Leloir, Luigi Federico

(b. Parigi, Francia, 6 settembre 1906; d. Buenos Aires, Argentina, 2 dicembre 1987),

biochimica, zuccheri nucleotidici, sintesi di oligoand polisaccaridi.

Leloir ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica nel 1970 per la sua scoperta degli zuccheri nucleotidici e il ruolo di questi composti nell’interconversione dei monosaccaridi e come precursori nella sintesi di oligo – e polisaccaridi. I suoi numerosi contributi alla biochimica includono anche la prima descrizione dell’ossidazione degli acidi grassi in un sistema privo di cellule, dell’angiotensinogeno e della sua conversione in angiotensina dopo incubazione con rennina, e il ruolo dei saccaridi legati ai lipidi come intermedi nella glicosilazione proteica.

Formazione medica e biochimica . Luis F. Leloir è nato a Parigi, in Francia. I suoi genitori argentini si erano recati nella capitale francese in cerca di cure mediche per il padre, un avvocato che non ha mai praticato il suo mestiere. Due anni dopo sua madre (suo padre morì prima della nascita di Leloir) lo portò a Buenos Aires. Ha studiato medicina all’Università di Buenos Aires, diventando medico nel 1932. Dal 1932 al 1934 fu internista presso l’Ospedale Universitario mentre svolgeva il lavoro sperimentale per la sua tesi di dottorato sotto la supervisione di Bernardo A. Houssay. Houssay era direttore dell’Istituto di Fisiologia dell’Università di Buenos Aires e aveva svolto notevoli studi sul ruolo dell’ipofisi sul metabolismo dei carboidrati per i quali ricevette il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1947. La tesi di Leloir,” La ghiandola surrenale e i carboidrati”, ha ricevuto il premio della Scuola di Medicina del 1934 per la migliore tesi. Nel 1935 Leloir è andato a Sir Frederick Gowland Hopkins biochimica Laboratorio presso l’Università di Cambridge per la formazione post-dottorato in biochimica. Nel Regno Unito, Leloir ha acquisito familiarità con le attuali tecniche biochimiche.

Ossidazione degli acidi grassi e ipertensione . Tornato a Buenos Aires, Leloir riprese il suo lavoro presso l’Istituto di Fisiologia e affrontò due progetti (ossidazione degli acidi grassi e ipertensione) negli anni dal 1937 al 1942. Con Juan M. Muñoz ha studiato il metabolismo dell’etanolo e degli acidi grassi. In una serie di documenti, hanno riferito che una frazione di particolato ottenuta da omogenati epatici, se integrata con un acido dicarbossilico tetracarbonico, citocromo C e adenosina monofosfato, era in grado di sostenere l’ossidazione degli acidi grassi. Questo fu un contributo notevole, poiché fino ad allora si era creduto che il processo richiedesse l’integrità cellulare. La mancanza di una centrifuga refrigerata ha quasi frustrato il successo della preparazione della frazione di particolato, ma l’artigianalità di Leloir, uno dei suoi punti di forza, ha fornito una soluzione ingegnosa e economica all’ostacolo mentre avvolgeva diverse camere d’aria dell’auto riempite di miscela congelante attorno a una vecchia centrifuga azionata a puleggia. Il suo ingegno pratico era estremamente utile in un paese come l’Argentina, dove i fondi per la ricerca erano spesso scarsi.

Il secondo problema affrontato da Leloir in quegli anni era quello dell’ipertensione renale maligna. Il suo studio è stato portato avanti in collaborazione con Muñoz, Eduardo Braun Menendez, e Juan C. Fasciolo. Era allora noto che la costrizione dell’arteria renale dei cani provocava ipertensione permanente. Fasciolo ha poi mostrato che un aumento della pressione sanguigna è risultato anche dall’innesto di un rene ristretto in un cane normale, indicando così che l’effetto era dovuto a una sostanza che il rene trattato secerneva nel sangue. Uno dei primi risultati del gruppo era che un estratto acquoso di acetone di un rene ristretto era in grado di produrre un aumento transitorio della pressione sanguigna. La sostanza acquosa acetonosolubile era diversa dalla renina, una sostanza pressoria già nota che poteva anche essere estratta dai reni. Leloir e colleghi hanno scoperto allora che l’incubazione della renina (una proteasi) con plasma sanguigno (che conteneva quello che ora è chiamato angiotensinogeno) ha prodotto la sostanza pressoria solubile in acetone acquoso (ora chiamato angiotensina). La conoscenza di Leloir della biochimica è stata fondamentale in questi risultati.

