Quentin Gibson fue un científico notable, bien conocido por su investigación de toda la vida sobre la cinética, los intermedios y el mecanismo de unión del oxígeno, el monóxido de carbono y el óxido nítrico a las hemoglobinas. Más de 200 de sus más de 250 publicaciones están relacionadas con las hemoglobinas y las mioglobinas, y su primer artículo se publicó mientras formaba parte del personal subalterno de la facultad de medicina.
Los descubrimientos y conclusiones de Gibson sobre la función de las hemoglobinas son ahora material de libro de texto para las clases de bioquímica, biofísica y hematología.
Gibson es aún más conocido por su aparato de mezcla Stopped Flow, que permite mediciones cinéticas de reacciones dentro de 1-2 mseg después de la mezcla. Su diseño, que resultó en una mezcla más rápida y completa, ha resistido la prueba del tiempo y se utiliza en casi todos los instrumentos modernos.
También desarrolló métodos de fotólisis flash junto con una mezcla rápida, lo que condujo a importantes descubrimientos adicionales en la cinética de hemo y flavoproteínas.
El estilo característico de Gibson fue trabajar de cerca en el banco él mismo, a menudo con un colaborador, de los cuales hubo un número extraordinariamente grande a lo largo de su larga carrera.
Verdaderamente brillante y en algunos asuntos mordazmente cínico, podría caracterizarse como algo solitario, ferozmente independiente y con muchos principios, con desdén por los asuntos ineficaces, irrelevantes o anticuados.
Después de su elección como miembro de la Royal Society en 1969, la Sociedad le pidió a Gibson que preparara una memoria biográfica de su colega y amigo F. J. W. Roughton.
Molesto, tal vez, por el hecho de que sabía poco de la vida de Roughton fuera de los 20 años de su colaboración, depositó un relato escrito a mano de su propia vida hasta ese momento para evitarle a la desafortunada persona encargada de escribir sus propias memorias, agonía de la investigación excesiva.
En estas memorias, algunas citas de ese relato se extraen de las memorias biográficas de Gibson para la Royal Society escritas por los profesores John Olson y Herbert (Freddie) Gutfreund.
Además de la Royal Society, Gibson fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1971 y de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.
En 1982 recibió el Premio Medallista y Conferencista en Memoria de Keilin en 1990.
Fue editor asociado de la Revista de Química Biológica desde 1975 hasta 1994.
Los bisabuelos de Gibson, según sus propias memorias escritas a mano, incluían: una escocesa, Agnes Macintosh; Pooley, un constructor de tugurios de Suffolk en Ipswich; un administrador de una granja galés que se mudó a East Anglia, y pequeños agricultores del distrito Monymusk de Aberdeenshire, algunos de los cuales (llamados Troop) tenían fama de haber abandonado Holanda en circunstancias desacreditadas (robo marítimo) algún tiempo antes.
Los Gibson se mudaron de Northumberland a Edimburgo, donde el bisabuelo y el abuelo de Quentin eran relojeros, un negocio que terminó efectivamente en la década de 1860 con el auge de la industria suiza.
Su abuelo se mudó a Londres, donde trabajó para los ayuntamientos de St. Pancras y del condado de Londres. Su padre asistió al University College, donde fue alumno de Sir William Ramsay, quien ganó el Premio Nobel por el descubrimiento de los gases nobles.
Durante la Primera Guerra Mundial, el padre de Quentin trabajó en la fabricación de explosivos y poco después se mudó a Irlanda del Norte.
Quentin Howieson Gibson nació el 9 de diciembre de 1918 en Aberdeen, Escocia, poco después de la conclusión de la Primera Guerra Mundial. Luego, la familia se mudó a Irlanda del Norte cerca de Belfast, donde su padre trabajaba como Director de la Asociación de Investigación de la Industria del Lino. Este puesto requería vivir en el Instituto, una finca en Lambeg, con amplios acres para que un hijo único pudiera explorar.
Su padre le compró un juego de química desde el principio, animándolo a realizar experimentos guiados por un excelente libro de instrucciones.
El abuelo materno de Quentin inventó una mejora del ariete hidráulico, que fabricó y vendió.
Más tarde recordó que algunos de sus primeros recuerdos más preciados incluían ver los componentes de esos arietes fundidos en bronce y terminados en un taller de máquinas ruidoso y abarrotado.
Quentin asistió a una escuela diurna en la cercana Lisburn, y luego a un internado cerca de Kilkeel, donde no encontró gratificantes los estudios de latín y griego y descubrió su aversión por los deportes de equipo. Luego fue enviado a Repton, un internado en Inglaterra, donde la enseñanza de las ciencias era bastante buena y tuvo la suerte de tener un joven y brillante maestro de matemáticas, P. S. Newell. Hay una curiosa desconexión entre el recuerdo de Quentin de que "... el personal de la escuela estaba generalmente insatisfecho con mi progreso ..." y "recibí todos los premios de formulario cada año".
