לינוס פאולינג

לינוס פאולינג

לינוס קארל פאולינג (Linus Carl Pauling; 28 בפברואר 1901 – 19 באוגוסט 1994) היה כימאי ופעיל שלום אמריקאי. הוא פרסם למעלה מ-1,200 מאמרים וספרים, מתוכם כ-850 עסקו בנושאים מדעיים. המגזין "סיינטיפיק אמריקן" כינה אותו אחד מ-20 המדענים הגדולים בכל הזמנים. על עבודתו המדעית הוענק לפאולינג פרס נובל לכימיה בשנת 1954. על פעילותו למען השלום הוענק לו פרס נובל לשלום בשנת 1962. הוא אחד מחמישה אנשים שזכו ביותר מפרס נובל אחד. מביניהם, הוא האדם היחיד שזכה בשני פרסי נובל שאינם משותפים, ואחד משני אנשים שזכו בפרסי נובל בתחומים שונים (השנייה היא מארי קירי).

פאולינג היה ממייסדי תחומי הכימיה הקוונטית והביולוגיה המולקולרית. תרומותיו לתאוריית הקשר הכימי כוללות את מושג הכלאת האורביטלים ואת הסולם המדויק הראשון של אלקטרושליליות של יסודות. פאולינג עבד גם על מבנים של מולקולות ביולוגיות, והראה את חשיבותם של הסליל האלפא ומשטח הבטא במבנה השניוני של חלבונים. גישתו של פאולינג שילבה שיטות ותוצאות מקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן, בניית מודלים מולקולריים וכימיה קוונטית. תגליותיו נתנו השראה לעבודתם של ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק, רוזלינד פרנקלין ומוריס וילקינס על מבנה ה-DNA, מה שאפשר בתורו לגנטיקאים לפענח את הקוד הגנטי של כל האורגניזמים.

בשנותיו המאוחרות, הוא קידם פירוק נשק גרעיני, כמו גם רפואה אורתומולקולרית, טיפול במגה-ויטמינים ותוספי תזונה, במיוחד חומצה אסקורבית (הידועה בכינויה ויטמין C). אף אחד מרעיונותיו בנוגע לתועלת הרפואית של מינונים גבוהים של ויטמינים לא זכה להסכמה רחבה בקהילה המדעית המרכזית. הוא היה נשוי לפעילת זכויות האדם האמריקאית אווה הלן פאולינג (Ava Helen Pauling).

חיים מוקדמים וחינוך

לינוס קארל פאולינג נולד ב-28 בפברואר 1901 בפורטלנד, אורגון, כבנם הבכור של הרמן הנרי ויליאם פאולינג (1876–1910) ולוסי איזבל "בל" דארלינג (1881–1926). הוא נקרא "לינוס קארל" לכבוד אביה של לוסי, לינוס, ואביו של הרמן, קארל. מוצאו כלל שורשים גרמניים ואנגלו-סקוטיים.

בשנת 1902, לאחר לידת אחותו פאולין, החליטו הוריו של פאולינג לעזוב את פורטלנד כדי למצוא מגורים זולים ומרווחים יותר מדירת החדר שלהם. לוסי נשארה עם הורי בעלה בלייק אוסוויגו עד שהרמן הביא את המשפחה לסיילם, שם עבד זמן קצר כסוכן נוסע עבור חברת התרופות סקידמור. בתוך שנה מלידתה של לוסיל ב-1904, העביר הרמן פאולינג את משפחתו ללייק אוסוויגו, אורגון, שם פתח בית מרקחת משלו. הוא עבר עם משפחתו לקונדון, אורגון, ב-1905. עד 1906 סבל הרמן פאולינג מכאבי בטן חוזרים. הוא מת מכיב מנוקב ב-11 ביוני 1910, והותיר את לוסי לטפל בלינוס, לוסיל ופאולין.

פאולינג מייחס את התעניינותו בכימיה לכך שהוקסם מניסויים שערך חבר, לויד א. ג'פרס, שהיה לו ערכת מעבדה קטנה לכימיה. מאוחר יותר כתב: "פשוט הוקסמתי מתופעות כימיות, מהתגובות שבהן מופיעים חומרים, לעיתים קרובות בעלי תכונות שונות בתכלית; וקיוויתי ללמוד עוד ועוד על היבט זה של העולם."

בתיכון ערך פאולינג ניסויים בכימיה על ידי איסוף ציוד וחומרים ממפעל פלדה נטוש. יחד עם חבר מבוגר יותר, לויד סיימון, הקים פאולינג את מעבדות פלמון במרתף של סיימון. הם פנו למחלבות מקומיות והציעו לבצע בדיקות שומן חמאה במחירים זולים, אך בעלי המחלבות חששו להפקיד את המשימה בידי שני נערים, והעסק נכשל.

בגיל 15, לתלמיד התיכון היו מספיק נקודות זכות כדי להתקבל לאוניברסיטת המדינה של אורגון (OSU), שהייתה ידועה אז כמכללה החקלאית של אורגון. מכיוון שחסרו לו שני קורסים בהיסטוריה אמריקאית הנדרשים לתעודת הבגרות שלו, פאולינג ביקש ממנהל בית הספר אם יוכל לקחת את הקורסים במקביל במהלך סמסטר האביב. בקשתו נדחתה, והוא עזב את תיכון וושינגטון ביוני ללא תעודה. בית הספר העניק לו תעודת כבוד 45 שנים מאוחר יותר, לאחר שזכה בשני פרסי נובל.

פאולינג עבד במספר עבודות כדי להרוויח כסף להוצאות הקולג' העתידיות שלו, כולל עבודה במשרה חלקית במכולת תמורת 8 דולר לשבוע (שווה ערך ל-240 דולר ב-2025). אמו ארגנה לו ראיון עם הבעלים של מספר מפעלי ייצור בפורטלנד, מר שוויצרהוף, ששכר אותו כשוליה למכונאי בשכר של 40 דולר לחודש (שווה ערך ל-1,180 דולר ב-2025). שכר זה הועלה עד מהרה ל-50 דולר לחודש. פאולינג גם הקים מעבדת צילום עם שני חברים. בספטמבר 1917 התקבל פאולינג סוף סוף לאוניברסיטת המדינה של אורגון. הוא התפטר מיד מעבודתו כמכונאי והודיע על תוכניותיו לאמו, שלא ראתה טעם בהשכלה אוניברסיטאית.

