The Svedberg et Arne Tiselius :
Les premiers développements de la chimie moderne des protéines à Uppsala

par Kai O. Pedersen

Comprehensive Biochemistry, vol 35, Elsevier, 1983, 233 - 281

 (Version partielle, sans références ; partie 2)

La PREMIERE ultracentrifugeuse

Page 239 - Le nom "ultra-centrifugeuse" (« ultracentrifuge ») apparaît  pour la première (page 240) fois dans un rapport de laboratoire de Svedberg le 15 février 1924. Au début Svedberg eut un grand nombre de difficultés à cause des convections qui dérangeaient la sédimentation normale. En plaçant le rotor "spin" en atmosphère d'hydrogène, les convections disparaissaient. Avant les congés d'été, ils purent envoyer un manuscrit au "Journal of the American Chemical Society" : "The ultracentrifuge, a new instrument for the determination of the size and distribution of size of particle in amicroscopic colloids"[12].
Page 240 - Avec la première ultracentrifugeuse, ils purent faire sédimenter les plus petites particules d’orgasols d'or, et le rêve de Svedberg était que l'on puisse également faire sédimenter des particules plus petites telles les protéines. Selon les manuels de biochimie, l'albumine d'œuf devait avoir une masse moléculaire moyenne de 34000. Au moyen d’une méthode d'absorption de la lumière utilisant la lumière U.V., il devait être possible de suivre la sédimentation de n'importe quelle protéine. Svedberg était impatient d'essayer, et Nichols vint de Madison pour étudier dans le laboratoire de Svedberg. Les premières expériences furent décevantes, aucune sédimentation de l'albumine de l'oeuf ne pouvant être observée.
Page 240 - Environ à ce moment là, Svedberg  fit la connaissance de Robin Fahreus (1888-1968) car Mme Svedberg et Mme Fahreus étaient d'anciennes amies. Fahreus était professeur assistant de pathologie à l'Institut Caroline (l'Ecole de médecine den Stockholm). Sa thèse sur "The suspension stability of the blood" servit à introduire une méthode bien connue de mesure de la vitesse de sédimentation des globules rouges. Il était très intéressé par les protéines, et à la fin de 1924, il vint à Uppsala pour travailler quelques mois avec Svedberg.

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(page 243) Les turbines présentaient un problème spécial, mais cette difficulté fut surmontée, en partie grâce à l’habileté et à l'intérêt du premier mécanicien du laboratoire, Mr Ivar Eriksson (1888 - 1967). Il n'eut jamais confiance, au niveau des plans de la machine, dans la forme des entrées d'huile et des "turbines blades", et il commença à expérimenter les siens propres. Un matin il parla à Svedberg  de son nouveau modèle (déjà fini et prêt à être introduit dans la centrifugeuse). Contre l'opinion sceptique de Svedberg, il la testa. Dès que les nouvelles parties furent installées, la vitesse augmenta beaucoup et finalement , le 7 avril 1926,  une vitesse du rotor de 40000 rpm fut atteinte, correspondant à une force centrifuge de 100000 g dans la cellule. Il était évident que cela était dû au fait d'avoir suivi les idées d'Erickson.
Page 243 - Dans les débuts de 1920, les laboratoires de chimie dans les universités suédoises avaient rarement des ateliers de mécanique, ainsi que du personnel formé à la mécanique ; même des travaux pour de petites constructions devient être donnés à des boutiques de la ville. Pour le travail sur l'ultracentrifugeuse, cependant, il est très vite devenu nécessaire de disposer  plus facilement, dans le laboratoire, de personnes ayant de telles compétences, en plus des possibilités existant dans des sociétés extérieures. Ivar Eriksson, qui avait un emploi dans une fabrique de bicyclettes à Uppsala, aidait Svedberg pendant ses heures de liberté. Cependant, un jour de 1924, Svedberg fut étonné de le voir au laboratoire alors qu'on était le matin. Eriksson dit ensuite à Svedberg qu'il avait abandonné son emploi à l'usine pour travailler à plein temps sur la centrifugeuse. Il pensait que Svedberg avait besoin de lui. Quand Svedberg, qui n'avait pas été prévenu à l'avance, s'inquiéta de son salaire, Eriksson calmement répondit que les choses s'arrangeraient toutes seules, ce qui se révéla exact par la suite.
Page 243 - En plus de s’occuper des plans et de l’installation de la nouvelle ultracentrifugeuse haute vitesse, Svedberg était également engagé dans les aspects plus théoriques des méthodes de vitesse de sédimentation et d'équilibre de sédimentation. Dans le Zsigmondy Festschrift [13], il publia d'abord la célèbre formule de Svedberg

