo orgánico que contenía en su centro un átomo metálico, pero en vez de hierro como en el caso de la hemoglobina, de magnesio. Una similitud que no hubiera resultado sorprendente a Berzelius, por cierto.

 

Poco más tarde Willstätter consiguió demostrar más allá de toda duda la conexión química entre hemoglobina y clorofila. Estos anillos con un átomo metálico eran tan parecidos que el alemán consiguió, tras un número de reacciones químicas, obtener un anillo –sin el átomo metálico dentro– a partir de la clorofila, y el mismo anillo a partir de la hemoglobina. Este tipo de estructuras se denominaron porfirinas, hay muchas y gran número de ellas son pigmentos de brillantes colores.

 

Tanto en el caso del grupo hemo como en el de la clorofila, el átomo metálico toma parte en diversas reacciones de oxidación-reducción: sirve de “depósito de electrones” donados por otros átomos, como el oxígeno del CO2 en el caso de la clorofila o el del O2 en el caso del grupo hemo, de modo que los organismos que los emplean pueden “atrapar” gases o átomos de moléculas gaseosas como parte de su biología. Pero el químico no se paró ahí.

 

Cuando Willstätter realizó estas “disecciones químicas” con la clorofila extraída de distintas plantas se dio cuenta de dos cosas. Por un lado, la clorofila parecía ser básicamente la misma molécula independientemente de la planta de la que proveniese, pero por otro lado al descomponerla en sus constituyentes químicos parecía obtener dos resultados distintos, como si en todos los casos existiesen dos clorofilas diferentes. Tras años de trabajo, tanto en la ETH de Zürich como posteriormente en la Universidad de Berlín –donde se convirtió en catedrático de Química en 1912– y la Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (Sociedad del Kaiser Guillermo para el avance de la ciencia), Willstätter pudo publicar sus conclusiones sobre esta especie de “doble clorofila”. Sí, ahora que tenía cierto prestigio su carrera no encontraba obstáculos por el hecho de ser judío –por ahora–.

 

El alemán había encontrado dos formas muy parecidas, pero no exactamente iguales, de la molécula, que llamó clorofila a y clorofila b. La primera era de color azul-verdoso y la segunda amarillo-verdosa, y al verlas mezcladas en gran cantidad el color resultante era el “verde clorofila” que se veía en los cloroplastos… pero la clorofila, claro, no era verde, sino una mezcla de las otras dos. La clorofila a absorbía luz en unas longitudes de onda más que la clorofila b y viceversa, de modo que juntas absorbían una buena porción del espectro solar. Si te fijas en la imagen de abajo, sólo dejan un buen hueco sin absorber en la zona media del espectro visible, es decir, en el verde – por eso vemos la mezcla verde. ¿Por qué no absorber todo y ser negra? No lo sabemos, pero hay que recordar que la evolución biológica no tiene un plan y lo que existe no es la mejor solución posible en todos los casos. En cualquier caso, hemos especulado sobre ello en el pasado.

 

Además de la clorofila, Willstätter estudió otros pigmentos vegetales de color rojo y azul intenso llamados antocianinas. Esto puede sonar exótico pero no lo es: las antocianinas dan el color a las moras, a los arándanos, las cerezas, las berenjenas, el maíz morado y muchas flores como las rosas o los pensamientos. El alemán hizo algo parecido a lo que logró con la clorofila: “desmontar” la gran molécula en fragmentos más pequeños e identificables. Las antocianinas resultaron ser glucósidos, es decir, moléculas formadas por un glúcido –normalmente glucosa– unido a otra cosa.

 

Dado que la glucosa no tiene color rojo ni azul, esa otra cosa era quien daba el color a la flor o fruto, y Willstätter denominó a esos grupos cianidinas, aunque creo –en mi ignorancia– que hoy en día se llaman más comúnmente antocianidinas. Al estudiar muchas plantas se dio cuenta de que la reacción de estas cianidinas con otros compuestos en la planta –por ejemplo la savia– podía dar al pigmento colores bastante distintos. Dado que estas antocianinas tienen tonos muy intensos, los seres humanos hemos incluso seleccionado artificialmente plantas con un mayor contenido en ellos simplemente por su apariencia.

 

Curiosamente, la evolución biológica parece haber seleccionado el contenido en antocianinas precisamente por la misma razón: a diferencia de la clorofila, estos pigmentos no sirven para producir un ciclo de reacciones químicas. Lo que en la clorofila es un “efecto colateral” (el color) es el objetivo de estos pigmentos vegetales: atraer insectos, pájaros y otros animales por lo llamativos que son, ya sea para polinizar, diseminar semillas o lo que sea. Las antocianinas son, si me lo permites, maquillaje evolutivo.