### השכלה גבוהה

בסמסטר הראשון שלו נרשם פאולינג לשני קורסים בכימיה, שניים במתמטיקה, שרטוט טכני, מבוא לכרייה ושימוש בחומרי נפץ, פרוזה אנגלית מודרנית, התעמלות ותרגילים צבאיים. שותפו לחדר היה חבר הילדות וחברו הטוב ביותר לכל החיים לויד ג'פרס. הוא היה פעיל בחיי הקמפוס והקים את סניף אחוות דלתא אפסילון בבית הספר. לאחר שנתו השנייה, הוא תכנן לקחת עבודה בפורטלנד כדי לעזור לפרנס את אמו. המכללה הציעה לו משרה בהוראת ניתוח כמותי, קורס שזה עתה סיים ללמוד בעצמו. הוא עבד ארבעים שעות בשבוע במעבדה ובכיתה והרוויח 100 דולר לחודש (שווה ערך ל-1,600 דולר ב-2025), מה שאפשר לו להמשיך בלימודיו.

בשנתיים האחרונות ללימודיו הפך פאולינג מודע לעבודתם של גילברט נ. לואיס ואירווינג לאנגמיור על המבנה האלקטרוני של אטומים והקשר שלהם ליצירת מולקולות. הוא החליט למקד את מחקרו בשאלה כיצד התכונות הפיזיקליות והכימיות של חומרים קשורות למבנה האטומים שמהם הם מורכבים, והפך לאחד ממייסדי המדע החדש של הכימיה הקוונטית.

פרופסור להנדסה סמואל גראף (1887–1966) בחר בפאולינג להיות עוזר ההוראה שלו בקורס מכניקה וחומרים. במהלך החורף של שנתו האחרונה, לימד פאולינג קורס כימיה לסטודנטיות לכלכלת בית. באחד השיעורים הללו פגש פאולינג את אשתו לעתיד, אווה הלן מילר.

בשנת 1922 סיים פאולינג תואר בהנדסה כימית. הוא המשיך ללימודי תואר שני במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) בפסדינה, קליפורניה, בהנחיית רוסקו דיקינסון וריצ'רד טולמן. מחקרו לתואר מתקדם כלל שימוש בעקיפת קרני רנטגן כדי לקבוע את מבנה הגבישים. הוא פרסם שבעה מאמרים על המבנה הגבישי של מינרלים בזמן שהיה ב-Caltech. הוא קיבל את הדוקטורט שלו בכימיה פיזיקלית ופיזיקה מתמטית, בהצטיינות יתרה, בשנת 1925.

קריירה

בשנת 1926 הוענקה לפאולינג מלגת גוגנהיים לנסיעה לאירופה, כדי ללמוד אצל הפיזיקאי הגרמני ארנולד זומרפלד במינכן, הפיזיקאי הדני נילס בוהר בקופנהגן והפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר בציריך. שלושתם היו מומחים בתחום החדש של מכניקת הקוונטים ובענפים אחרים של הפיזיקה. פאולינג החל להתעניין כיצד ניתן ליישם את מכניקת הקוונטים בתחום העניין שבחר, המבנה האלקטרוני של אטומים ומולקולות. בציריך נחשף פאולינג גם לאחד הניתוחים המכניים-קוונטיים הראשונים של קשר במולקולת המימן, שבוצע על ידי ולטר הייטלר ופריץ לונדון. פאולינג הקדיש את שנתיים של נסיעתו באירופה לעבודה זו והחליט להפוך אותה למוקד מחקרו העתידי. הוא הפך לאחד המדענים הראשונים בתחום הכימיה הקוונטית וחלוץ ביישום תורת הקוונטים על מבנה המולקולות.

בשנת 1927 קיבל פאולינג משרה חדשה כפרופסור עוזר ב-Caltech בכימיה תאורטית. הוא השיק את הקריירה האקדמית שלו עם חמש שנים פוריות מאוד, והמשיך במחקרי גבישי הרנטגן שלו וכן בביצוע חישובים מכניים-קוונטיים על אטומים ומולקולות. הוא פרסם כחמישים מאמרים בחמש שנים אלו, ויצר את חמשת הכללים הידועים כיום ככללי פאולינג. עד 1929 הוא קודם לדרגת פרופסור חבר, ועד 1930 לפרופסור מן המניין. בשנת 1931 העניקה האגודה האמריקאית לכימיה לפאולינג את פרס לאנגמיור על העבודה המשמעותית ביותר במדע טהור על ידי אדם בן 30 ומטה. בשנה שלאחר מכן פרסם פאולינג את מה שנחשב בעיניו למאמרו החשוב ביותר, שבו הציג לראשונה את מושג ההכלאה של אורביטלים אטומיים וניתח את הטטר-ערכיות של אטום הפחמן.

ב-Caltech יצר פאולינג ידידות קרובה עם הפיזיקאי התאורטי רוברט אופנהיימר מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, שבילה חלק מלוח הזמנים של המחקר וההוראה שלו כמבקר ב-Caltech בכל שנה. פאולינג היה קשור גם לברקלי, שם שימש כמרצה אורח בפיזיקה וכימיה בין השנים 1929–1934. אופנהיימר אף העניק לפאולינג אוסף מינרלים אישי מרהיב. שני הגברים תכננו לתקוף יחד את טבעו של הקשר הכימי: ככל הנראה אופנהיימר יספק את המתמטיקה ופאולינג יפרש את התוצאות. מערכת היחסים ביניהם התערערה כאשר אופנהיימר ניסה לחזר אחר אשתו של פאולינג, אווה הלן. כשהיה פאולינג בעבודה, הגיע אופנהיימר לביתם ופלט הזמנה לאווה הלן להצטרף אליו למפגש רומנטי במקסיקו. היא סירבה בתוקף ודיווחה על התקרית לפאולינג. הוא ניתק מיד את קשריו עם אופנהיימר.