Zuccheri nucleotidici . L’Argentina subì un colpo di stato militare in Argentina nel 1943. Subito dopo, Houssay, insieme a molte altre personalità importanti, ha inviato una lettera pubblica alle autorità chiedendo un ritorno alla ” normalità costituzionale, democrazia efficace, e la solidarietà americana.””American solidarity” era un eufemismo per schierare l’Argentina con gli alleati nella seconda guerra mondiale.Il nuovo governo, che aveva una certa simpatia per l’Asse, reagì licenziando tutti i firmatari che erano dipendenti pubblici. Houssay, come professore universitario, è caduto in questa categoria. Il suo licenziamento è stato seguito dalle dimissioni della maggior parte del personale scientifico dell’Istituto di Fisiologia,

Leloir tra di loro, in solidarietà con Houssay. Leloir ha poi viaggiato negli Stati Uniti, dove ha lavorato prima con Ed Hunter sulla formazione dell’acido citrico presso il laboratorio di Carl e Gerty Coris alla Washington University di St. Louis e poi con David Green (con il quale aveva già lavorato a Cambridge) alla Columbia University di New York City sulla separazione delle aminotransferasi. Nel 1943 Leloir sposò Amelia Zuberbuhler. I risultati di questo felice matrimonio furono una figlia e nove nipoti.

Tornato in Argentina, Leloir nel 1945 si affiliò all’Istituto di Biologia e Medicina Sperimentale, che era stato recentemente inaugurato a Buenos Aires per ospitare Houssay e la maggior parte degli ex membri dell’Istituto di Fisiologia. Leloir iniziò quindi a reclutare collaboratori, il primo dei quali fu Ranwel Caputto, un medico che, come Leloir, aveva ricevuto una formazione post-dottorato in biochimica con Malcolm Dixon all’Università di Cambridge. Raúl Trucco, un microbiologo, è stato invitato in seguito, poiché l’intenzione era di studiare l’ossidazione degli acidi grassi nei batteri. Carlos Cardini e Alejandro Paladini si unirono presto al gruppo. A quel tempo Jaime Campomar, un industriale tessile, aveva deciso di finanziare una nuova istituzione dedicata alla ricerca biochimica e si avvicinò Houssay per un consiglio sulla scelta del suo direttore. Houssay suggerì rapidamente Leloir per il lavoro, e quest’ultimo doveva essere il direttore dell’Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar (Istituto per la ricerca biochimica Campomar Foundation; ora chiamato Fundación Instituto Leloir) per il resto della sua vita. L’istituto è stato inaugurato nel novembre 1947 in un piccolo, un piano, e piuttosto vecchia casa che era adiacente all’istituto diretto da Houssay. La figura 1 raffigura il gruppo di ricerca iniziale nel patio centrale dell’istituto.

Poiché gli esperimenti sull’ossidazione degli acidi grassi hanno prodotto risultati dubbi, il gruppo ha deciso di passare i suoi sforzi allo studio della sintesi del lattosio (un disaccaride composto da galattosio più glucosio, Gal e Glc, rispettivamente). Caputto ha affermato che durante il suo lavoro di tesi era stato in grado di sintetizzare il disaccaride sull’incubazione del glicogeno (vedi sotto) con un estratto di ghiandola mammaria. Poiché questi risultati non potevano essere ripetuti, Leloir ha suggerito di studiare invece la degradazione del lattosio, poiché questo processo potrebbe

fornire informazioni sulla via sintetica. Questa previsione si è rivelata corretta. Col senno di poi, si può ipotizzare che ciò che Caputto aveva osservato fosse probabilmente la formazione di maltosio (un altro disaccaride ma contenente due glucosi) per degradazione amilolitica del polisaccaride. L’identificazione dei disaccaridi era a quel tempo basata su metodi inaffidabili, come la morfologia dei cristalli di derivati formati dopo reazione con fenilidrazina (osazoni).