 

Lo que no consiguió Willstätter fue identificar la estructura exacta y detallada ni de las antocianinas ni de la clorofila –o, mejor dicho, de las clorofilas, porque además de las dos que descubrió él resultó haber más–, ni tampoco la cadena exacta de reacciones químicas que forman la fotosíntesis. Para ambas cosas hubo que esperar unos cuantos años más. Y parte de la culpa de esto –aunque es difícil saber qué hubiera pasado de haber sido distintas las circunstancias– la tuvo la guerra.

 

El estallido de la Primera Guerra Mundial hizo muy difícil continuar las investigaciones, pero la cosa fue incluso peor que no hacer nada: Willstätter fue invitado a uno de los horrores más espantosos creados por el ser humano, la síntesis de gases venenosos. Era inevitable: aunque su trabajo se centrase en los alcaloides vegetales, era una de las principales figuras de la química orgánica alemana, y como ya hemos discutido hace tiempo aquí, la Gran Guerra fue un escenario de horror en este aspecto. Pero, naturalmente, la mayor parte de la gente no lo veía así: para la mayoría era una cuestión de simple patriotismo y lealtad desarrollar las armas más letales posibles.

 

Así, un buen amigo de Willstätter, Fritz Haber –que recordarás de un par de artículos atrás, cuando lo defendió Max von Laue en su panegírico–, lo invitó a unirse a él en la elaboración de gases venenosos para utilizar en la guerra. Sin embargo, Richard Willstätter se negó a participar en tal horror; aceptó por el contrario dedicar su esfuerzo a desarrollar protecciones contra esos gases –no olvidemos que los alemanes no fueron los únicos en usarlos en la contienda–, y en poco tiempo había diseñado un filtro para máscaras antigás de enorme calidad.

 

En dos años se habían fabricado unos treinta millones de estas máscaras, y al final de la guerra Willstätter recibió la Cruz de Hierro de Segunda Clase por esta contribución. Pero lo notable, en mi opinión, no es el mérito en el desarrollo del filtro, sino negarse por conciencia a algo que la mayor parte de sus compatriotas consideraba un deber. Otros hicieron lo que él hubiera hecho, sin duda, y probablemente considerasen su actitud un gesto simbólico… pero ahí quedó, y no sería el único que haría este barbudo de Karlsruhe.

 

Como ha pasado tantas veces en la serie últimamente, Willstätter no pudo acudir a recibir el premio de 1915, ya que la guerra continuaba. Viajó a una ceremonia dos años después de terminar la contienda, junto con otro puñado de galardonados durante la guerra, y esto nos ha dado el regalo de este vídeo de 1920, en el que el alemán aparece junto al resto de científicos que hicieron el mismo viaje y sus mujeres. Algunos son viejos amigos nuestros y otros lo serán pronto.

 

Después de la guerra y el galardón Willstätter continuó su trabajo en química orgánica –fue uno de los principales defensores de la idea de que las enzimas no eran organismos biológicos sino moléculas complejas–. Aunque ya no sea relevante para la historia del Premio, sí quiero mencionar el último detalle que indica la categoría humana de este tipo aunque fuera un desastre para su carrera y probablemente la química orgánica.

 

Tras la Gran Guerra el antisemitismo siguió aumentando en Alemania. Naturalmente Willstätter era ya una celebridad no sólo por su aportación en la guerra sino por el Nobel y su fama mundial, de modo que el hecho de ser judío no era un problema –lo hubiera sido más adelante sin duda, pero no aún–. En 1924, nueve años después de ganar el Nobel y seis de terminar la guerra, Richard Willstätter anunció una decisión sorprendente para todo el mundo: se apartaba de la vida pública y la investigación como gesto contra el antisemitismo reinante. Sus alumnos, sus colegas en Berlín e imagino que todo el mundo en Alemania que sabía quien era intentaron convencerlo de lo absurdo de esa jubilación anticipada, pero él se mantuvo en sus trece y no volvió a pisar ni un aula ni un laboratorio.

 

La recompensa a tal integridad le llegó catorce años después: en 1938 la Gestapo fue a por él. Afortunadamente se había ganado la lealtad de mucha gente y pudo escapar al mismo sitio al que se había dirigido de joven, Suiza, donde vivió los últimos años de su vida. Imagino que murió aún descorazonado por los acontecimientos, ya que a su muerte en 1942 aún no estaba claro lo que sucedería ni en Alemania ni en Europa.