בקיץ 1930 ערך פאולינג נסיעה נוספת לאירופה, שבמהלכה למד על עקיפת אלקטרונים בפאזה גזית מהרמן פרנסיס מארק. לאחר שחזר, הוא בנה מכשיר לעקיפת אלקטרונים ב-Caltech עם סטודנט שלו, לורנס אולין ברוקוויי, והשתמש בו כדי לחקור את המבנה המולקולרי של מספר רב של חומרים כימיים.

פאולינג הציג את מושג האלקטרושליליות בשנת 1932. תוך שימוש בתכונות השונות של מולקולות, כגון האנרגיה הנדרשת לשבירת קשרים ומומנט הדיפול של מולקולות, הוא קבע סולם וערך מספרי נלווה עבור רוב היסודות – סולם האלקטרושליליות של פאולינג – המועיל בחיזוי טבע הקשרים בין אטומים במולקולות.

בשנת 1936 קודם פאולינג לראש המחלקה לכימיה והנדסה כימית ב-Caltech, ולתפקיד מנהל מעבדות גייטס וקרלין לכימיה. הוא החזיק בשני התפקידים עד 1958. פאולינג בילה גם שנה ב-1948 באוניברסיטת אוקספורד כפרופסור אורח על שם ג'ורג' איסטמן ועמית בבייליול קולג'.

### טבע הקשר הכימי

בסוף שנות ה-20 החל פאולינג לפרסם מאמרים על טבע הקשר הכימי. בין 1937 ל-1938 הוא קיבל משרה כמרצה אורח בכימיה על שם ג'ורג' פישר בייקר באוניברסיטת קורנל. בזמן שהותו בקורנל, הוא העביר סדרה של תשע-עשרה הרצאות והשלים את רוב ספרו המפורסם "טבע הקשר הכימי". בעיקר על בסיס עבודתו בתחום זה הוא קיבל את פרס נובל לכימיה בשנת 1954 "על מחקריו בנושא טבע הקשר הכימי ויישומו להבהרת מבנה החומרים המורכבים". ספרו של פאולינג נחשב ל"ספר המשפיע ביותר בכימיה במאה זו והתנ"ך האפקטיבי שלה". ב-30 השנים שלאחר פרסום המהדורה הראשונה שלו ב-1939, הספר צוטט יותר מ-16,000 פעמים. גם כיום, מאמרים מדעיים מודרניים רבים בכתבי עת חשובים מצטטים עבודה זו, יותר משבעים שנה לאחר הפרסום הראשון.

חלק מעבודתו של פאולינג על טבע הקשר הכימי הוביל להצגת מושג הכלאת האורביטלים. בעוד שנהוג לחשוב על האלקטרונים באטום כמתוארים על ידי אורביטלים מסוגים כמו s ו-p, מתברר כי בתיאור הקשר במולקולות, עדיף לבנות פונקציות שחולקות חלק מהתכונות של כל אחד מהם. כך ניתן "לערבב" או לשלב (מתמטית) את אורביטל 2s ושלושת אורביטלי 2p באטום פחמן כדי ליצור ארבעה אורביטלים שווים (הנקראים אורביטלי הכלאה sp), שיהיו האורביטלים המתאימים לתיאור תרכובות פחמן כגון מתאן, או שניתן לשלב את אורביטל 2s עם שניים מאורביטלי 2p כדי ליצור שלושה אורביטלים שווים (הנקראים אורביטלי הכלאה sp), כאשר אורביטל 2p הנותר נותר ללא הכלאה, מה שיהיה האורביטלים המתאימים לתיאור תרכובות פחמן בלתי רוויות מסוימות כגון אתילן. תוכניות הכלאה אחרות נמצאות גם בסוגים אחרים של מולקולות. תחום נוסף שחקר היה הקשר בין קשר יוני, שבו אלקטרונים מועברים בין אטומים, לבין קשר קוולנטי, שבו אלקטרונים משותפים בין אטומים על בסיס שווה. פאולינג הראה שאלו היו רק קצוות, וכי עבור רוב המקרים הממשיים של קשר, פונקציית הגל המכנית-קוונטית עבור מולקולה קוטבית AB היא שילוב של פונקציות גל עבור מולקולות קוולנטיות ויוניות. כאן מושג האלקטרושליליות של פאולינג שימושי במיוחד; הפרש האלקטרושליליות בין זוג אטומים יהיה המנבא הבטוח ביותר לדרגת היוניות של הקשר.

הנושא השלישי שפאולינג תקף תחת הכותרת הכוללת של "טבע הקשר הכימי" היה החשבונאות של מבנה הפחמימנים הארומטיים, במיוחד אב הטיפוס, בנזן. התיאור הטוב ביותר של בנזן נעשה על ידי הכימאי הגרמני פרידריך אוגוסט קקולה. הוא התייחס אליו כאל המרה הדדית מהירה בין שני מבנים, כל אחד עם קשרים בודדים וכפולים לסירוגין, אך עם הקשרים הכפולים של מבנה אחד במיקומים שבהם היו הקשרים הבודדים באחר. פאולינג הראה שתיאור נכון המבוסס על מכניקת הקוונטים היה מבנה ביניים שהיה תערובת של כל אחד מהם. המבנה היה סופרפוזיציה של מבנים ולא המרה הדדית מהירה ביניהם. השם "תהודה" (resonance) הוחל מאוחר יותר על תופעה זו. במובן מסוים, תופעה זו דומה לאלו של הכלאה וגם קשר קוטבי, שניהם תוארו לעיל, מכיוון שכל שלוש התופעות כרוכות בשילוב יותר ממבנה אלקטרוני אחד כדי להשיג תוצאת ביניים.

### מבני גבישים יוניים

בשנת 1929 פרסם פאולינג חמישה כללים המסייעים לחזות ולהסביר מבני גבישים של תרכובות יוניות. כללים אלו נוגעים ל-(1) היחס בין רדיוס קטיון לרדיוס אניון, (2) חוזק הקשר האלקטרוסטטי, (3) שיתוף פינות, צלעות ופאות של פאולידרונים, (4) גבישים המכילים קטיונים שונים, ו-(5) כלל החסכנות.

