Leloir, Luis Federico

(b. París, Francia, 6 de septiembre de 1906; d. Buenos Aires, Argentina, 2 de diciembre de 1987),

bioquímica, azúcares nucleótidos, síntesis de oligosacáridos y polisacáridos.

Leloir recibió el Premio Nobel de Química de 1970 por su descubrimiento de azúcares nucleótidos y el papel de esos compuestos en la interconversión de monosacáridos y como precursores en la síntesis de oligosacáridos y polisacáridos. Sus muchas contribuciones a la bioquímica también incluyen la primera descripción de la oxidación de ácidos grasos en un sistema libre de células, del angiotensinógeno y su conversión a angiotensina tras la incubación con renina, y el papel de los sacáridos unidos a lípidos como intermediarios en la glicosilación de proteínas.

Formación Médica y Bioquímica . Luis F. Leloir nació en París, Francia. Sus padres argentinos habían viajado a la capital francesa en busca de tratamiento médico para el padre, un abogado que nunca ejerció su oficio. Dos años más tarde su madre (su padre murió antes del nacimiento de Leloir) lo llevó a Buenos Aires. Estudió medicina en la Universidad de Buenos Aires, convirtiéndose en médico en 1932. De 1932 a 1934 fue internista en el Hospital Universitario mientras realizaba el trabajo experimental de su tesis doctoral bajo la supervisión de Bernardo A. Houssay. Houssay fue director del Instituto de Fisiología de la Universidad de Buenos Aires y había realizado estudios notables sobre el papel de la hipófisis en el metabolismo de los carbohidratos por lo que recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1947. La disertación de Leloir,» La glándula Suprarrenal y los carbohidratos», recibió el premio de la Escuela de Medicina de 1934 a la mejor tesis. En 1935, Leloir fue al Laboratorio Bioquímico de Sir Frederick Gowland Hopkins en la Universidad de Cambridge para una formación postdoctoral en bioquímica. En el Reino Unido, Leloir se familiarizó con las técnicas bioquímicas actuales.

Oxidación de ácidos grasos e Hipertensión . De vuelta en Buenos Aires, Leloir reanudó su trabajo en el Instituto de Fisiología y abordó dos proyectos (oxidación de ácidos grasos e hipertensión) en los años 1937 a 1942. Con Juan M. Muñoz estudió el metabolismo del etanol y los ácidos grasos. En una serie de artículos, informaron que una fracción de partículas obtenida de homogeneizados hepáticos, si se suplementaba con ácido dicarboxílico tetracarbónico, citocromo C y monofosfato de adenosina, era capaz de mantener la oxidación de ácidos grasos. Esta fue una contribución notable, ya que hasta entonces se había creído que el proceso requería integridad celular. La falta de una centrífuga refrigerada casi frustró la preparación exitosa de la fracción de partículas, pero la artesanía de Leloir, una de sus fortalezas, proporcionó una solución ingeniosa y de ahorro de dinero al obstáculo, ya que envolvió varias cámaras de aire de automóviles llenas de mezcla de congelación alrededor de una vieja centrífuga impulsada por poleas. Su ingenio práctico fue extremadamente útil en un país como Argentina, donde los fondos de investigación a menudo eran escasos.

El segundo problema abordado por Leloir en esos años fue el de la hipertensión renal maligna. Su estudio se llevó a cabo en colaboración con Muñoz, Eduardo Braun Menéndez y Juan C. Fasciolo. Se sabía entonces que la constricción de la arteria renal de los perros provocaba hipertensión permanente. Fasciolo luego mostró que un aumento en la presión arterial también resultó de injerto de un riñón constreñido en un perro normal, lo que indica que el efecto se debió a una sustancia que el riñón tratado secretaba a la sangre. Un hallazgo temprano del grupo fue que un extracto acuoso de acetona de un riñón constreñido era capaz de producir un aumento transitorio de la presión arterial. La sustancia soluble en acetona acuosa era diferente de la renina, una sustancia presora ya conocida que también se podía extraer de los riñones. Leloir y sus compañeros de trabajo descubrieron entonces que la incubación de renina (una proteasa) con plasma sanguíneo (que contenía lo que ahora se llama angiotensinógeno) producía la sustancia presora soluble en acetona acuosa (ahora llamada angiotensina). El conocimiento de bioquímica de Leloir fue fundamental en estos hallazgos.