Después de tres años en Repton, su padre decidió que Quentin debería ir a la escuela de medicina.
Ingresó en la Queen's University en Belfast en 1936, pero vivió en casa en una relación algo difícil con su madre, especialmente durante los años de guerra, cuando su padre estaba ausente.
Obtuvo su MB en 1941, un MD en 1944 y un doctorado en 1947, y fue nombrado profesor del Departamento de Fisiología en 1944.
En 1947, se trasladó de Belfast a Sheffield como profesor de fisiología.
Cuando llegó a Sheffield, el trabajo de Quentin estaba muy relacionado con la bioquímica de las proteínas hemo, en gran parte en colaboración con el profesor de bioquímica en Belfast, D. C. Harrison.
El interés de Gibson en este tema provino de un descubrimiento fortuito de un médico de Irlanda del Norte, el Dr. James Deeny, quien estaba interesado en la idea de que el ácido ascórbico tenía un poderoso efecto beneficioso sobre la insuficiencia cardíaca crónica.
Deeny encontró dos hermanos "azules" (cianóticos), que pensó que podrían estar sufriendo de insuficiencia cardíaca. Después de administrar inyecciones de grandes cantidades de vitamina C (ácido ascórbico) durante tres semanas, Deeney logró que uno de ellos se volviera rosado y el otro hermano permaneció como control "azul". Sin embargo, para disgusto de Deeney, los hermanos tenían corazones perfectamente normales cuando fueron examinados en el Hospital de Belfast.
Este caso fue el primer informe de metahemoglobinemia familiar en las Islas Británicas.
Quentin se enteró de este informe y se propuso estudiar cómo se reducía la metahemoglobina en las células normales y qué estaba mal en las células de los pacientes. Esta colaboración continuó con Harrison después de su mudanza a Sheffield, aunque sus publicaciones todavía solo daban la dirección de Belfast.
Esta práctica persistió hasta 1950 y creó, comprensiblemente, dificultades con David Smyth, el jefe de su nuevo departamento.
El trabajo de Gibson sobre metahemoglobinemia lo había establecido como un actor importante en el campo de la hemoglobina.
A través de la influencia de su anterior jefe en el Departamento de Fisiología de Belfast, Henry Barcroft, Quentin fue invitado a contribuir al Joseph Barcroft Memorial Symposium sobre la investigación de la hemoglobina, que tuvo lugar en Cambridge en junio de 1948.
Esta reunión le permitió reunirse y hablar con científicos líderes en el campo, incluidos Roughton en Cambridge y Rossi-Fanelli en Roma. Estos contactos eventualmente llevaron a colaboraciones a largo plazo después de que Quentin comenzara a estudiar la unión del ligando a la hemoglobina usando técnicas de mezcla rápida y fotólisis flash.
En el simposio de 1948, Quentin también tuvo la oportunidad de observar el aparato de flujo rápido de Britton Chance, que Chance había dejado en Cambridge después de realizar mediciones cinéticas de citocromos con Keilin y Hartree en el Instituto Molteno.
Aunque temporalmente desanimado por la complejidad del equipo de Chance, lo estimuló a diseñar y construir él mismo un aparato de mezcla.
En su propio relato, Quentin escribe que “...Pronto descubrí lo que estaba mal con los registros de Chance: la desaceleración en su método es demasiado gradual. La mezcla en el punto final de observación se encuentra a menudo a una velocidad sub-turbulenta, lo que resulta en una mezcla inadecuada".
Gibson percibió que el aparato tenía que construirse de manera que resultara en una mezcla completa utilizando un mezclador tangencial de 8 chorros fabricado en plástico Kel-F, y luego el flujo turbulento tenía que detenerse repentinamente, sin desaceleración gradual y conversión a flujo laminar, para obtener una resolución de tiempo de 2-3 mseg.
En 1950, Quentin conoció a Jane Pinsent, que acababa de llegar a Sheffield para trabajar con el microbiólogo Sidney Elsden después de un año en el laboratorio de Van Neil en Pacific Grove con una beca del Commonwealth Fund. Jane había completado su licenciatura en bioquímica en Cambridge (con la tutoría de Marjory Stephenson, la primera mujer miembro de la Royal Society) y luego completó un doctorado en el Instituto Lister.
En su investigación de tesis, descubrió que el selenio era necesario para el crecimiento de E. coli y que el molibdeno era necesario para la formación de la enzima formiato deshidrogenasa.
Jane y Quentin se casaron en 1951.
En enero de 1951, Quentin escribió a J. F. W. Roughton, diciendo: "En los últimos meses me he dedicado a construir un aparato de reacción rápida de flujo detenido y, naturalmente, busqué los pigmentos de la sangre como un medio para probarlo. En este proceso han aparecido uno o dos resultados, que pueden ser de su interés, aunque, por supuesto, los datos no se recopilaron de forma sistemática. Pensé que sería interesante repetir el experimento de Legge y Roughton (1950)".