### מולקולות ביולוגיות

באמצע שנות ה-30, פאולינג, שהושפע מאוד מסדרי העדיפויות הממומנים מוכווני הביולוגיה של וורן ויבר מקרן רוקפלר, החליט לפרוץ לתחומי עניין חדשים. למרות שהתעניינותו המוקדמת של פאולינג התמקדה כמעט אך ורק במבנים מולקולריים אנאורגניים, הוא חשב מדי פעם על מולקולות בעלות חשיבות ביולוגית, בין היתר בגלל כוחה הגובר של Caltech בביולוגיה. פאולינג קיים אינטראקציה עם ביולוגים דגולים כמו תומאס האנט מורגן, תאודוסיוס דובז'נסקי, קלווין ברידג'ס ואלפרד סטרטבנט. עבודתו המוקדמת בתחום זה כללה מחקרים על מבנה ההמוגלובין עם הסטודנט שלו צ'ארלס ד. קוריי. הוא הוכיח שמולקולת ההמוגלובין משנה את המבנה שלה כשהיא מקבלת או מאבדת מולקולת חמצן. כתוצאה מתצפית זו, הוא החליט לערוך מחקר יסודי יותר על מבנה החלבון באופן כללי. הוא חזר לשימוש המוקדם שלו בניתוח עקיפת קרני רנטגן. אבל מבני חלבונים היו הרבה פחות נגישים לטכניקה זו מאשר המינרלים הגבישיים של עבודתו הקודמת. תמונות הרנטגן הטובות ביותר של חלבונים בשנות ה-30 נעשו על ידי הקריסטלוגרף הבריטי ויליאם אסטבורי, אך כשפאולינג ניסה, ב-1937, להסביר את תצפיותיו של אסטבורי באופן מכני-קוונטי, הוא לא הצליח.

לקח לפאולינג אחת-עשרה שנים להסביר את הבעיה: הניתוח המתמטי שלו היה נכון, אך התמונות של אסטבורי צולמו בצורה כזו שמולקולות החלבון היו מוטות מהמיקומים הצפויים שלהן. פאולינג ניסח מודל למבנה ההמוגלובין שבו אטומים היו מסודרים בתבנית סלילית, והחיל רעיון זה על חלבונים באופן כללי.

בשנת 1951, בהתבסס על המבנים של חומצות אמינו ופפטידים והטבע המישורי של הקשר הפפטידי, הציעו פאולינג, רוברט קורי והרמן ברנסון בצדק את הסליל האלפא ומשטח הבטא כמוטיבים מבניים עיקריים במבנה השניוני של חלבונים. עבודה זו הדגימה את יכולתו של פאולינג לחשוב בצורה לא שגרתית; מרכזית למבנה הייתה ההנחה הלא שגרתית שסיבוב אחד של הסליל עשוי בהחלט להכיל מספר לא שלם של שיירי חומצות אמינו; עבור סליל האלפא מדובר ב-3.7 שיירי חומצות אמינו לסיבוב.

פאולינג הציע אז שחומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) היא סליל משולש; המודל שלו הכיל כמה טעויות בסיסיות, כולל הצעה של קבוצות פוספט נייטרליות, רעיון שסתר את החומציות של ה-DNA. סר לורנס בראג התאכזב מכך שפאולינג ניצח במרוץ למציאת מבנה סליל האלפא של חלבונים. הצוות של בראג עשה טעות יסודית בבניית המודלים שלהם של חלבונים בכך שלא זיהו את הטבע המישורי של הקשר הפפטידי. כאשר נודע במעבדת קוונדיש שפאולינג עובד על מודלים מולקולריים של מבנה ה-DNA, ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק הורשו לבנות מודל מולקולרי של DNA. הם נהנו מאוחר יותר מנתונים שלא פורסמו ממוריס וילקינס ורוזלינד פרנקלין בקינגס קולג' שהראו ראיות לסליל וערימת בסיסים מישורית לאורך ציר הסליל. בתחילת 1953 הציעו ווטסון וקריק מבנה נכון לסליל הכפול של ה-DNA. פאולינג ציטט מאוחר יותר כמה סיבות כדי להסביר כיצד הוטעה לגבי מבנה ה-DNA, ביניהן נתוני צפיפות מטעים וחוסר בצילומי עקיפת קרני רנטגן באיכות גבוהה. פאולינג תיאר מצב זה כ"אכזבה הגדולה ביותר בחייו".

בזמן שפאולינג חקר את הבעיה, רוזלינד פרנקלין באנגליה יצרה את התמונות הטובות בעולם. הן היו המפתח להצלחתם של ווטסון וקריק. פאולינג לא ראה אותן לפני שפיתח את מבנה ה-DNA השגוי שלו, אם כי העוזר שלו רוברט קורי אכן ראה לפחות חלק מהן, בזמן שהחליף את פאולינג בכנס חלבונים בקיץ 1952 באנגליה. פאולינג נמנע מלהשתתף מכיוון שהדרכון שלו עוכב על ידי מחלקת המדינה בחשד שיש לו אהדה קומוניסטית. זה הוביל לאגדה שפאולינג החמיץ את מבנה ה-DNA בגלל הפוליטיקה של התקופה (זה היה בתחילת תקופת מקארתי בארצות הברית). לפוליטיקה לא היה תפקיד מכריע. לא רק שקורי ראה את התמונות באותו זמן, אלא שפאולינג עצמו קיבל בחזרה את הדרכון שלו תוך מספר שבועות וסייר במעבדות אנגליות הרבה לפני שכתב את מאמר ה-DNA שלו. הייתה לו הזדמנות רבה לבקר במעבדה של פרנקלין ולראות את עבודתה, אך בחר שלא לעשות זאת. למרות זמנים אלו, פאולינג בחר להמשיך הלאה ולהיות אסיר תודה על התגליות שכבר מצא.

פאולינג חקר גם תגובות אנזימטיות והיה בין הראשונים לציין שאנזימים מחוללים תגובות על ידי ייצוב מצב המעבר של התגובה, השקפה שמרכזית להבנת מנגנון הפעולה שלהם. הוא היה גם בין המדענים הראשונים ששיערו שקישור נוגדנים לאנטיגנים נובע ממשלימות בין המבנים שלהם. באותו קו, עם הפיזיקאי שהפך לביולוג מקס דלבריק, הוא כתב מאמר מוקדם שבו טען ששכפול DNA נובע ככל הנראה ממשלימות, ולא מדמיון, כפי שהציעו כמה חוקרים. זה הובהר במודל של מבנה ה-DNA שווטסון וקריק גילו.