Per la ricerca pianificata, il gruppo ha deciso di utilizzare un estratto senza cellule derivato da un lievito (Saccharomyces fragilis) adattato a crescere sul lattosio come fonte di carbonio. Gli scienziati hanno prima rilevato una lattasi che degradava il disaccaride ai suoi costituenti monosaccaridi e quindi una galattochinasi che fosforilava il galattosio in galattosio 1-fosfato (Gal 1-P). La conversione dell’ultimo composto di glucosio-6-P (Glc 6-P) ha richiesto due sconosciuti termostabile fattori: glucosio 1,6 difosfato (Glc 1,6 diP) per la conversione di glucosio 1-P (Glc 1-P) Glc 6-P e uridina difosfato di glucosio (UDP-Glc) per la conversione dei Gal 1-P per Glc 1-P. Determinazione della struttura di UDP-Glc è stato un vero e proprio tour de force, data la minima quantità di reagenti e attrezzature disponibili. Hanno determinato che il composto aveva un residuo Glc per due fosfati e che assorbiva nella luce ultravioletta, ma lo spettro di assorbimento era quello di una sostanza sconosciuta (solo gli spettri di composti contenenti adenosina erano noti a quel tempo). Un giorno Caputto arrivò all’istituto in uno stato eccitato, portando l’ultimo numero del Journal of Biological Chemistry raffigurante in uno degli articoli lo spettro dell’uridina, che coincideva con quello della nuova sostanza. Figura 2 è un cartone animato disegnato da Leloir che mostra l’umore del gruppo prima di risolvere la struttura di UDP-Glc.

Il cosiddetto Leloir il Percorso può essere rappresentato come:

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

dove UDP-Gal sta per uridina difosfato galattosio.

UDP-Glc è stato il primo zucchero nucleotidico ad essere descritto e il percorso mostra il primo ruolo di questi nuovi composti, quello di essere coinvolti nell’interconversione dei monosaccaridi. Nel caso descritto sopra, la conversione di UDP-Gal in UDP-Glc ha dimostrato di richiedere NAD (nicotinamide adenina dinucleotide) come inversione del gruppo OH in C4 procede da una reazione di ossidoriduzione. Inoltre, la descrizione del percorso ha fornito una spiegazione completa della galattosemia, una malattia congenita umana caratterizzata dall’incapacità di metabolizzare il galattosio. La maggior parte dei pazienti è carente dell’enzima coinvolto nella seconda reazione descritta sopra, mentre in una forma più lieve della malattia, la galattochinasi è l’enzima carente.

Come riportato anche da Leloir e collaboratori, la via generale per la sintesi dello zucchero nucleotidico può essere rappresentata come:

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

dove NTP sta per nucleosidi trifosfati (ATP, UTP, GTP e CTP) e PP per pirofosfato. Dei quasi cento zuccheri nucleotidici ora conosciuti, molti di loro (GDP-Man, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc e ADP-Glc) sono stati descritti per la prima volta da Leloir e colleghi.

La questione se UDP-Glc avesse un ruolo aggiuntivo oltre a quello di essere coinvolto nell’interconversione monosaccha-ride è stata sollevata perché UDP-Glc è stato rilevato anche in ceppi di lievito incapaci di utilizzare il galattosio per la crescita. Il metodo quindi utilizzato per la quantificazione UDP-Glc (accelerazione della trasformazione Gal 1-P in Glc 1-P) ha fornito prove per un secondo ruolo degli zuccheri nucleotidici, quello di essere intermedi nelle reazioni di trasferimento dei monosaccaridi. La scomparsa di UDP-Glc incubata con un estratto di lievito procedeva ad un tasso più elevato in presenza di Glc aggiunto 6-P. Questo effetto è stato rapidamente rintracciato da Leloir e da un nuovo collaboratore, Enrico Cabib, alla formazione di treahalose 6-P. (il trealosio è un disaccaride composto da due glucosi, diversi dal maltosio.), La reazione può essere descritto, poi, come:

UDP-Glc + glucosio-6-P → trealosio 6-P + UDP

allo stesso modo, subito dopo Leloir descritto la sintesi di saccarosio 6-P (saccarosio è un sofisticato nome per il nostro quotidiano di zucchero, composta da due monosaccaridi, Glc e fruttosio), l’utilizzo di germe di grano, estratti di:

UDP-Glc + fruttosio 6-P → saccarosio 6-P + UDP.