 

Con este deprimente final no puedo dejarte, así que aquí tienes las palabras del profesor Hammarsten, presidente de la comisión de Química de la Real Academia Sueca de las Ciencias, escritas –no pronunciadas, porque no hubo ceremonia de entrega– en 1915. También te recomiendo, si tienes tiempo y ganas, que leas el discurso del propio Willstätter de 1920, al que enlazo al final:

 

Por su propiedad de hacer posible la asimilación de dióxido de carbono bajo la influencia de la luz solar y así introducir la síntesis de sustancias orgánicas en las partes verdes de la planta, la clorofila, como es bien sabido, posee una gran importancia biológica y tiene un trabajo extremadamente importante en la economía de la Naturaleza. Elucidar la naturaleza y modo de funcionamiento de esta sustancia es, por lo tanto, una tarea de la máxima importancia.

 

Sin embargo, las dificultades encontradas por los investigadores en este campo han sido tan grandes que hasta hace muy poco tiempo han evitado un estudio satisfactorio del problema de la clorofila. Willstätter es el primero, junto con varios de sus alumnos, en solventar estas dificultades mediante métodos novedosos y muy valiosos y mediante investigaciones extensas, llevadas a cabo con una maestría experimental considerable. A raíz de los nuevos e importantes descubrimientos que han resultado de estas investigaciones [Willstätter] ha conseguido revelar en todas sus partes esenciales la cuestión de la naturaleza química de la clolofila.

 

Es cierto que los investigadores anteriores habían observado que la clorofila contiene magnesio, además de otras sustancias minerales. Sin embargo, Willstätter tiene el mérito de haber sido el primero en reconocer y demostrar con pruebas el hecho de que el magnesio no es una impureza sino una parte integral de la clorofila pura de la naturaleza – un hecho de enorme importancia desde el punto de vista biológico.

 

Ha demostrado que el magnesio está unido a la molécula de clorofila de un modo muy similar al del hierro en la hemoglobina; este enlace es tan firme que el magnesio no se libera incluso bajo la acción de una base fuerte. Por otro lado puede ser extraído con un ácido sin dañar el resto de la molécula de clorofila, y la clorofila sin magnesio así obtenida es muy útil para ciertas investigaciones. Willstätter ha utilizado esta circunstancia para determinar hasta qué punto la clorofila es la misma en distintos tipos de plantas.

 

Las investigaciones realizadas en más de doscientas plantas diferentes, tanto fanerógamas como criptógamas, han demostrado que la clorofila era la misma en todos los tipos examinados hasta el momento. Esta clorofila, sin embargo, no es una sustancia químicamente homogénea. Es una mezcla de dos clorofilas muy similares pero diferentes, una de ellas azul-verdosa y la otra amarillo-verdosa, y la primera aparece en mayor densidad en las hojas que la segunda.

 

El hecho de que la clorofila en su definición ordinaria es una mezcla de dos pigmentos verdosos ya había sido ciertamente propuesto como probable por Stokes en 1864, y tanto Tsvett como Marchlevski habían apoyado firmemente esta hipótesis. Ha sido Willstätter, sin embargo, quien ha demostrado esto de manera concluyente.

 

La preparación de clorofila en un estado puro e inalterado y en cantidades suficientemente grandes como para realizar sobre ella un análisis químico ha sido, por supuesto, una de las tareas más importantes en la investigación sobre ella; al mismo tiempo era una de las más difíciles de todas. Al llevar a cabo esta tarea, Willstätter también ha conseguido obtener los dos tipos diferentes de clorofila mencionados anteriormente en un estado puro, y así ha obtenido una prueba definitiva de su existencia.

 

Al hacerlo ha conseguido llevar a cabo una investigación en profundidad sobre el gran número de derivados diversos que pueden obtenerse de estas dos clorofilas diferentes, y como resultado de esto ha iluminado considerablemente el campo de la química de la clorofila, que era antes muy complicado y confuso. Al desarrollar métodos para preparar clorofila pura en grandes cantidades, también ha creado nuevas y prometedoras posibilidades de investigaciones futuras y provechosas en este campo.

 

Sin embargo, la parte más importante de las investigaciones de Willstätter ha sido la relacionada con la detección de la estructura química de la clorofila. Ha demostrado que la clorofila es un éster, el cual al ser saponificado con una base puede ser separado en un alcohol antes desconocido llamado fitol, que representa una tercera parte de la molécula, y un pigmento llamado clorofilina que contiene magnesio, que forma el resto de la molécula. Ha investigado cuidadosamente estos dos componentes tanto de manera individual como a través de sus productos de transformación y descomposición.

 

Además, ha descubierto que esta separación de la clorofila en sus dos componentes antes mencionados también puede producirse como resultado de la acción de una enzima que aparece en las hojas, que ha llamado clorofilasa, y así ha sido capaz de elucidar la naturaleza de la clorofila cristalizada. Ha demostrado que ésta no es, como algunos investigadores habían supuesto, el pigmento puro e inalterado de las hojas. La clorofila cristalizada es un producto de laboratorio, un éster básico, que carece de fitol. La clorofila amorfa, que contiene fitol, es el pigmento natural e inalterado que existe en las partes verdes de la planta.