### גנטיקה מולקולרית

בנובמבר 1949 פרסמו פאולינג, הארווי איטנו, ס. ג'. סינגר ואיברט וולס את "אנמיה חרמשית, מחלה מולקולרית" בכתב העת Science. זו הייתה ההוכחה הראשונה לכך שמחלה אנושית נגרמת על ידי חלבון לא תקין, ואנמיה חרמשית הפכה למחלה הראשונה שהובנה ברמה המולקולרית. (עם זאת, זו לא הייתה ההוכחה הראשונה לכך שניתן להבחין בין צורות וריאנטיות של המוגלובין באמצעות אלקטרופורזה, דבר שהוכח כמה שנים קודם לכן על ידי מוד מנטן ושותפיה). באמצעות אלקטרופורזה, הם הוכיחו שלאנשים עם מחלת אנמיה חרמשית יש צורה שונה של המוגלובין בתאי הדם האדומים שלהם, ושאנשים עם תכונת אנמיה חרמשית מחזיקים גם בצורות הרגילות וגם בצורות הלא תקינות של המוגלובין. זו הייתה ההדגמה הראשונה שקשרה סיבתית חלבון לא תקין למחלה, וגם ההדגמה הראשונה לכך שתורשה מנדלית קובעת את התכונות הפיזיקליות הספציפיות של חלבונים, לא רק את נוכחותם או היעדרם – שחר הגנטיקה המולקולרית.

הצלחתו עם אנמיה חרמשית הובילה את פאולינג לשער שמספר מחלות אחרות, כולל מחלות נפש כגון סכיזופרניה, עשויות לנבוע מגנטיקה פגומה. כראש המחלקה לכימיה והנדסה כימית ומנהל מעבדות גייטס וקרלין לכימיה, הוא עודד העסקת חוקרים בעלי גישה כימית-ביו-רפואית למחלות נפש, כיוון שלא תמיד היה פופולרי בקרב כימאים מבוססים ב-Caltech.

בשנת 1951 נשא פאולינג הרצאה שכותרתה "רפואה מולקולרית". בסוף שנות ה-50 הוא חקר את תפקיד האנזימים בתפקוד המוח, מתוך אמונה שמחלות נפש עשויות להיגרם בחלקן על ידי תפקוד לקוי של אנזימים. בשנות ה-60, כחלק מהתעניינותו בהשפעות של נשק גרעיני, הוא חקר את תפקיד המוטציות באבולוציה, והציע עם הסטודנט שלו אמיל צוקרקנדל את השעון האבולוציוני המולקולרי, הרעיון שמוטציות בחלבונים וב-DNA מצטברות בקצב קבוע לאורך זמן.

### מבנה גרעין האטום

ב-16 בספטמבר 1952 פתח פאולינג מחברת מחקר חדשה במילים "החלטתי לתקוף את בעיית מבנה הגרעינים". ב-15 באוקטובר 1965 פרסם פאולינג את מודל הספרון הארוז בצפיפות שלו של גרעין האטום בשני כתבי עת מכובדים, Science ו-Proceedings of the National Academy of Sciences. במשך כמעט שלושה עשורים, עד מותו ב-1994, פרסם פאולינג מאמרים רבים על מודל צביר הספרון שלו.

הרעיון הבסיסי מאחורי מודל הספרון של פאולינג הוא שניתן לראות גרעין כקבוצה של "צבירי נוקלאונים". צבירי הנוקלאונים הבסיסיים כוללים את הדאוטרון [np], ההליון [pnp] והטריטון [npn]. גרעינים זוגיים-זוגיים מתוארים כמורכבים מצבירים של חלקיקי אלפא, כפי שנעשה לעיתים קרובות עבור גרעינים קלים. פאולינג ניסה לגזור את מבנה הקליפה של גרעינים משיקולים גיאומטריים טהורים הקשורים לגופים אפלטוניים במקום להתחיל ממודל חלקיק עצמאי כפי שנעשה במודל הקליפה הרגיל. בראיון שנערך בשנת 1990 העיר פאולינג על המודל שלו:

> כעת לאחרונה, ניסיתי לקבוע מבנים מפורטים של גרעיני אטומים על ידי ניתוח כיפופי הרטט של מצב היסוד ומצב מעורר, כפי שנצפו ניסויית. מקריאת הספרות הפיזיקלית, Physical Review Letters וכתבי עת אחרים, אני יודע שפיזיקאים רבים מתעניינים בגרעיני אטומים, אך אף אחד מהם, עד כה ככל שהצלחתי לגלות, לא תקף את הבעיה באותה דרך שאני תוקף אותה. אז אני פשוט מתקדם במהירות שלי, מבצע חישובים ...

אקטיביזם

### עבודה בזמן מלחמה

פאולינג היה כמעט א-פוליטי עד מלחמת העולם השנייה. בתחילת פרויקט מנהטן, הזמין אותו רוברט אופנהיימר להיות אחראי על מחלקת הכימיה של הפרויקט. הוא סירב, לא רצה לעקור את משפחתו.

פאולינג אכן עבד על מחקר עבור הצבא. הוא היה חוקר ראשי ב-14 חוזי OSRD. הוועדה הלאומית למחקר ביטחוני כינסה פגישה ב-3 באוקטובר 1940, וביקשה מכשיר שיכול למדוד באופן אמין את תכולת החמצן בתערובת גזים, כדי שיוכלו למדוד תנאי חמצן בצוללות ובמטוסים. בתגובה תכנן פאולינג את מד החמצן של פאולינג, שפותח ויוצר על ידי חברת ארנולד או. בקמן. לאחר המלחמה, התאים בקמן את מנתחי החמצן לשימוש באינקובטורים לפגים.

בשנת 1942 הגיש פאולינג בהצלחה הצעה בנושא "הטיפול הכימי בתמיסות חלבון בניסיון למצוא תחליף לסרום אנושי לעירויים". קבוצת הפרויקט שלו, שכללה את ג'וזף ב. קופלי ודן ה. קמפבל, פיתחה תחליף אפשרי לפלזמת דם אנושית בעירויים: פוליאוקסי ג'לטין (Oxypolygelatin).