Azúcares nucleótidos . Argentina experimentó un golpe de Estado militar en Argentina en 1943. Poco después, Houssay, junto con muchas otras personalidades importantes, envió una carta pública a las autoridades exigiendo el retorno a «la normalidad constitucional, la democracia efectiva y la solidaridad estadounidense».»»Solidaridad americana» fue un eufemismo para poner a Argentina del lado de los Aliados en la Segunda Guerra Mundial. El nuevo gobierno, que tenía cierta simpatía con el Eje, reaccionó despidiendo a todos los firmantes que eran empleados públicos. Houssay, como profesor universitario, cayó en esta categoría. Su despido fue seguido por la renuncia de la mayoría del personal científico del Instituto de Fisiología,

Leloir entre ellos, en solidaridad con Houssay. Leloir luego viajó a los Estados Unidos, donde primero trabajó con Ed Hunter en la formación de ácido cítrico en el laboratorio de Carl y Gerty Coris en la Universidad de Washington en St.Louis y luego con David Green (con quien ya había trabajado en Cambridge) en la Universidad de Columbia en la Ciudad de Nueva York en la separación de aminotransferasas. En 1943 Leloir se casó con Amelia Zuberbuhler. Los resultados de este feliz matrimonio fueron una hija y nueve nietos.

De regreso a Argentina, Leloir en 1945 se afilió al Instituto de Biología Experimental y Medicina, que había sido inaugurado recientemente en Buenos Aires para albergar a Houssay y a la mayoría de los antiguos miembros del Instituto de Fisiología. Leloir comenzó a reclutar colaboradores, el primero de los cuales fue Ranwel Caputto, un médico que, al igual que Leloir, había recibido formación postdoctoral en bioquímica con Malcolm Dixon en la Universidad de Cambridge. Raúl Trucco, microbiólogo, fue invitado a continuación, ya que la intención era estudiar la oxidación de ácidos grasos en bacterias. Carlos Cardini y Alejandro Paladini pronto se unieron al grupo. En ese momento, Jaime Campomar, un industrial textil, había decidido financiar una nueva institución dedicada a la investigación bioquímica y se acercó a Houssay para obtener asesoramiento sobre la elección de su director. Houssay rápidamente sugirió a Leloir para el trabajo, y este último sería el director del Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar; ahora llamado la Fundación Instituto Leloir) por el resto de su vida. El instituto fue inaugurado en noviembre de 1947 en una pequeña casa de un piso y bastante antigua que estaba adyacente al instituto dirigido por Houssay. La Figura 1 representa el grupo de investigación inicial en el patio central del instituto.

Debido a que los experimentos de oxidación de ácidos grasos produjeron resultados dudosos, el grupo decidió cambiar sus esfuerzos para estudiar la síntesis de lactosa (un disacárido compuesto de galactosa más glucosa, Gal y Glc, respectivamente). Caputto afirmó que durante su trabajo de tesis había sido capaz de sintetizar el disacárido en la incubación de glucógeno (ver más abajo) con un extracto de glándula mamaria. Como esos resultados no se podían repetir, Leloir sugirió estudiar en su lugar la degradación de la lactosa, ya que este proceso podría proporcionar información sobre la vía sintética

. Esta predicción resultó ser correcta. En retrospectiva, se puede especular que lo que Caputto había observado era probablemente la formación de maltosa (otro disacárido pero que contiene dos glucosas) por degradación amilolítica del polisacárido. La identificación de disacáridos se basaba en ese momento en métodos poco fiables, como la morfología de los cristales de derivados formados por reacción con fenilhidracina (osazonas).

Para la investigación planificada, el grupo decidió utilizar un extracto libre de células derivado de una levadura (Saccharomyces fragilis) adaptada para crecer sobre lactosa como fuente de carbono. Los científicos detectaron primero una lactasa que degradaba el disacárido a sus constituyentes monosacáridos y luego una galactocinasa que fosforilaba galactosa a galactosa 1-fosfato (Gal 1-P). La conversión del último compuesto a glucosa 6-P (Glc 6-P) requirió dos factores termoestables desconocidos: glucosa 1,6 difosfato (Glc 1,6 diP) para la conversión de glucosa 1-P (Glc 1-P) a Glc 6-P, y glucosa difosfato de uridina (UDP-Glc) para la conversión de Gal 1-P a Glc 1-P. Determinar la estructura de UDP-Glc fue un verdadero tour de force, dadas las cantidades mínimas de reactivos y equipos disponibles. Determinaron que el compuesto tenía un residuo de Glc por dos fosfatos y que se absorbía en la luz ultravioleta, pero el espectro de absorción era el de una sustancia desconocida (solo se conocían los espectros de compuestos que contenían adenosina). Un día, Caputto llegó al instituto en un estado de excitación, llevando el último número de la Revista de Química Biológica que mostraba en uno de los artículos el espectro de la uridina, que coincidía con el de la nueva sustancia. La Figura 2 es una caricatura dibujada por Leloir que muestra el estado de ánimo del grupo antes de resolver la estructura de UDP-Glc.