Al enterarse de que los nuevos resultados no estaban del todo de acuerdo con los suyos, Roughton invitó a Quentin a Cambridge para discusiones que fueron el comienzo de una estrecha amistad científica que duró hasta la muerte de Roughton en 1972.
Un artículo ahora clásico brinda detalles de ese primer aparato y su uso para la medición de la velocidad de desplazamiento del oxígeno de la hemoglobina por el monóxido de carbono.
Más tarde, Quentin afirmó con demasiada modestia que el "freno duro" para los dispositivos de mezcla rápida era una de sus pocas ideas originales.
Otras mejoras del aparato Gibson incluyeron volúmenes de reactivo reducidos, mayor resolución espectral y adaptación a las mediciones de fluorescencia, lo que condujo a aplicaciones bioquímicas más amplias.
Quentin escribió en sus recuerdos que intentó que UNICAM, una firma de fabricantes de instrumentos de Cambridge, comercializara su instrumento, pero dejaron pasar la oportunidad, sugiriendo que habría poca demanda.
Quentin habló sobre este tema cuando yo (W. J. Hastings) estaba de año sabático en Sheffield en 1961-62. En ese momento, estaba tomando medidas para que el instrumento se construyera en el taller de maquinaria de Sheffield y planeaba comercializarlo él mismo.
Lo insté a que abandonara la idea, señalando que probablemente recibiría llamadas pidiendo ayuda para solucionar algún problema u otro de usuarios cercanos y lejanos y, considerando las zonas horarias, las 24 horas del día.
Quentin abandonó la idea de su propia empresa, y poco después la Durrum Company en Palo Alto, CA, produjo un aparato comercial de flujo detenido basado en su diseño, que vendió alrededor de 500 en las décadas de 1960 y 1970.
Desde entonces, empresas de Europa, Japón y Estados Unidos han fabricado, con éxito comercial, máquinas de flujo detenido de esencialmente el diseño básico de Gibson. Se han producido muchas contribuciones importantes a la enzimología, la biología molecular y las áreas de la cinética química.
El interés de Quentin en el desarrollo de instrumentos, la recopilación de datos y los análisis cinéticos complejos continuó a lo largo de su carrera científica, y casi siempre tenía una prensa de torneado y una computadora en su oficina o junto a ella, y continuó refinando y adaptando el aparato de flujo detenido para diferentes experimentos.
En Sheffield, la investigación de Quentin se había vuelto cada vez más bioquímica y ampliamente reconocida, y en 1955 fue designado para suceder a Hans Krebs, el presidente de Bioquímica, que se había trasladado a Oxford.
Esto le dio a Quentin su primera (y última) experiencia como administrador. Lorna Young, una técnica del laboratorio de Gregorio Weber, lo recuerda como “… un jefe de departamento bastante estricto… Un día caluroso y soleado (muy raro en Sheffield)… estábamos todos sentados en ese pedazo de césped afuera de la puerta del laboratorio, en la hora del café, y él nos amonestó en términos inequívocos y dijo que era como una cervecería al aire libre. ¡Comportamiento indecente para un departamento universitario!".
Cuando llegué a Sheffield en 1961, Quentin estaba abiertamente molesto por las tareas improductivas que se le exigían como jefe de departamento y criticaba lo que consideraba la ineptitud de los administradores con los que tenía que tratar. Una vez me dijo (en broma, seguramente) que su plan de jubilación era ausentarse dos años antes de esa fecha y ocuparse de otros intereses, confiando en que nadie se daría cuenta y su salario seguiría pagándose.
Estaba especialmente complacido con sus interacciones con Gregorio Weber, designado por Krebs, y con Vincent Massey, a quien Gregorio persuadió para que viniera a Sheffield en 1957, así como con los numerosos investigadores extranjeros visitantes que atrajeron estos y otros profesores.
Pero sus frustraciones, en particular con el fracaso de la Universidad para crear una cátedra para Weber, fueron más sustanciales que los placeres y las recompensas.
Hablando de su apelación a la silla en un tributo en un sitio web escrito sobre su relación con Weber, recordó que ... "el vicecanciller JM Whittaker, conocido como 'Jolly Jack' en honor a su persona sombría, me advirtió que era inútil esperar buenas personas permanecer en una universidad de tercera categoría como Sheffield, diciendo que es mejor utilizarla como un trampolín".
Este asunto contribuyó directamente al éxodo de los profesores de bioquímica de Sheffield en 1962-1963. Weber se mudó a la Universidad de Illinois en Urbana, Quentin a la Universidad de Pennsylvania, Massey a la Universidad de Michigan y Theo Hoffman a la Universidad de Washington, Seattle. "Casi el final de la historia", concluyó Quentin, "Jolly Jack encontró un fuerte deseo de volver a la investigación y renunció unos meses después".