פרויקטים אחרים בזמן מלחמה עם יישומים צבאיים ישירים יותר כללו עבודה על חומרי נפץ, דלקים לטילים ופטנט על פגז חודר שריון. באוקטובר 1948 הוענקה לפאולינג, יחד עם לי א. דוברידג', ויליאם א. פאולר, מקס מייסון וברוס ה. סייג', מדליית הצטיינות נשיאותית על ידי הנשיא הארי ס. טרומן. הציטוט מזכה אותו על "מוחו הדמיוני", "הצלחתו המבריקה" ו"התנהגות ראויה לשבח באופן יוצא דופן בביצוע שירותים יוצאי דופן". בשנת 1949 כיהן כנשיא האגודה האמריקאית לכימיה.

### אקטיביזם גרעיני

השלכות פרויקט מנהטן והפציפיזם של אשתו אווה שינו את חייו של פאולינג באופן עמוק, והוא הפך לפעיל שלום.

ביוני 1945 החלה "הצעת חוק מאי-ג'ונסון" שתהפוך לחוק האנרגיה האטומית של 1946 (נחתם ב-1 באוגוסט 1946). בנובמבר 1945 נאם פאולינג בפני הוועדה העצמאית של אזרחי האמנויות, המדעים והמקצועות (ICCASP) על נשק אטומי; זמן קצר לאחר מכן, אשתו אווה והוא קיבלו חברות. ב-21 בינואר 1946 נפגשה הקבוצה כדי לדון בחופש אקדמי, שבמהלכו אמר פאולינג: "יש, כמובן, תמיד איום על החופש האקדמי – כפי שיש על ההיבטים האחרים של החופש והזכויות של הפרט, בהתקפות המתמשכות שנעשות על חופש זה, זכויות אלו, על ידי האנוכיים, השאפתניים מדי, המוטעים, חסרי המצפון, המבקשים לדכא את גוף האנושות הגדול כדי שהם עצמם יוכלו להרוויח – ועלינו להיות תמיד ערניים נגד איום זה, ועלינו להילחם בו במרץ כאשר הוא הופך למסוכן."

בשנת 1946 הצטרף לוועדת החירום של מדעני האטום, בראשות אלברט איינשטיין. משימתה הייתה להזהיר את הציבור מפני הסכנות הכרוכות בפיתוח נשק גרעיני.

פעילותו הפוליטית הניעה את מחלקת המדינה האמריקאית לסרב להנפיק לו דרכון ב-1952, כאשר הוזמן לנאום בכנס מדעי בלונדון. בנאום בפני הסנאט האמריקאי ב-6 ביוני של אותה שנה, גינה הסנאטור ויין מורס בפומבי את פעולת מחלקת המדינה, ודחק במחלקת הדרכונים להפוך את החלטתה. פאולינג ואשתו אווה קיבלו אז "דרכון מוגבל" כדי להשתתף בכנס. הדרכון המלא שלו הוחזר ב-1954, זמן קצר לפני הטקס בסטוקהולם שבו קיבל את פרס נובל הראשון שלו.

בהצטרפו לאיינשטיין, ברטראנד ראסל ושמונה מדענים ואינטלקטואלים מובילים אחרים, הוא חתם על מניפסט ראסל-איינשטיין שפורסם ב-9 ביולי 1955. הוא תמך גם בהצהרת מיינאו מ-15 ביולי 1955, עליה חתמו 52 חתני פרס נובל.

במאי 1957, בעבודה עם פרופסור בארי קומונר מאוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, החל פאולינג להפיץ עצומה בקרב מדענים לעצירת ניסויים גרעיניים. ב-15 בינואר 1958 הגישו פאולינג ואשתו עצומה למזכ"ל האו"ם דאג המרשלד הקוראת להפסקת ניסויי נשק גרעיני. היא נחתמה על ידי 11,021 מדענים המייצגים חמישים מדינות.

בפברואר 1958 השתתף פאולינג בעימות טלוויזיוני פומבי עם הפיזיקאי האטומאי אדוארד טלר על ההסתברות הממשית לנשורת הגורמת למוטציות. מאוחר יותר ב-1958 פרסם פאולינג את "לא עוד מלחמה!", שבו לא רק קרא להפסקת ניסויי נשק גרעיני אלא גם לסיום המלחמה עצמה. הוא הציע להקים ארגון מחקר לשלום עולמי כחלק מהאומות המאוחדות כדי "לתקוף את בעיית שמירת השלום".

פאולינג תמך גם בעבודתה של הוועדה האזרחית למידע גרעיני (CNI) בסנט לואיס. קבוצה זו, בראשות בארי קומונר, אריק רייס, מ. ו. פרידלנדר וג'ון פאולר, ארגנה מחקר אורך למדידת סטרונציום-90 רדיואקטיבי בשיני חלב של ילדים ברחבי צפון אמריקה. "סקר שיני החלב", שפורסם על ידי לואיז רייס, הוכיח באופן חד משמעי ב-1961 שניסויים גרעיניים מעל פני הקרקע הציבו סיכונים בריאותיים משמעותיים לציבור בצורה של נשורת רדיואקטיבית שהתפשטה בעיקר באמצעות חלב מפרות שאכלו דשא מזוהם. הוועדה למידע גרעיני זוכה לעיתים קרובות לקרדיט על תרומתה המשמעותית לתמיכה באיסור הניסויים, וכך גם המחקר פורץ הדרך שערכה רייס ו"סקר שיני החלב".

לחץ ציבורי והתוצאות המפחידות של מחקר ה-CNI הובילו למורטוריום על ניסויי נשק גרעיני מעל פני הקרקע, ולאחריו האמנה למניעת ניסויים גרעיניים חלקית, שנחתמה ב-1963 על ידי ג'ון פ. קנדי וניקיטה חרושצ'וב. ביום שבו נכנסה האמנה לתוקף, 10 באוקטובר 1963, העניקה ועדת פרס נובל לפאולינג את פרס נובל לשלום לשנת 1962. (לא הוענק פרס קודם לכן עבור אותה שנה.) הם תיארו אותו כ"לינוס קארל פאולינג, שמאז 1946 פעל ללא הרף, לא רק נגד ניסויי נשק גרעיני, לא רק נגד התפשטות חימוש זה, לא רק נגד השימוש בו עצמו, אלא נגד כל לוחמה כאמצעי לפתרון סכסוכים בינלאומיים." פאולינג עצמו הודה במעורבותה העמוקה של אשתו אווה בעבודת השלום, והצטער על כך שלא הוענק לה פרס נובל לשלום יחד איתו.