Curiosamente, la sintesi del lattosio, che era il primo obiettivo del progetto, è stata descritta non da Leloir e dai suoi colleghi, ma nel 1961 da Winifred M. Watkins e W. Z. Hassid, lavorando con estratti di ghiandole mammarie (“La sintesi del lattosio mediante preparati enzimatici particolati da cavia e ghiandole mammarie bovine”). Procede come segue:

UDP-Gal + Glc → lattosio + UDP

Il glicogeno è un polisaccaride di riserva costituito da molte unità di glucosio presenti in una varietà di organismi, dai batteri ai mammiferi. Le piante hanno, inoltre, un altro polisaccaride (amido) strutturalmente strettamente correlato al glicogeno. Alla fine del 1930 e primi anni 1940, Carl e Gerty Cori, in una serie di articoli, ha descritto l’incubazione di Glc 1-P, con un estratto di cellule di mammifero con conseguente sintesi di glicogeno secondo il seguente (reversibile) di reazione:

Glc 1-P + (Glc)n ← (Glc)n+1 + P

dove (Glc)n sta per il glicogeno contenente n Glc molecole. L’enzima partecipante (glicogeno fosforilasi) è stato cristallizzato. Per molti anni questo è stato preso come la via della sintesi del glicogeno, anche se alcuni rapporti contrastanti sono apparsi presto. Ad esempio, l’applicazione dell’adrenalina agli animali, che ha portato all’attivazione della fosforilasi, ha portato alla degradazione del glicogeno, non alla sintesi del glicogeno. Inoltre, i livelli di P nei tessuti vivi hanno suggerito che l’equilibrio è stato spostato da destra a sinistra nell’equazione di cui sopra. Nel 1957 Leloir e Cardini riportarono in “Biosintesi del glicogeno da uridina difosfato Glucosio” che l’incubazione di UDP-Glc con un estratto di cellule di mammifero ha portato alla sintesi del glicogeno. La reazione sintetica era quindi:

UDP-Glc + (Glc)n → (Glc)n+1 + UDP.

L’attività dell’enzima coinvolto (glicogeno sintetasi) è risultata altamente regolata per consentire l’accumulo del polimero nei momenti di abbondanza e la sua degradazione nei momenti di bisogno.

Tempi mutevoli: 1958-1970 . Jaime Campomar morì nel 1956, e quando i suoi eredi decisero di interrompere il finanziamento dell’istituto, Leloir decise quasi di chiuderlo per sempre. Fortunatamente, tuttavia, una serie di eventi ha contribuito a dissuadere Leloir dal prendere una decisione così drastica. In primo luogo, Leloir ha fatto domanda e ha ricevuto una generosa sovvenzione dal National Institutes of Health negli Stati Uniti. In secondo luogo, il governo del generale Juan Peron, che non era amichevole per l’istruzione superiore e la ricerca, fu deposto nel 1955. Il nuovo governo ripristinò l’autonomia delle università pubbliche e creò il Consiglio Nazionale delle Ricerche, un’istituzione che forniva fondi per la ricerca e posizioni a tempo pieno. Houssay divenne il suo primo presidente e mantenne tale carica fino alla sua morte nel 1971. L’edificio che ospitava l’istituto di Leloir era quasi completamente fatiscente. (Aveva costruito con le proprie mani una serie di canali interni per evitare che l’acqua piovana perdesse danneggiando riviste e libri nella biblioteca. Il governo post-peronista, tuttavia, offrì a Leloir un edificio molto più grande (una ex scuola di suore), e sia lui che Houssay vi trasferirono i loro istituti. Inoltre, nel 1958 è stata avviata una proficua associazione tra l’Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar di Leloir e la Scuola di Scienze dell’Università di Buenos Aires. Leloir è stato designato professore di ricerca della Scuola di Scienze dell’università.

Leloir ha dedicato i primi anni nel nuovo edificio allo studio della regolazione della glicogeno sintetasi da parte dei metaboliti (principalmente da Glc 6-P) e dell’interconversione tra forme attive e inattive innescate dalla fosforilazione e dalla defosforilazione. Ha anche determinato che il precursore nella sintesi dell’amido non era UDP-Glc ma un nuovo zucchero nucleotidico, l’adenosina difosfato glucosio (ADP-Glc). Poiché UDP-Glc ha mostrato una scarsa incorporazione di glucosio nel polisaccaride in saggi senza cellule, ha provato diversi zuccheri nucleotidici sintetici e ha scoperto che ADP-Glc era di gran lunga il miglior precursore. Ha quindi isolato il composto da fonti naturali (mais dolce). Un altro problema che attirò l’attenzione di Leloir fu la sintesi del glicogeno ad alto peso molecolare (particolato). Ha scoperto che il polisaccaride sintetizzato nella provetta sia da glicogeno fosforilasi da Glc 1-P o da glicogeno sintetasi da UDP-Glc è stato differenzialmente decomposto da una serie di trattamenti fisici e chimici. Il fatto che il polisaccaride formato dalla sintetasi di UDP-Glc nella provetta mostrasse caratteristiche di decomposizione identiche a quelle delle molecole native era una dimostrazione definitiva che UDP-Glc era il vero precursore del glicogeno in vivo.