Conocí a Quentin Gibson por primera vez cuando, a finales de enero de 1961, llegó con un permiso sabático a la División de Bioquímica del Departamento de Química de la Universidad de Illinois en Urbana. Su visita fue por invitación del director del departamento, Irwin C. “Gunny” Gunsalus, quien, en su incansable búsqueda de talentos, había traído anteriormente a Gregorio Weber y Vincent Massey para que fueran a Urbana como profesores visitantes.
Los Gibson llegaron al aeropuerto O'Hare de Chicago con cuatro niños pequeños, el más joven de solo unos meses. Me había ofrecido como voluntario para encontrarlos y llevarlos, sin saber que mi cuarto hijo nacería esa tarde.
En su sabiduría, Gunny le dio a Quentin un laboratorio que tenía una puerta interior que conectaba con la mía. Al entrar para charlar, vi que estaba desempacando y armando un equipo. Era su aparato de flujo detenido, construido en el taller de maquinaria de Sheffield.
Sin mucho conocimiento de mi investigación, Quentin preguntó si había una reacción que me gustaría estudiar usando el flujo detenido.
Sin dudarlo dije que sería de interés un estudio de la cinética de la autooxidación rápida de flavina reducida. En 1960, H. Gutfreund había demostrado que las reacciones de flavinas reducidas con O2 eran rápidas, y yo había descubierto que la rápida mezcla de flavinas reducidas y luciferasa bacteriana resultaba en una única reacción de recambio, evidentemente porque cualquier flavina reducida no capturada por la enzima en las primeras milésimas de microsegundos se autooxida rápidamente, de modo que cada molécula de enzima experimentó un solo recambio.
Pero no se conocían ni la velocidad ni los intermedios de la autooxidación; nuestro trabajo proporcionó algunas de las primeras respuestas.
En mayo, preguntándome cómo podríamos continuar con un estudio de la reacción de la luciferasa bacteriana en sí, Quentin me invitó a pasar el año siguiente en Sheffield.
Yo era docente junior y había estado en Illinois solo cuatro años y, con los estudiantes de doctorado en curso, me preguntaba si tenía sentido estar fuera un año. En realidad, serían 15 meses, ya que había aceptado enseñar y asumir la dirección del curso de fisiología en MBL en Woods Hole durante los próximos seis veranos.
Le pregunté a Gunny qué debía hacer. "Si su laboratorio no está aquí cuando regrese, sabrá que no valió la pena", opinó.
Los días de invierno eran muy cortos en Sheffield y el olor a azufre del carbón blando lo impregnaba todo. Expresé el deseo de participar en la enseñanza en lugar de solo en la investigación, por lo que Quentin arregló que me nombraran en la facultad como conferencista, e impartí un curso en la primavera. Como nuevo miembro de la facultad, se me pidió que me reuniera con el vicerrector antes mencionado, "Jolly Jack" Whitaker. Cuando le mencioné el tema del apoyo inadecuado para el departamento, se quejó de que Krebs se había llevado todo el equipo.
Con la luciferasa purificada en Urbana, pasamos al estudio de su única reacción de recambio.
Para el estudio de la bioluminiscencia, fue útil una habitación oscura, que encontré en un espacio departamental adjunto, un cine abandonado, la Scala. El hecho de que no tuviera calefacción resultó ser favorable, ya que con solo un baño a temperatura constante pude realizar experimentos a baja temperatura sin necesidad de equipo de enfriamiento. Pudimos establecer la existencia de un intermedio de luciferasa-flavina de larga duración que contenía oxígeno, cuya reacción con el aldehído produjo el estado excitado de luciferasa-flavina y la emisión de luz.
Regresé a los Estados Unidos en junio de 1962, mientras Quentin permaneció en Sheffield hasta 1963 cuando, por invitación de Britton Chance, aceptó una cátedra en la Universidad de Pensilvania.
Su esposa Jane fue nombrada profesora asistente de microbiología.
Durante su tiempo en Penn, viajé varias veces al año para hacer experimentos con Quentin.
Con licencia sabática en 1965, vine varias veces a la semana desde mi casa en Princeton.
Fueron algunos de los momentos más memorables y agradables de mi carrera. En el banco, todo el día, en una habitación completamente a oscuras, escribíamos oralmente una o dos oraciones nuevas de un futuro manuscrito después de cada ejecución experimental. Desafortunadamente, no pudimos grabar las sesiones. Continuamos trabajando juntos durante los veranos en Woods Hole.
En Woods Hole, Quentin adquirió un velero de madera Cape Cod Knockabout llamado Flamingo, pintado de un rosa brillante, y navegar se convirtió en una pasión para él.
Hans Kornberg, quien fue estudiante con Krebs en Sheffield a principios de la década de 1950, lo recuerda de esa época como "bastante distante". Cuando Kornberg lo vio de nuevo en Woods Hole, recuerda: "Solo una vez me invitaron a navegar con Quentin en Flamingo; como recordarán, a él le gustaba estar completamente solo". Tanto es así que en una ocasión Quentin entró en una carrera sin tripulación, contrariamente a las reglas, por lo que fue descalificado a pesar de su buena actuación. Flamingo fue transportado a Ítaca donde lo vi por última vez en su granero.