### ביקורת פוליטית

רבים ממבקריו של פאולינג, כולל מדענים שהעריכו את התרומות שתרם בכימיה, לא הסכימו עם עמדותיו הפוליטיות וראו בו דובר נאיבי של הקומוניזם הסובייטי. בשנת 1960 הוא נקרא להופיע בפני תת-הוועדה לביטחון פנים של הסנאט, שכינתה אותו "השם המדעי מספר אחת כמעט בכל פעילות מרכזית של מתקפת השלום הקומוניסטית במדינה זו". כותרת במגזין "לייף" אפיינה את פרס נובל שלו מ-1962 כ"עלבון מוזר מנורווגיה".

פאולינג היה מטרה תדירה של המגזין "נשיונל רוויו". במאמר שכותרתו "המשתפי פעולה" בגיליון ה-17 ביולי 1962 של המגזין, פאולינג כונה לא רק כמשתף פעולה, אלא כ"נוסע עמית" של תומכי הקומוניזם בסגנון סובייטי. בשנת 1963 תבע פאולינג את המגזין, את המוציא לאור שלו ויליאם רושר, ואת העורך שלו ויליאם פ. באקלי ג'וניור על סך מיליון דולר. הוא הפסיד בשתי תביעות הדיבה שלו ובערעור ב-1968 (בניגוד למקרה הדיבה הקודם שלו ב-1963 נגד תאגיד הרסט), מכיוון שבינתיים פסק הדין התקדימי ניו יורק טיימס נגד סאליבן קבע את תקן הזדון הממשי לתביעות דיבה על ידי דמויות ציבוריות, המחייב שלא רק שקר אלא שכיבה מכוונת תוכח על ידי התובע במקרים כאלה.

פעילות השלום שלו, נסיעותיו התכופות והתרחבותו הנלהבת למחקר כימי-ביו-רפואי עוררו התנגדות ב-Caltech. בשנת 1958 דרש חבר הנאמנים של Caltech שפאולינג יתפטר מתפקידו כראש המחלקה לכימיה והנדסה כימית. למרות ששמר על קביעות כפרופסור מן המניין, פאולינג בחר להתפטר מ-Caltech לאחר שקיבל את כספי פרס נובל לשלום. הוא בילה את שלוש השנים הבאות במרכז לחקר מוסדות דמוקרטיים (1963–1967). בשנת 1967 עבר לאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, אך נשאר שם זמן קצר בלבד, ועזב ב-1969 בין היתר בגלל מתחים פוליטיים עם מועצת העוצרים של עידן רייגן. מ-1969 עד 1974 קיבל משרה כפרופסור לכימיה באוניברסיטת סטנפורד.

### אקטיביזם נגד מלחמת וייטנאם

במהלך שנות ה-60, מדיניותו של הנשיא לינדון ג'ונסון להגברת מעורבותה של אמריקה במלחמת וייטנאם גרמה לתנועה נגד המלחמה שהזוג פאולינג הצטרף אליה בהתלהבות. פאולינג גינה את המלחמה כמיותרת ובלתי חוקתית. הוא נשא נאומים, חתם על מכתבי מחאה והתכתב באופן אישי עם המנהיג הצפון וייטנאמי, הו צ'י מין, ומסר את התגובה הכתובה הארוכה לנשיא ג'ונסון. מאמציו התעלמו על ידי הממשלה האמריקאית.

פאולינג הוענק פרס לנין לשלום על ידי ברית המועצות בשנת 1970. הוא המשיך בפעילות השלום שלו בשנים שלאחר מכן. הוא ואשתו אווה עזרו להקים את הליגה הבינלאומית של הומניסטים בשנת 1974. הוא היה נשיא המועצה המייעצת המדעית של האיגוד העולמי להגנה על החיים וגם אחד החותמים על הצהרת דוברובניק-פילדלפיה של 1974/1976. לינוס קארל פאולינג היה נשיא כבוד וחבר באקדמיה הבינלאומית למדע, מינכן, עד סוף ימיו.

פאולינג היה גם תומך בוועדה למשחק הוגן עבור קובה.

### אקטיביזם גלובלי

הוא היה אחד החותמים על ההסכם לכינוס ועידה לניסוח חוקה עולמית. כתוצאה מכך, לראשונה בהיסטוריה האנושית, התכנסה אסיפה מכוננת עולמית כדי לנסח ולאמץ חוקה לפדרציה של כדור הארץ.

### אאוגניקה

פאולינג תמך בצורה מוגבלת של אאוגניקה על ידי הצעה שנשאים אנושיים של גנים פגומים יקבלו סימן גלוי חובה – כגון קעקוע על המצח – כדי להרתיע בני זוג פוטנציאליים עם אותו פגם, כדי להפחית את מספר התינוקות עם מחלות כגון אנמיה חרמשית.

### מחקר רפואי ותמיכה בוויטמין C

בשנת 1941, בגיל 40, אובחן פאולינג כסובל ממחלת ברייט, מחלת כליות. בעקבות המלצותיו של תומאס אדיס, שגייס באופן פעיל את אווה הלן פאולינג כ"תזונאית, טבחית, ובסופו של דבר כסגנית 'רופא'", האמין פאולינג שהוא מסוגל לשלוט במחלה עם הדיאטה דלת החלבון ונטולת המלח של אדיס שהייתה יוצאת דופן אז, ותוספי ויטמינים. כך החשיפה הראשונית – והאישית מאוד – של פאולינג לרעיון של טיפול במחלות עם תוספי ויטמינים הייתה חיובית.