Il Premio Nobel e dopo . Il 20 ottobre 1970 l’Accademia svedese delle Scienze annunciò l’assegnazione del Premio Nobel per la Chimica a Luis F. Leloir per la sua scoperta dei nucleotidi dello zucchero e il loro ruolo nella biosintesi dei carboidrati. A quel punto aveva già iniziato quello che sarebbe stato il suo ultimo grande contributo alla biochimica.

Phillips Robbins al Massachusetts Institute of Technology e Jack Strominger all’Università di Harvard avevano, a metà degli anni 1960, determinato che i mono-e oligosaccaridi legati ai lipidi si comportavano come intermedi biosintetici tra zuccheri nucleotidici e diversi componenti polisaccaridici della parete cellulare batterica. La frazione lipidica è stata identificata come un fosfato di poliprenolo (undecaprenolo). Leloir ha poi descritto come l’incubazione delle membrane epatiche di ratto con UDP-Glc ha portato alla formazione di dolichol-P-Glc, dolichol essendo un poliprenolo contenente 20-21 unità di isoprene nelle cellule di mammifero. Ulteriore incubazione di dolichol-P-Glc ha portato al trasferimento del monosaccaride ad un composto provvisoriamente identificato come dolichol-P-P-oligosaccaride (successivamente dimostrato di essere GlcNAc2 Man9 Glc3). L’ulteriore incubazione di quest’ultimo derivato lipidico con le membrane ha portato al trasferimento dell’intero oligosaccaride alle proteine. Leloir ha così stabilito la base del percorso che porta alla sintesi delle glicoproteine nelle cellule eucariotiche e ha anche fornito la prima prova che indica che l’oligosaccaride legato alla proteina è stato elaborato (cioè, che i monosaccaridi sono stati entrambi rimossi da esso e aggiunti ad esso).

Nel 1978 il sindaco della città di Buenos Aires donò un terreno e formò e presiedette un comitato per raccogliere fondi per la costruzione di un nuovo edificio. Alla fine, sono stati ricevuti importi uguali di fondi pubblici e privati. Il trasferimento nella nuova sede è avvenuto nel dicembre 1983. Leloir doveva continuare a fare ricerche lì per quattro anni.

Leloir l’Uomo . Leloir apparteneva a una vecchia e ricca famiglia argentina, una circostanza che gli ha permesso di dedicare completamente il suo tempo alla ricerca di base quando i finanziamenti per tali sforzi erano quasi inesistenti nel paese. Ha coperto personalmente i fondi per la maggior parte delle sottoscrizioni di riviste scientifiche ricevute presso la biblioteca dell’Istituto e interamente donato il suo stipendio come professore di ricerca dell’Università di Buenos Aires per l’Istituto. Leloir aveva una personalità di basso profilo; evitò l’esposizione pubblica e mostrò un senso dell’umorismo estremamente sottile e squisito. Leloir era un gran lavoratore che, fino a pochi anni prima di morire, aveva continuato a lavorare in panchina. La ricerca era per lui il migliore degli hobby. (Non ha mai avuto un ufficio privato, invece ricevere visitatori e fare scartoffie istituto presso il laboratorio.) Era estremamente cortese e trattava tutti, indipendentemente dalla loro posizione sociale, nello stesso modo senza pretese. Aveva una personalità calma e mostrava un certo disagio solo quando qualcuno si comportava in modo scortese o mostrava cattive maniere. La personalità di Leloir contribuì notevolmente al notevole piacere di lavorare nel suo gruppo o nel suo istituto.

BIBLIOGRAFIA

OPERE DI LELOIR

Con Carlos E. Cardini. “Biosintesi del glicogeno da uridina difosfato Glucosio.”Journal of the American Chemical Society 79 (1957): 6340-6341.

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“Lontano e molto tempo fa.”Annual Review of Biochemistry 52 (1983): 1-15.

ALTRE FONTI

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Parodi, Armando J. ” Leloir, su Vida y su Ciencia.”Ciencia Hoy 16 (agosto-settembre 2006): 23-30.

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Armando J. Parodi