M = (R T S)/(D(1 - V. r)

   pour le calcul du poids moléculaire en combinant les mesures de sédimentation et de diffusion. Il montra également comment la charge pouvait influencer la sédimentation d'un électrolyte colloïdal, et comment la distribution des concentrations dans la cellule pouvait varier dans un système polydispersé.
Page 243 - Durant la première année, toutes les mesures de concentration dans la cellule tournante furent basées sur l'absorption de lumière. Cependant, dans la mesure où les substances comme les hydrates de carbone, n'avaient pas d'absorption lumineuse suffisante, il fallait une autre méthode pour mesurer les concentrations ou les gradients de concentration dans les cellules en mouvement. Parmi les notes de Svedberg de cette époque, il y a des pages (page 244)  datées des 14 - 16 décembre 1925, où il se réfère à l'article de Wiener[14]  et où il calcule la déflexion qu'un faisceau lumineux va présenter quand il passe à travers un gradient de concentration dans une cellule de centrifugation. Il indique également l'équation pour calculer le poids moléculaire à partir de la déflexion en partant de certaines distances de l'axe de rotation à l'équilibre.
Page 244 - Le problème semble avoir été laissé de côté jusqu'à ce que Tiselius propose de photographier une échelle à travers la cellule en rotation ce qui rendait l'application de la méthode de Wiener encore plus adéquate. Le problème complet de l'introduction de la méthode de l'échelle et son arrière fond théorique fut mené à bien par Ole Lamm (1902 - 1964) quand il vint travailler avec Svedberg en 1927[15] [16] [17]
Page 244 - L'année porécédente Svedberg et Fähreus avaient envoyé leur article sur le poids moléculaire de l'hémoglobine au "Journal of the american Chemical Society". G.S. Adair (1896 - 1979) à Cambridge avait trouvé un poids moléculaire moyen de 66700 pour l'hémoglobine de dix espèces différentes[18] en utilisant une méthode optique améliorée. Svedberg et Fähreus n'ont été au courant de ce travail que peu de temps avant que leur article ait été publié.

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Arne Tiselius

Page 250 - Arne Wilhelm Kaurin Tiselius était né à Stockholm le 10 Août 1902, le fils de Hans Abraham Jason Tiselius et de Rosa Kaurin, une fille du recteur d'une paroisse de montagne dans le centre de la Norvège.
Page 250 - La plupart des ancêtres des deux côtés étaient des érudits ("scholars") et beaucoup ont montré un grand intérêt pour la science, spécialement la biologie. Son père avait obtenu une licence en mathématiques à l'Université d'Uppsala
Page 250 - Son père mourut dès 1906, et sa mère déménagea avec Arne et (page 251) sa sœur pour Göteborg où vivaient ses grands-parents et où la famille avait des amis proches.
Page 251 - Le profond intérêt d'Arne Tiselius pour la science fut déjà éveillé dès l'école primaire à Göteborg, où il eut un maître de physique et de chimie inspiré  qui découvrit ses capacités en chimie. Il lui donna une clé personnelle du laboratoire de l'école pour lui permettre de mener à bien ses propres travaux de chimie  l'après midi après ses cours normaux. Graduellement, il lui devint clair qu'il voulait étudier à Uppsala avec Svedberg. En septembre 1921, il entra dans cette université à laquelle il allait être associé tout le reste de sa vie. En Mai 1924, il obtint son Master of Arts en chimie, physique et mathématiques.
Page 251 - Svedberg était intéressé depuis plusieurs années par l'étude de l'électrophorèse des protéines. les premières publications eurent lieu en 1923 et 1924. Pendant l'été 1925, Tiselius vint chez Svedberg comme assistant de recherche, et après un an ils publièrent un article sur l'usage de la méthode par absorption de la lumière pour suivre l’électrophorèse des protéines[19].
Page 251 - Svedberg était à ce moment très pris dans le développement de son ultracentrifugeuse haute vitesse à turbine d'huile et dans son utilisation pour l'étude des protéines, si bien qu'il laissa les problèmes d’électrophorèse entièrement à Tiselius à qui il fut laissé carte blanche, et comme dit Tiselius dans une sorte d'autobiographie[20]  :

"... l’électrophorèse apparaissait tellement plus simple d'un point de vue technique, adaptée  ("suitable") à un jeune homme pour jouer plus ou moins tout seul. Cependant, l'excellent atelier instrumental facilita grandement l'essai de nouvelles idées."