Aunque Britton Chance había sido un héroe de Quentin, su tiempo en Penn no fue bueno.
Como ya se señaló, Chance fue un pionero en el campo de las técnicas de mezcla rápida y, como sucedió, había estudiado la cinética de un sistema bioluminiscente en uno de sus primeros experimentos. Este trabajo y los estudios de Chance sobre la citocromo oxidasa en las mitocondrias seguramente habían sido parte de la atracción de Quentin para tomar un puesto en Penn, pero a la luz del día, era difícil para él acatar la forma en que Chance administró la Fundación Johnson e hizo ciencia, así como la ausencia de una verdadera relación intelectual con Brit como la que él había imaginado.
Hubo otros problemas más personales, incluidos problemas relacionados con la vivienda y los desplazamientos.
Aunque inicialmente intentaron que la situación en Filadelfia funcionara, no fue así, por lo que Quentin y Jane se mudaron a Cornell en 1966, donde permanecieron hasta su jubilación.
Como bromeó su hija mayor, Katharine, "Después de dos años y medio de vida cosmopolita en el área metropolitana de Filadelfia, aceptaron puestos en la Universidad de Cornell en la bucólica Ithaca, Nueva York".
Por su parte, Chance falló en sus propias memorias personales al reconocer la importancia real de las contribuciones de Quentin, desviando la atención al citar en cambio su propio uso del término "detener el flujo" en las primeras publicaciones.
La actividad investigadora de Quentin se volvió más intensa y productiva durante sus años en Cornell, pero su salud se deterioró. Según sus reflexiones personales escritas para los Archivos de la Royal Society en 1971:
"El trabajo en el laboratorio fue bastante ajetreado entre 1968 y 1971; muchas cosas despegaron. Esta vez se vio el final de la hipótesis del dímero y se trabajó en la diferencia de la cadena α-β, en las sondas de las transformaciones R-T y en una variedad de Hbs mutantes y químicamente alterados. Había demasiada gente en el laboratorio, y como siempre había insistido en hacer los experimentos cinéticos con mis propias manos, la carga se volvió demasiado ... Tuve una perforación piloro-duodenal y cuando a eso le siguió alguna estenosis visible radiológica, fue a Inglaterra para una piloroplastia y una vagotomía secretomotora. Mientras escribo, ha llegado el momento de considerar el futuro bastante deprimente.
Es poco probable que mi energía vuelva alguna vez a la de hace 10 años o que me asalte un torrente de buenas ideas. Así que por fin debo pensar en mí mismo como de mediana edad. Aunque, por supuesto, no me siento diferente de lo que alguna vez me sentí. Mirando hacia atrás en este momento, mi sentimiento predominante es que tuve una suerte excepcional a lo largo de la línea. Parece que me he metido en las cosas ..".
Por supuesto, existe una desconexión entre "... ha llegado el momento de considerar el futuro bastante deprimente". y "... no me siento diferente a como nunca me sentí". De hecho, llegó a ser muy productivo con docenas de colaboraciones gratificantes.
Entre 1970 y 2009 Quentin publicó alrededor de 150 artículos revisados sustanciales, prácticamente todos relacionados con la hemoglobina, el último que incluía casi todos los enfoques de la biofísica moderna, desde simulaciones de dinámica molecular, experimentos de fotólisis láser, hasta cristalografía de rayos X resuelta en el tiempo con una biblioteca de Hbs recombinante.
Sus contribuciones durante los últimos 40 años de su vida fueron, en una palabra, monumentales.
Jane era una autoridad mundialmente reconocida en la utilización de amoníaco en los principales grupos de fotótrofos bacterianos y en la degradación anaeróbica del ácido benzoico en Rhodopseudomonas palustris y organismos similares.
También fue una maestra sobresaliente en Cornell, y su dedicación al desarrollo de nuevos y emocionantes experimentos de cursos de laboratorio fue legendaria.
De 1975 a 1996 enseñó en el muy popular Laboratorio de Biología Celular y recibió el prestigioso premio Edith Edgerton Career Teaching Award en 1994.
Con Quentin, pasó el verano en MBL en Woods Hole, Massachusetts, donde impartió el curso sobre diversidad microbiana, mientras Quentin trabajó con Frank Cary en hemoglobinas de pescado.
El laboratorio de Quentin en Cornell era de hecho un lugar agitado después de su mudanza desde Filadelfia. Entre 1966 y 1980, los becarios postdoctorales de Gibson incluyeron a Richard DeSa, Larry Parkhurst, Mike Cusanovich, Robert Gray, Keith Moffat, Ronald MacQuarrie, Melissa MacDonald, Francis Cole, Francis Knowles, Charles Sawicki y Roger Morris.