El llamado Leloir de la Vía puede ser representado como:

Gal + ATP → Gal 1-P + ADP

Gal 1-P + UDP-Glc → UDP-Gal + Glc 1-P

UDP-Gal ← UDP-Glc

Glc 1-P → Glc 6-P

donde UDP-Gal stands para la uridina difosfato de galactosa.

UDP-Glc fue el primer azúcar nucleótido descrito, y la vía muestra el primer papel de estos nuevos compuestos, el de estar involucrados en la interconversión de monosacáridos. En el caso descrito anteriormente, se demostró que la conversión de UDP-Gal a UDP-Glc requería NAD (dinucleótido de nicotinamida adenina) a medida que la inversión del grupo OH en C4 se produce por una reacción de oxidación-reducción. Además, la descripción de la vía proporcionó una explicación completa de la galactosemia, una enfermedad congénita humana que se caracteriza por la incapacidad de metabolizar la galactosa. La mayoría de los pacientes tienen deficiencia de la enzima involucrada en la segunda reacción descrita anteriormente, mientras que en una forma más leve de la enfermedad, la galactoquinasa es la enzima deficiente.

Como también informaron Leloir y colaboradores, la vía general para la síntesis de azúcar de nucleótidos puede representarse como:

NTP + monosacárido 1-P → NDP – monosacárido + PP

donde NTP significa trifosfatos de nucleósidos (ATP, UTP, GTP y CTP) y PP para pirofosfato. De los casi cien azúcares nucleótidos conocidos, varios de ellos (GDP-Man, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc y ADP-Glc) fueron descritos por primera vez por Leloir y sus compañeros de trabajo.

Se planteó la pregunta de si UDP-Glc tenía un papel adicional además de estar involucrado en la interconversión de monosaccha-ride porque UDP-Glc también se detectó en cepas de levadura que no podían usar galactosa para el crecimiento. El método utilizado entonces para la cuantificación UDP-Glc (aceleración de la transformación de Gal 1-P a Glc 1-P) proporcionó evidencia de un segundo papel de los azúcares nucleótidos, el de ser intermedios en reacciones de transferencia de monosacáridos. La desaparición de UDP-Glc incubada con un extracto de levadura se produjo a un ritmo mayor en presencia de Glc 6-P agregado. Este efecto fue rápidamente rastreado por Leloir y un nuevo colaborador, Enrico Cabib, a la formación de treahalosa 6-P. (La trehalosa es un disacárido compuesto de dos glucosas, diferentes de la maltosa.) La reacción se puede describir entonces como:

UDP-Glc + glucosa 6-P → trehalosa 6-P + UDP

De manera similar, poco después Leloir describió la síntesis de sacarosa 6-P (la sacarosa es un nombre sofisticado para nuestro azúcar diario, compuesto de dos monosacáridos, Glc y fructosa), utilizando extractos de germen de trigo:

UDP-Glc + fructosa 6-P → sacarosa 6-P + UDP.

Curiosamente, la síntesis de lactosa, que fue el primer objetivo del proyecto, no fue descrita por Leloir y sus compañeros de trabajo, sino en 1961 por Winifred M. Watkins y W. Z. Hasid, trabajando con extractos de glándulas mamarias («La Síntesis de Lactosa por Preparaciones Enzimáticas Particuladas de Glándulas Mamarias de Conejillos de Indias y Bovinas»). Procede de la siguiente manera:

