Las aportaciones más relevantes de Linus Pauling fueron su teoría del enlace químico y su programa de análisis estructural de las macromoléculas biológicas.
En su célebre obra The nature of the chemical bond (1939) explicó en profundidad los enlaces químicos entre átomos y, por tanto, la estructura de las moléculas y sistemas cristalinos, y las propiedades resultantes de las sustancias, sobre la base firme y cuantitativa de la mecánica cuántica recién formulada, impulsando de forma decisiva la química cuántica.
En cuanto a sus hallazgos en el nacimiento de la biología molecular, aplicando las técnicas de la difracción de rayos X, determinó la estructura molecular de diferentes proteínas y estableció el modelo básico de grandes cadenas polipéptidas enrrolladas una en otra a modo de hélice, noción que abrió paso claramente a la hélice de DNA, de la que estuvo muy próximo.
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