בשנת 1965 קרא פאולינג את "טיפול בניאצין בפסיכיאטריה" מאת אברם הופר ותיאר שוויטמינים עשויים להיות בעלי השפעות ביוכימיות חשובות שאינן קשורות למניעת מחלות חסר נלוות. בשנת 1968 פרסם פאולינג מאמר קצר ב-Science שכותרתו "פסיכיאטריה אורתומולקולרית", שנתן שם לתנועת המגה-ויטמינים הפופולרית אך השנויה במחלוקת של שנות ה-70, ודגל בכך ש"טיפול אורתומולקולרי, מתן ריכוזים אופטימליים של מרכיבים נורמליים חשובים של המוח לאדם הפרטי, עשוי להיות הטיפול המועדף עבור חולי נפש רבים." פאולינג טבע את המונח "אורתומולקולרי" כדי להתייחס לפרקטיקה של שינוי ריכוז החומרים הקיימים בדרך כלל בגוף כדי למנוע ולטפל במחלות. רעיונותיו היוו את הבסיס לרפואה אורתומולקולרית, שאינה נהוגה בדרך כלל על ידי אנשי מקצוע רפואיים קונבנציונליים וזכתה לביקורת חריפה.

בשנת 1973, עם ארתור ב. רובינסון ועמית נוסף, הקים פאולינג את המכון לרפואה אורתומולקולרית במנלו פארק, קליפורניה, ששונה עד מהרה למכון לינוס פאולינג למדע ורפואה. פאולינג ניהל מחקר על ויטמין C, אך גם המשיך בעבודתו התאורטית בכימיה ופיזיקה עד מותו. בשנותיו האחרונות הוא התעניין במיוחד בתפקיד האפשרי של ויטמין C במניעת טרשת עורקים ופרסם שלושה דוחות מקרה על השימוש בליזין וויטמין C להקלה על תעוקת חזה. במהלך שנות ה-90 הציג פאולינג תוכנית מקיפה לטיפול במחלות לב באמצעות ליזין וויטמין C. בשנת 1996 הוקם אתר אינטרנט המפרט את הטיפול של פאולינג שאותו כינה "טיפול פאולינג". תומכי טיפול פאולינג מאמינים שניתן לטפל במחלות לב ואף לרפא אותן באמצעות ליזין וויטמין C בלבד וללא תרופות או ניתוחי לב.

עבודתו של פאולינג על ויטמין C בשנותיו המאוחרות עוררה מחלוקת רבה. הוא נחשף לראשונה למושג של ויטמין C במינון גבוה על ידי הביוכימאי אירווין סטון בשנת 1966. לאחר שהשתכנע בערכו, נטל פאולינג 3 גרם ויטמין C בכל יום כדי למנוע הצטננות. נרגש מהתוצאות שנתפסו בעיניו, הוא חקר את הספרות הקלינית ופרסם את "ויטמין C והצטננות" בשנת 1970. הוא החל שיתוף פעולה קליני ארוך עם מנתח הסרטן הבריטי יואן קמרון בשנת 1971 על השימוש בוויטמין C תוך-ורידי ופומי כטיפול בסרטן עבור חולים סופניים. קמרון ופאולינג כתבו מאמרים טכניים רבים וספר פופולרי, "סרטן וויטמין C", שדן בתצפיותיהם. פאולינג הפך את ויטמין C לפופולרי בקרב הציבור ובסופו של דבר פרסם שני מחקרים על קבוצה של 100 חולים שלכאורה היו סופניים שטענו כי ויטמין C הגדיל את ההישרדות עד פי ארבעה בהשוואה לחולים שלא טופלו.

הערכה מחדש של הטענות ב-1982 מצאה שקבוצות החולים לא היו באמת בנות השוואה, כאשר קבוצת ויטמין C הייתה פחות חולה בכניסה למחקר, ונשפטה כ"סופנית" הרבה יותר מוקדם מקבוצת ההשוואה. ניסויים קליניים מאוחרים יותר שנערכו על ידי מאיו קליניק בראשות האונקולוג ד"ר אדוארד ט. קריגן הגיעו גם הם למסקנה שוויטמין C במינון גבוה (10,000 מ"ג) לא היה טוב יותר מפלצבו בטיפול בסרטן וכי לא הייתה תועלת לוויטמין C במינון גבוה. כישלון הניסויים הקליניים להדגים תועלת כלשהי הביא למסקנה שוויטמין C לא היה יעיל בטיפול בסרטן; הממסד הרפואי הגיע למסקנה שהטענות שלו שוויטמין C יכול למנוע הצטננות או לטפל בסרטן היו שרלטנות. פאולינג גינה את מסקנות מחקרים אלו ואת הטיפול במחקר הסופי כ"הונאה ומצג שווא מכוון", וביקר את המחקרים על שימוש בוויטמין C פומי, ולא תוך-ורידי (שהייתה שיטת המינון ששימשה לעשרת הימים הראשונים של המחקר המקורי של פאולינג). פאולינג גם ביקר את מחקרי מאיו קליניק מכיוון שקבוצות הביקורת נטלו ויטמין C במהלך הניסוי, ומכיוון שמשך הטיפול בוויטמין C היה קצר; פאולינג דגל בהמשך ויטמין C במינון גבוה למשך שארית חייו של חולה הסרטן בעוד חולי מאיו קליניק בניסוי השני טופלו בוויטמין C במשך חציון של 2.5 חודשים.

בסופו של דבר הממצאים השליליים של מחקרי מאיו קליניק סיימו את העניין הכללי בוויטמין C כטיפול לסרטן. למרות זאת, פאולינג המשיך לקדם ויטמין C לטיפול בסרטן והצטננות, ועבד עם המכונים להישגים פוטנציאליים אנושיים כדי להשתמש בוויטמין C בטיפול בילדים עם פגיעות מוחיות. מאוחר יותר הוא שיתף פעולה עם הרופא הקנדי אברם הופר על משטר מיקרו-נוטריאנטים, כולל ויטמין C במינון גבוה, כטיפול משלים בסרטן. סקירה משנת 2009 ציינה גם הבדלים בין המחקרים, כגון העובדה שמאיו קליניק לא השתמשה בוויטמין C תוך-ורידי, והציעה מחקרים נוספים על תפקיד ויטמין C כאשר ניתן תוך-ורידי. תוצאות מרוב הניסויים הקליניים מצביעות על כך שתוספת ויטמין C מתונה לבדה או עם חומרים מזינים אחרים אינה מציעה תועלת במניעת סרטן.