UDP-Gal + Glc → lactosa + UDP

El glucógeno es un polisacárido de reserva constituido por muchas unidades de glucosa presentes en una variedad de organismos, desde bacterias hasta mamíferos. Las plantas tienen, además, otro polisacárido (almidón) estructuralmente estrechamente relacionado con el glucógeno. A finales de la década de 1930 y principios de la década de 1940, Carl y Gerty Cori, en una serie de artículos, describieron la incubación de Glc 1-P con un extracto de células de mamíferos que resultó en la síntesis de glucógeno de acuerdo con la siguiente reacción (reversible):

Glc 1-P + (Glc)n ← (Glc)n+1 + P

donde (Glc)n significa moléculas de Glc que contienen glucógeno. La enzima participante (glucógeno fosforilasa) se cristalizó. Durante muchos años se tomó como la vía de síntesis de glucógeno, aunque pronto aparecieron algunos informes contradictorios. Por ejemplo, la aplicación de adrenalina a los animales, que resultó en la activación de la fosforilasa, condujo a la degradación del glucógeno, no a la síntesis de glucógeno. Además, los niveles de P en tejidos vivos sugirieron que el equilibrio se desplazó de derecha a izquierda en la ecuación anterior. En 1957, Leloir y Cardini informaron en «Biosíntesis de Glucógeno a partir de Glucosa Difosfato de Uridina» que la incubación de UDP-Glc con un extracto de células de mamíferos resultó en la síntesis de glucógeno. La reacción sintética fue entonces:

UDP-Glc + (Glc)n → (Glc) n+1 + UDP.

Se encontró que la actividad de la enzima involucrada (glucógeno sintetasa) estaba altamente regulada para permitir la acumulación del polímero en tiempos de abundancia y su degradación en tiempos de necesidad.

Changing Times: 1958-1970 . Jaime Campomar murió en 1956, y como sus herederos decidieron dejar de financiar el instituto, Leloir casi decidió cerrarlo para siempre. Afortunadamente, sin embargo, una serie de acontecimientos ayudaron a disuadir a Leloir de tomar una decisión tan drástica. En primer lugar, Leloir solicitó y recibió una generosa subvención de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos. En segundo lugar, el gobierno del General Juan Perón, que no era amistoso con la educación superior y la investigación, fue depuesto en 1955. El nuevo gobierno restableció la autonomía de las universidades públicas y creó el Consejo Nacional de Investigaciones, una institución que proporcionaba fondos para la investigación y puestos de tiempo completo. Houssay se convirtió en su primer presidente y ocupó ese cargo hasta su muerte en 1971. El edificio que albergaba el instituto de Leloir estaba casi completamente en ruinas. (Había construido con sus propias manos una serie de canales interiores para evitar que las fugas de agua de lluvia dañaran los diarios y libros de la biblioteca. El gobierno postperonista, sin embargo, ofreció a Leloir un edificio mucho más grande (una antigua escuela de monjas), y tanto él como Houssay trasladaron sus institutos a él. Además, en 1958 se inició una fructífera asociación entre el Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar de Leloir y la Facultad de Ciencias de la Universidad de Buenos Aires. Leloir fue designado profesor de investigación de la Facultad de Ciencias de la universidad.

Leloir dedicó los primeros años en el nuevo edificio al estudio de la regulación de la glucógeno sintetasa por metabolitos (principalmente por Glc 6-P) y por interconversión entre formas activas e inactivas desencadenadas por fosforilación y desfosforilación. También determinó que el precursor en la síntesis de almidón no era UDP-Glc, sino un nuevo azúcar nucleótido, la glucosa difosfato de adenosina (ADP-Glc). Como UDP-Glc mostró una pobre incorporación de glucosa en el polisacárido en ensayos libres de células, probó varios azúcares de nucleótidos sintéticos y encontró que ADP-Glc era, con mucho, el mejor precursor. Luego aisló el compuesto de fuentes naturales (maíz dulce). Otro problema que llamó la atención de Leloir fue la síntesis de glucógeno de alto peso molecular (partículas). Encontró que el polisacárido sintetizado en el tubo de ensayo, ya sea por glucógeno fosforilasa de Glc 1-P o por glucógeno sintetasa de UDP-Glc, se descompuso de manera diferencial mediante una serie de tratamientos físicos y químicos. El hecho de que el polisacárido formado por la sintetasa de UDP-Glc en el tubo de ensayo mostrara características de descomposición idénticas a las de las moléculas nativas fue una demostración definitiva de que UDP-Glc era el verdadero precursor de glucógeno in vivo.

