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 1)

  Page 233 - Aujourd'hui les protéines solubles sont considérées comme des macromolécules bien définies. L'étudiant d'aujourd'hui prend comme assuré que les protéines ont une composition chimique et structurale bien définies ainsi qu’une masse moléculaire bien spécifiques.
Page 233 - Dans les années vingt, quand j'étudiais la chimie à l’Université de Copenhague , la situation était sensiblement différente. Les protéines solubles étaient généralement regardées comme des colloïdes lipophiles qui formaient des micelles de tailles variables.  On connaissait peu de choses sur la composition chimique  et sur la structure des protéines. Les travaux d’Emile Fischer (1852 - 1919)  et de Franz Hofmeister (1850 - 1922) au début du siècle ont montré que les protéines contenaient des acides aminés variés liés ensemble par des liaisons peptidiques. A l'état dissous, elles donnent des solutions colloïdales indiquant un poids des particules vraiment élevé, au moins plusieurs centaines de grammes par mole, peut être plus important que 10000.
Page 233 - Les particules colloïdales n'étaient pas considérées comme de vrais composés chimiques mais plutôt comme des agrégats plus ou moins (formés) au hasard. Les chimistes des colloïdes d'alors pensaient donc que c'était une perte de temps que d'étudier les propriétés des protéines comme si ces substances étaient des individualités chimiques véritables. Même si le point de vue « colloïde » était généralement admis au début du siècle, il ne le fut jamais universellement et il y eut toujours quelques chimistes des protéines pour faire des recherches sur les protéines dans la même direction que celle d'aujourd'hui[1].
Page 233 - A cette époque, beaucoup de protéines avaient été préparées principalement par précipitation par les sels ou par une autre méthode de précipitation. Cependant, dans la mesure où le matériel de départ contenait un mélange de différentes protéines avec d'autres substances chimiques, la composition des protéines (page 234) obtenues par précipitation par les sels variait avec les conditions expérimentales. Pour améliorer la pureté des protéines, celles-çi étaient souvent précipitées un certain nombre de fois pour enlever le matériel étranger et avec l'espoir d'obtenir une protéine pure. Cependant le grand problème, c'était qu'il n'existait aucun critère sûr de pureté des protéines. Elles étaient caractérisées essentiellement par leur origine, leur solubilité, leur pouvoir rotatoire et leur composition élémentaire. Dans peu de cas, une composition approximative en acides aminés avait été déterminée après une travail de plusieurs mois.
Page 234 - Quelques protéines, comme l'hémoglobine et les globulines des graines, avaient pu être cristallisées et former des cristaux bien définis dont la forme variait avec l’origine de la protéine, ceci pour la plupart des protéines similaires provenant d’espèces proches. Au début du siècle  quelques scientifiques américains avaient montré que, pour le spécialiste, il était cependant possible de distinguer une espèce d'un certain genre d'une autre espèce du même genre en comparant leurs cristaux d'hémoglobine[2]. Ces résultats pourraient avoir montré que les protéines étaient des molécules très bien définies. Mais les chimistes des colloïdes à cette époque ne semblaient pas avoir pris en compte ces résultats, ou les avaient négligés.
Page 234 - Pendant la première guerre mondiale, SPL Soerensen et ses collaborateurs au Laboratoire Carlsberg de Copenhague étudièrent la pression osmotique de diverses solutions d'albumine d'oeuf. Ils en arrivèrent à la conclusion que le poids de la molécule moyenne la plus simple de protéine était d'environ 34000. Ce résultat fut publié en 1917[3]. 30 ans plus tard, Güntelberg et Linderström-Lang [4] du même laboratoire, firent une étude critique de ces anciens résultats et ils trouvèrent qu’une masse moléculaire d'environ 45000 correspondrait mieux aux anciens résultats que les 34000 choisis en 1917. A ce moment,