Los científicos visitantes, tanto jóvenes como mayores, vinieron por períodos más cortos de tiempo para estudios cinéticos colaborativos, incluidos Woody Hastings, Giuseppe Geraci, Robert Noble, Robert Cassoly, Maurizio Brunori, Ron Nagel, Frank Bunn, Austen Riggs y Henry Kamin. Durante este período, Quentin también dirigió la investigación de tesis de cuatro estudiantes graduados, John Olson, Melvin Andersen, Edwin Moore y Wilma Saffran.
Richard DeSa, un becario postdoctoral en la década de 1960, recuerda la adquisición de una nueva mini computadora PDP 8S de Digital Corporation, que fue comprada para la recolección de datos en línea:
"Después de la emoción de desempacar ... Quentin me miró, luego a la computadora, y luego de nuevo a mí ... Lo miré a él y luego a la computadora ... Con este juguete nuevo y brillante sentado entre nosotros, Quentin pronunció las clásicas palabras: '¿Qué ¿lo hacemos ahora?'".
Procedieron a desarrollar software para un sistema de adquisición para espectrofotometría de flujo detenido, que se volvió ampliamente utilizado a partir de entonces tanto por Quentin como por muchas otras personas en todo el mundo. Quentin comentó que uno no debería tener que adaptar el experimento a un instrumento existente; el instrumento debe construirse o adaptarse al experimento.
George Porter, profesor de química en Sheffield en ese momento y experto en fotólisis de flash, le brindó importantes consejos sobre la construcción de lámparas de flash Xe de alta intensidad. En sus primeros experimentos, Quentin midió los cursos de tiempo para la unión bimolecular del CO a la hemoglobina después de la foto-disociación completa del complejo HbCO. Un análisis de los nuevos resultados mostró que inmediatamente después de la disociación del CO, la hemoglobina libre está transitoriamente en una forma que vuelve a unir el ligando muy rápidamente, pero luego se relaja rápidamente a las especies de desoxihemoglobina normales que reaccionan lentamente que se ven en los experimentos de mezcla rápida.
A finales de la década de 1960, Quentin construyó un equipo de flash de flujo en mi laboratorio en la Universidad de Harvard y descubrió que la bioluminiscencia bacteriana podía iniciarse con la luz.
No se caracterizaron los intermedios, pero se descartó un mecanismo trivial. "Con su ayuda construí un “flujo doble detenido” en el que se mezclaron dos reactivos, luego a esa mezcla se agregó un tercer reactivo en un intervalo de tiempo ajustable poco después. El aparato nos permitió determinar la rapidez con la que la fotoproteína aequorina sensible al calcio es capaz de informar la presencia de calcio".
En Cornell, Quentin y su grupo publicaron muchos experimentos cinéticos nuevos e inteligentes sobre la unión del ligando a la hemoglobina. Los resultados superaron con creces sus interpretaciones en términos de estructuras específicas y mecanismos químicos. Muchas de las características cinéticas clave del O2 se definieron la unión a la hemoglobina humana (20); se asignaron las propiedades funcionales de los dímeros, tetrámeros y las subunidades α y β individuales; y se establecieron las dependencias del tiempo de la liberación de protones, la disociación del fosfato orgánico y los cambios en la reactividad del sulfhidrilo con la unión del ligando.
Algunas de las ideas iniciales para mapear las vías de entrada de O2 en las globinas y determinar los factores que gobiernan la reactividad del hierro se desarrollaron durante este período de tiempo, utilizando ligandos grandes o mutantes naturales y variantes animales con sustituciones en o cerca del bolsillo del hemo. Además, las primeras ideas para observar los movimientos de CO resueltos en el tiempo en los cristales de hemoglobina se concibieron con Keith Moffat, quien logró mucho más tarde en la Universidad de Chicago obtener las primeras "instantáneas" del movimiento de los ligandos en la mioglobina mediante cristalografía de rayos.
En 1974, Quentin comenzó a usar la excitación con láser para aumentar la resolución temporal de los experimentos cinéticos con hemoglobina, inicialmente para observar la velocidad de la transición entre los estados de baja y alta afinidad de ligando, y luego unos 10 años más tarde para examinar Movimientos internos del ligando.
Durante los siguientes 30 años, Quentin aplicó estas y otras ideas para ayudar a determinar, en detalle estructural, las rutas, la cinética y los factores que gobiernan la unión del ligando a las hemoglobinas y mioglobinas.
En 2004, Quentin escribió una retrospectiva, que contiene sus reflexiones personales sobre sus contribuciones para comprender la unión del ligando a la hemoglobina.
Uno de los sellos distintivos de la carrera investigadora de Quentin, particularmente en Cornell, fue el gran número de colaboraciones de gran éxito en las que participó.
Tony Wilkinson, un colaborador de la Universidad de York, comentó que tenía una gran generosidad de espíritu, un rasgo que a menudo falta en los científicos ambiciosos y famosos.