El Premio Nobel y Después . El 20 de octubre de 1970, la Academia Sueca de Ciencias anunció la concesión del Premio Nobel de Química a Luis F. Leloir por su descubrimiento de los nucleótidos de azúcar y su papel en la biosíntesis de los carbohidratos. Para entonces ya había comenzado lo que iba a ser su última gran contribución a la bioquímica.

Phillips Robbins en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y Jack Strominger en la Universidad de Harvard, a mediados de la década de 1960, determinaron que los mono y oligosacáridos unidos a lípidos se comportaban como intermediarios biosintéticos entre azúcares nucleótidos y varios componentes polisacáridos de la pared celular bacteriana. La fracción lipídica se identificó como fosfato de poliprenol (undecaprenol). Leloir luego describió cómo la incubación de membranas hepáticas de rata con UDP-Glc resultó en la formación de dolicol-P-Glc, siendo el dolicol un poliprenol que contiene 20-21 unidades de isopreno en células de mamíferos. La incubación posterior de dolicol-P-Glc llevó a la transferencia del monosacárido a un compuesto identificado tentativamente como dolicol-P-P-oligosacárido (más tarde se demostró que era GlcNAc2 Man9 Glc3). La incubación posterior de este último derivado lipídico con las membranas resultó en la transferencia de todo el oligosacárido a las proteínas. Leloir estableció así la base de la vía que conduce a la síntesis de glicoproteínas en células eucariotas y también proporcionó la primera evidencia que indica que el oligosacárido unido a proteínas se procesó (es decir, que los monosacáridos se eliminaron y se agregaron a él).

En 1978, el alcalde de la ciudad de Buenos Aires donó un terreno y formó y presidió un comité para reunir fondos para la construcción de un nuevo edificio. Al final, se recibieron cantidades iguales de fondos públicos y privados. El traslado a los nuevos locales tuvo lugar en diciembre de 1983. Leloir iba a seguir investigando allí durante cuatro años.

Leloir el Hombre . Leloir pertenecía a una familia argentina de edad y riqueza, circunstancia que le permitió dedicar plenamente su tiempo a la investigación básica cuando la financiación para tales actividades era casi inexistente en el país. Cubrió personalmente los fondos para la mayoría de las suscripciones de revistas científicas recibidas en la biblioteca del Instituto y donó totalmente su salario como profesor de investigación de la Universidad de Buenos Aires al Instituto. Leloir tenía una personalidad de perfil bajo; evitó la exposición pública y mostró un sentido del humor extremadamente sutil y exquisito. Leloir era un trabajador que, hasta pocos años antes de fallecer, había seguido trabajando en el banco. La investigación era para él el mejor pasatiempo. (Nunca tuvo una oficina privada, sino que recibió visitas y hizo el papeleo del instituto en el laboratorio. Era extremadamente cortés y trataba a todos, independientemente de su posición social, de la misma manera modesta. Tenía una personalidad tranquila y mostraba cierto grado de incomodidad solo cuando alguien se comportaba groseramente o mostraba malos modales. La personalidad de Leloir contribuyó en gran medida al placer sustancial de trabajar en su grupo o en su instituto.

BIBLIOGRAFÍA

OBRAS DE LELOIR

Con Carlos E. Cardini. «La biosíntesis de Glucógeno a partir de la Uridina Difosfato Glucosa.»Journal of the American Chemical Society 79 (1957): 6340-6341.

» Dos Décadas de Investigación sobre la Biosíntesis de Sacáridos.»Science 172( 25 de junio de 1971): 1299-1303. El texto de la conferencia Nobel de Leloir.

«Biosíntesis de Polisacáridos Vistos desde Buenos Aires.»In Biochemistry of the Glycosidic Linkage, editado por Romano Piras y Horacio G. Pontis. New York: Academic Press, 1972.

» Lejos y hace mucho tiempo.»Annual Review of Biochemistry 52 (1983): 1-15.

OTRAS FUENTES

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Cori, Gerty T.; Carl F. Cori; y Gerhard Schmidt. «El Papel de la Glucosa-1-Fosfato en la Formación de Azúcar en la Sangre y la Síntesis de Glucógeno en el Hígado.»The Journal of Biological Chemistry 129( 1939): 629-639.

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Parodi, Armando J. » Leloir, su Vida y su Ciencia.»Ciencia Hoy 16 (Agosto-septiembre de 2006): 23-30.

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Armando J. Parodi