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The Svedberg

Page 235 - The (Theodor) Svedberg était né le 30 Août 1884 à Fleräng dans la paroisse de Valbo près de Gävle, Suède. Il était le fils unique de Elias Svedberg et Augusta Alstermark. Son père était directeur de différentes entreprises sidérurgiques en Suède et en Norvège, et la famille a vécu dans divers endroits de Scandinavie. Depuis sa jeunesse, Svedberg avait été profondément intéressé par la chimie, la physique et la botanique. Il passa les années 1900 - 1903 dans une école primaire renommée à Örebro. Là il eut des maîtres compréhensifs qui l'autorisèrent à étudier par lui même dans les laboratoires de physique et de chimie de l'école les après midis après les leçons ordinaires.
Page 235 - En janvier 1904, Svedberg s'inscrit à l'Université d'Uppsala. Avant de quitter sa maison, il ne savait pas s'il allait étudier la biologie, spécialement la botanique, qui sera un de ses grands intérêts au cours de sa vie, ou la chimie, son autre grand centre d'intérêt. Finalement il décida d'étudier la chimie espérant que beaucoup de problèmes en biologie trouveraient tôt ou tard leurs explications en tant que phénomènes chimiques.
Page 235 - Svedberg étudia d'une manière intensive et, en un temps record, il suivit les cours nécessaires, passa les examens et obtint son Fil. kand (B.Sc) en septembre 1905. Il se sentait maintenant prêt à commencer la recherche proprement dit. Durant son temps libre, il avait lu (en 1903) l'édition de 1903 de la Theoretische Chemie de Nernst, et il avait été (page 236 photo de Svedberg  - page 237) particulièrement intéressé par la partie touchant aux colloïdes. Dans une des librairies d'Uppsala, il trouva Zur Erkenntnis der Kolloide de Zsigmondy. Après avoir lu ce livre et le Anorganische Fermente de Bredig, il commença à préparer des organosols de divers métaux par modification de la méthode de Bredig. Sa première publication se fit en 1905[5]. Dans les mois suivants, il étudia en détail  la manière de les obtenir et, dans une seconde publication[6],  il décrivit les organosols de plus de 30 métaux, certaines d'entre elles étant stables, d'autres (moins) stables, seulement un jour ou moins. (17 November, 1993) Maintenant il savait comment préparer nombre d’organosols stables de métaux selon une manière reproductible, et il pouvait commencer des études quantitatives des propriétés physico-chimiques de ces solutions colloïdales de métaux, spécialement de leur taille, l'un de ses intérêts essentiels pour les 15 années suivantes.
Page 237 - En 1904, les chimistes d'Uppsala emménagèrent dans un institut nouvellement construit. Cependant, les possibilités expérimentales étaient très limitées et primitives. Quelques pièces avaient été réservées pour la chimie physique bien que l'équipement ait fait défaut ou doive être construit par les étudiants eux mêmes. Avec Carl Benedicks (1875 - 1958) , qui était un nouveau "docent" (assistant professeur) en chimie physique, Svedberg réussit à obtenir les éléments nécessaires à la construction d’un ultramicroscope selon Zsigmondy -Siedentopf. Avec cet instrument, Svedberg pouvait étudier les mouvements browniens des particules dans les organosols de métaux Il était capable d'interpréter ces résultats expérimentaux par les nouvelles théories d'Einstein (1879 - 1955)[7] [8] et de von Smoluchowksi (1872 - 1917) [9]. 

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La centrifugeuse optique

Page 239 - Au printemps 1923, ils construisirent une centrifugeuse dans laquelle la sédimentation pouvait être suivie de manière optique  pendant que la centrifugation se déroulait[10] . Dans cette centrifugeuse, ils étudièrent la sédimentation de diverses sols de métaux et de quelques autres solutions (organosols) colloïdales et ils comparèrent les résultats avec les mesures ultramicroscopiques des mêmes solutions. Les expériences furent  prometteuses. Cependant, comme, la centrifugeuse avait des cellules cylindriques et non en forme de secteurs, les particules étaient partiellement entraînées vers le bas par convection le long des parois de la cellule.
Page 239 - Il y a des indices (laissant à penser que) Svedberg s'intéressait réellement, à ce moment, à la détermination de la taille des particules telles que des protéines. Dans une conférence sur les colloïdes en 1923 à Madison, il dit :

et un peu plus tard :

Page 239 - En tant que chimiste des colloïdes, il était convaincu que les protéines étaient des colloïdes lipophiles et que les particules dans les sols de protéines avaient des tailles variables.
Page 239 - Sur le chemin du retour en bateau sur l'Atlantique, il fit des ("sketches" = dessin à grands traits) esquisses pour des rotors de centrifugeuses futures. Une chose essentielle était qu'elles  devaient avoir une forme de secteur.
Page 239 - De retour à Uppsala, Rinde et lui même travaillèrent à l'automne à la construction de nouvelles centrifugeuses. Une feuille de papier avec une vague esquisse d’une centrifugeuse, datée du 23 novembre 1923, est notée "analyse centrifuge des protéines». Cependant leur premier objectif fut de construire une centrifugeuse qui puisse être utilisée pour l'étude de la sédimentation de sols de métaux.