 

Una parte muy importante del trabajo de Willstätter sobre la estructura química de la clorofila es la de sus investigaciones sobre los pigmentos, la clorofilina y otras filinas y derivados de aquélla. Estas investigaciones son de particular interés en la cuestión de la relación entre los pigmentos de la sangre y la clorofila.

 

Es posible preparar, partiendo del pigmento rojo de la sangre, la hemoglobina, sustancias de color morado y libres de hierro, conocidas como porfirinas, y la conocida desde hace más tiempo de todas ellas es la hematoporfirina. Se ha preparado una sustancia ópticamente muy similar a ella a partir de un derivado de la clorofila por parte de Hoppe-Seyler, que ha llamado este pigmento clorofílico filoporfirina por la similitud entre ambas sustancias. Schunck y Marchlevski han demostrado posteriormente que existe una relación química entre el pigmento de la sangre y la clorofila, pero también en este caso ha sido Willstätter quien ha llevado a cabo las investigaciones más concluyentes.

 

En estas investigaciones concernientes al núcleo de pigmento tanto en la clorofila como en la hemoglobina, ha realizado observaciones nuevas y muy importantes sobre los pirroles y su posición en este núcleo; en particular ha demostrado que es posible preparar, a partir de estos dos pigmentos, la misma porfirina, etioporfirina, cuya molécula mantiene las características esenciales del núcleo pigmentoso. Al hacerlo ha demostrado de la manera más concluyente e interesante la relación entre los dos pigmentos más importantes, biológicamente hablando, de la Naturaleza – la hemoglobina y la clorofila.

 

También ha preparado en estado puro y estudiado exhaustivamente los pigmentos amarillos, denominados carotenoides, que aparecen junto con la clorofila en las hojas de las plantas. Mediante los resultados obtenidos estudiando estos pigmentos amarillos y las clorofilas, ha preparado el camino para nuevas investigaciones sobre el papel desempeñado por los distintos pigmentos de las hojas en la asimilación del ácido carbónico.

 

Además ha estudiado con gran éxito otro grupo de pigmentos vegetales, los pigmentos azules y rojos de las flores denominados antocianinas. Ha aislado el pigmento característico e investigado su naturaleza química para un gran número de flores como aciano, rosa, pelargonia, espuela de caballero, malvarrosa, etc., además de algunos frutos como arándanos, uvas negras y arándanos rojos. Como resultado ha demostrado que las antocianinas son glucósidos, que pueden descomponerse en un tipo de azúcar –en la mayor parte de los casos glucosa– y un componente pigmentario, una cianidina.

 

Willstätter ha determinado la estructura química de estas cianidinas; ha demostrado en qué consiste su diferencia entre los distintos tipos de flores y frutos, y también ha demostrado su estrecha relación con los pigmentos amarillos que aparecen en la Naturaleza del grupo de la flavona o el flavonol. Al reducir uno de estos pigmentos amarillos, la quercetina, ha obtenido la cianidina que aparece en las rosas y los acianos, y mediante la síntesis química ha conseguido obtener la cianidina de la pelargonia, la pelargonidina. Ha demostrado la dependencia de los pigmentos florales de la acción de la savia, y ha explicado así cómo es posible que la misma antocianina tenga un color diferente en flores distintas, como sucede con las rosas y los acianos. La antocianina es la misma en ambos casos, pero en la rosa está unida a un ácido vegetal y es por tanto roja, mientras que en el aciano está unida a una base y es por tanto azul.

 

Al extender sus investigaciones a los pigmentos amarillos de las flores y mediante la determinación cuantitativa de las antocianinas en ciertos tipos, ha demostrado la diferencia de color que las flores toman en la Naturaleza bajo el cuidado del jardinero dependiendo de distintas circunstancias, como la aparición de varias antocianinas diferentes en el mismo tipo [de planta], grandes variaciones en el contenido en antocianinas, distintas reacciones de la savia y la presencia simultánea de distintos tipos de pigmentos amarillos, que una vez más pueden diferir unos de otros en distintos tipos [de planta].

 

En este campo de la química de pigmentos vegetales, la investigaciones de Willstätter también pueden considerarse pioneras; las más importantes y más completas, sin embargo, son las relacionadas con la clorofila, mediante las que no sólo ha conseguido desentrañar la estructura química de esta sustancia, sino que además ha establecido una base sólida para la realización con éxito de investigaciones a largo plazo en este campo extremadamente importante de la química vegetal.

Fuentes: https://es.wikipedia.org/wiki/Richard_Willst%C3%A4tter

https://eltamiz.com/2013/09/25/premios-nobel-quimica-1915-richard-willstatter/