Los visitantes fueron invitados a cenar con Jane en su casa, una gran casa de campo con graneros en Slaterville Road, y luego en una casa más pequeña en Game Farm Road. El almuerzo con visitantes en el laboratorio a menudo involucraba a David Wilson, Peter Hinkle y Leon Heppel, profesores de bioquímica en el departamento de Quentin, y luego caminaban por el hermoso campus de Cornell.
Mientras aún estaba en Sheffield, Quentin inició una larga y fructífera colaboración con Eraldo Antonini y luego con Maurizio Brunori de la Universidad de Roma. El trabajo inicial implicó mediciones de la unión del hemo a las apoglobinas. La relación a largo plazo se selló cuando Quentin llegó a Roma a principios de la década de 1960 con un espectrómetro de flujo detenido recién mecanizado que presentó al grupo Antonini como regalo.
Los estudios iniciales fueron seguidos por años de colaboración y competencia sobre el papel de los dímeros ab en la cooperatividad, las diferencias entre las subunidades a y b de la hemoglobina humana, la cinética de la citocromo c oxidasa y, finalmente, las vías del movimiento de ligandos dentro de las globinas. Esta relación se mantuvo muy activa incluso después de la muerte de Antonini en 1983, y Maurizio Brunori siempre fue un visitante bienvenido en Ithaca y Woods Hole.
La conexión con Roma también reavivó el interés de Quentin por la navegación.
Navegó por el Mediterráneo en el barco de Brunori, que, irónicamente, fue diseñado por el hijo de Britton Chance.
Según Brunori, los mejores momentos fueron navegar en Woods Hole en el Quentin’s Tartan 30 con Colin Greenwood, incluido un viaje por Martha’s Vineyard. Maurizio recuerda burlarse de Quentin al comentar: "Estoy poniendo las velas como Brit hubiera pedido".
Otras colaboraciones en Ithaca incluyeron estudios de hemoglobinopatías (es decir, Hbs Hiroshima, Bethesda, etc.) con Ronald Nagel y H. Frank Bunn en Albert Einstein College of Medicine y Harvard Medical School, respectivamente, y Austen Riggs en la Universidad de Texas.
Gibson también trabajó con Frank Carey en WHOI en Woods Hole y Robert Noble en SUNY en Buffalo en una variedad de hemoglobinas de pescado con sus estudiantes graduados Mel Anderson y Wilma Saffran.
En la década de 1980, Quentin colaboró con Jonathan y Beatrice Wittenberg y Cyril Appleby en estudios de leghemoglobinas de plantas, y con Serge Vinogradov, Luc Moens, Maurizio Brunori y Andrea Belli en una amplia variedad de hemoglobinas de invertebrados. También participó en un estudio colaborativo de la unión del ligando a la hemoglobina homodimérica de la almeja de sangre, Scapharca inaequivalvis.
Este último trabajo se inició con Emilia Chiancone del grupo de Roma y luego se expandió para incluir a William Royer de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts en Worcester. Royer resolvió las estructuras cristalinas de las proteínas mutantes y de tipo salvaje a mediados de la década de 1990 y, juntas, demostraron que el mecanismo estructural de la unión cooperativa de O2 implica la comunicación conformacional a través de moléculas de agua ordenadas a través de una interfaz de subunidades hidrófilas inusuales.
En 1984, Quentin y John Olson comenzaron a trabajar juntos nuevamente, esta vez en los mecanismos estructurales de la reagrupación geminada y los efectos del tamaño del ligando y la reactividad en estos procesos. Esta colaboración con el laboratorio Olson en la Universidad de Rice duraría casi 20 años y resultaría en 16 publicaciones importantes sobre interpretaciones estereoquímicas de la recombinación interna de ligandos después de pulsos láser cortos, determinaciones de la reactividad relativa de NO, O2 y CO. y el uso de mutagénesis dirigida al sitio para mapear las vías del movimiento de ligandos hacia globinas.
El trabajo sobre mutantes de mioglobinas dirigidos al sitio con Olson condujo a interacciones adicionales con Kiyoshi Nagai y sus estudiantes, el grupo de Steve Sligar en la Universidad de Illinois, Masao Ikeda-Saito en la Universidad Case Western Reserve, y Tony Wilkinson y sus estudiantes y colegas en la Universidad de York.
Muchos grupos de laboratorio más grandes también se han interesado en la recombinación geminada, que implica movimientos de ligandos internos y reenganche inmediatamente después de la fotodisociación.
El proceso se denomina "geminar" porque el mismo ligando y los mismos átomos de hierro se recombinan internamente. La nueva tecnología láser en la década de 1980 permitió la visualización de verdaderos estados de transición para la unión de ligandos que anteriormente solo estaban implícitos en las teorías de Eyring, Debye y Smoluchowski.
Sin inmutarse por la competencia, Quentin procedió a construir instrumentos de fotólisis láser de nano (con Roger Morris) y picosegundos (con Richard Blackmore). Al igual que con su aparato de flujo detenido y los primeros dispositivos de fotólisis, Quentin participó en la construcción del instrumento, la recopilación de datos y el análisis.
Como recordó Tony Wilkinson de una visita a principios de la década de 1990:
"En particular, lo recuerdo volviéndose hacia mí después de disparar su láser y registrar un rastro de aspecto bastante desconcertante. Cuando le pregunté qué significaba todo, respondió: "Bueno, no sé, ¡es tu muestra Dr. Wilkinson!".
Muchos otros habían escuchado la misma respuesta.
En la primavera de 1987, a Quentin le diagnosticaron un linfoma abdominal sólido de gran tamaño. Eligió ser tratado en Ítaca, comenzó un régimen debilitante de quimioterapia y comenzó a hablar de renunciar a la ciencia y donar su equipo a colaboradores.
John Olson recuerda una conversación a fines de noviembre de 1987, después de que se completó el régimen de tratamiento. Quentin todavía estaba deprimido y solo reveló a regañadientes los detalles del informe del médico. El tumor había desaparecido, no se habían detectado metástasis y se le dio un certificado de buena salud. John preguntó por qué sonaba tan deprimido. La respuesta de Quentin: "Ahora tengo que escribir otra subvención del NIH para seguir adelante". De hecho, escribió dos subvenciones más exitosas y permaneció activo durante otros 20 años.
Las colaboraciones con Rice University se expandieron en 1988 cuando John Olson y sus colegas comenzaron a generar grandes bibliotecas de mioglobinas y hemoglobinas mutantes.
Estas variantes del sitio activo permitieron establecer una conexión directa entre los parámetros de velocidad derivados de los mecanismos cinéticos y las características específicas en las estructuras tridimensionales de las globinas, que fueron determinadas en la Universidad de Rice por George N. Phillips, Jr. o en la Universidad de York por Tony Wilkinson.
Se llevaron a cabo estudios cinéticos estructurales combinados similares con Emilia Chiacone y William Royer sobre la hemoglobina dimérica de la almeja de Scapharca inaequivalvis.
Los resultados de estos estudios combinados de mutagénesis y fotólisis láser llevaron a Quentin y otros a concluir que los esquemas de reacciones químicas consecutivas simples no proporcionan una interpretación satisfactoria de la recombinación geminada. Estos procesos ultrarrápidos involucran barreras químicas para la formación de enlaces, procesos de difusión para el movimiento de ligandos, rotaciones de cadenas laterales de aminoácidos y expansiones de estructuras terciarias.
Quentin quedó impresionado por las simulaciones de dinámica molecular de salida de ligandos de Mb presentadas por Ron Elber y Martin Karplus, en la reunión de Asilomar de 1988.
Cuando Elber se mudó a la Universidad de Illinois, Chicago, comenzó a trabajar con Quentin y Olson en la migración de ligandos en mutantes Mb que alteran drásticamente la recombinación geminada. Quentin estaba tan intrigado con estas simulaciones que le pidió a Elber que lo ayudara a instalar software y equipo computacional en Ítaca, y su estrecha colaboración continuó hasta el último artículo de Quentin.
En 1996, los Gibson se retiraron formalmente de la Universidad de Cornell, dejaron Ithaca y se mudaron a una casa que habían comprado algunos años antes cerca de la Universidad de Dartmouth en Hanover, NH. Su hija, Úrsula, era profesora de física, vivía cerca con su esposo y sus tres hijos.
Sin embargo, Quentin todavía quería seguir trabajando y llamó a John Olson, preguntándole si podía trasladar su equipo a Houston y pasar los inviernos templados allí haciendo experimentos.
Rice University lo nombró con entusiasmo como miembro distinguido de la facultad.
Literalmente, todo en el laboratorio de Quentin se trasladó a Houston, y Jeff Nichols ayudó a que el equipo y el taller de maquinaria funcionaran en la Universidad de Rice en cuestión de meses, lo que llevó a una relación de trabajo a largo plazo que continuó después de que Quentin decidió quedarse todo el año en New Hampshire en 2001 y Nichols se trasladó a Massachusetts para ocupar un puesto de profesor.
Entre otros logros en Houston, Gibson, Olson y su estudiante graduada Emily Scott mapearon experimentalmente la vía para el movimiento de ligandos dentro y fuera de la mioglobina de cachalote utilizando una biblioteca de más de 90 mutantes diferentes. Llegaron a la conclusión de que, en la proteína de tipo salvaje, los ligandos fotodisociados pueden residir en cavidades internas y pueden volver a unirse internamente. Sin embargo, la fracción que escapa al solvente se rige solo por el movimiento a través de un canal creado por la rotación hacia afuera de la histidina distal en la posición helicoidal E7, una idea que fue propuesta originalmente por Perutz unos 50 años antes.
Gibson murió el 6 de marzo de 2011.
* A Biographical Memoir by J. Woodland Hastings and John S. Olson // ©2014 National Academy of Sciences.
