Leloir Luis Federico

(Buenos Aires, Argentyna, 2 grudnia 1987),

biochemia, cukry nukleotydowe, synteza oligo i polisacharydów.

Leloir otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1970 roku za odkrycie cukrów nukleotydowych i roli tych związków w interkonwersji monosacharydów i jako prekursorów w syntezie oligo – i polisacharydów. Jego liczne wkłady w biochemię obejmują również pierwszy opis utleniania kwasów tłuszczowych w układzie wolnym od komórek, angiotensynogenu i jego konwersji do angiotensyny po inkubacji z renninem oraz roli sacharydów związanych z lipidami jako półproduktów w glikozylacji białek.

szkolenia medyczne i biochemiczne . Luis F. Leloir urodził się w Paryżu we Francji. Jego Argentyńscy rodzice wyjechali do stolicy Francji w poszukiwaniu opieki medycznej dla ojca, prawnika, który nigdy nie praktykował zawodu. Dwa lata później jego matka (ojciec zmarł przed narodzinami Leloira) zabrała go do Buenos Aires. Studiował medycynę na Uniwersytecie w Buenos Aires, zostając doktorem medycyny w 1932. W latach 1932-1934 był internistą w Szpitalu Uniwersyteckim, prowadząc jednocześnie prace eksperymentalne do pracy doktorskiej pod kierunkiem Bernardo A. Houssaya. Houssay był dyrektorem Instytutu Fizjologii Uniwersytetu w Buenos Aires i przeprowadził niezwykłe badania nad rolą przysadki w metabolizmie węglowodanów, za co otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1947 roku. Dysertacja leloira” nadnercza i węglowodany ” otrzymała w 1934 nagrodę School Of Medicine award za najlepszą pracę dyplomową. W 1935 roku Leloir udał się do laboratorium biochemicznego Sir Fredericka Gowlanda Hopkinsa na Uniwersytecie w Cambridge na szkolenie podoktorskie w zakresie biochemii. W Wielkiej Brytanii Leloir zapoznał się z aktualnymi technikami biochemicznymi.

utlenianie kwasów tłuszczowych i nadciśnienie . Po powrocie do Buenos Aires Leloir wznowił pracę w Instytucie Fizjologii i zajął się dwoma projektami (utlenianie kwasów tłuszczowych i nadciśnienie) w latach 1937-1942. Wraz z Juanem M. Muñozem badał metabolizm etanolu i kwasów tłuszczowych. W serii artykułów opisano, że frakcja cząsteczkowa otrzymana z homogenatów wątrobowych, uzupełniona kwasem tetrakarboksylowym, cytochromem C i monofosforanem adenozyny, była w stanie utrzymać utlenianie kwasów tłuszczowych. Był to niezwykły wkład, ponieważ do tego czasu wierzono, że proces wymaga integralności komórek. Brak chłodzonej wirówki prawie udanie udane przygotowanie frakcji cząstek stałych, ale kunszt Leloira, jedna z jego mocnych stron, dostarczył pomysłowego i oszczędnego rozwiązania przeszkody, gdy owinął kilka dętek samochodu wypełnionych mrożącą mieszaniną wokół starej wirówki napędzanej kołem pasowym. Jego praktyczna pomysłowość była niezwykle przydatna w kraju takim jak Argentyna, gdzie często brakowało funduszy na badania.

drugim problemem leloira w tamtych latach było złośliwe nadciśnienie nerkowe. Jego badania były prowadzone we współpracy z Muñozem, Eduardo Braun Menendezem i Juanem C. Fasciolo. Wiadomo było wówczas, że zwężenie tętnicy nerkowej u psów prowadzi do trwałego nadciśnienia. Fasciolo następnie wykazał, że wzrost ciśnienia krwi wynikał również z zaszczepienia zwężonej nerki u normalnego psa, co wskazuje, że efekt był spowodowany substancją, którą leczona nerka wydzielała do krwi. Jednym z wczesnych odkryć grupy było to, że wodny ekstrakt z acetonu zwężonej nerki był w stanie wytworzyć przejściowy wzrost ciśnienia krwi. Substancja rozpuszczalna w wodnym acetonie różniła się od reniny, znanej już substancji pressorowej, którą można było również wyekstrahować z nerek. Leloir i współpracownicy odkryli wówczas, że inkubacja reniny (proteazy) z osoczem krwi (zawierającym to, co obecnie nazywa się angiotensynogenem) wytwarza substancję pressor rozpuszczalną w wodnym acetonie (obecnie zwaną angiotensyną). Wiedza leloira na temat biochemii była fundamentalna w tych odkryciach.

Cukry Nukleotydowe . Argentyna doświadczyła wojskowego zamachu stanu w Argentynie w 1943 roku. Wkrótce potem Houssay wraz z wieloma innymi ważnymi osobistościami wystosował list publiczny do władz, domagając się powrotu do ” normalności konstytucyjnej, skutecznej demokracji i amerykańskiej Solidarności.””Amerykańska solidarność” była eufemizmem dla sprzymierzenia Argentyny z aliantami w czasie II Wojny Światowej. nowy rząd, który miał pewną sympatię do osi, zareagował, zwalniając wszystkich sygnatariuszy, którzy byli pracownikami publicznymi. Houssay, jako profesor uniwersytecki, należał do tej kategorii. Jego dymisja nastąpiła po dymisji większości pracowników naukowych Instytutu Fizjologii, wśród nich

Leloir, solidaryzując się z Houssayem. Leloir następnie wyjechał do Stanów Zjednoczonych, gdzie najpierw pracował z Edem Hunterem nad formowaniem kwasu cytrynowego w laboratorium Carla i Gerty Coris na Washington University w St. Louis, a następnie z Davidem Greenem (z którym pracował już w Cambridge) na Columbia University w Nowym Jorku nad separacją aminotransferaz. W 1943 Leloir ożenił się z Amelią Zuberbuhler. Owocem tego szczęśliwego małżeństwa była córka i dziewięcioro wnucząt.

Wracając do Argentyny, Leloir w 1945 roku związał się z Instytutem Biologii Doświadczalnej i medycyny, który niedawno został otwarty w Buenos Aires, aby gościć Houssaya i większość byłych członków Instytutu Fizjologii. Leloir następnie rozpoczął rekrutację współpracowników, z których pierwszym był Ranwel Caputto, lekarz, który, podobnie jak Leloir, otrzymał staż podoktorski w biochemii z Malcolmem Dixonem na Uniwersytecie Cambridge. Raúl Trucco, mikrobiolog, został następnie zaproszony, ponieważ zamierzeniem było zbadanie utleniania kwasów tłuszczowych u bakterii. Wkrótce do grupy dołączyli Carlos Cardini i Alejandro Paladini. W tym czasie Jaime Campomar, przemysłowiec włókienniczy, postanowił sfinansować nową instytucję zajmującą się badaniami biochemicznymi i zwrócił się do Houssay ’ a o poradę w wyborze jej dyrektora. Houssay szybko zaproponował Leloirowi stanowisko dyrektora Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar (Instytut badań biochemicznych Fundacji Campomar; obecnie nazywany Fundación Instituto Leloir) do końca życia. Instytut został otwarty w listopadzie 1947 roku w małym, jednopiętrowym i dość starym domu, który przylegał do Instytutu kierowanego przez Houssaya. Rysunek 1 przedstawia początkową grupę badawczą w centralnym patio Instytutu.

ponieważ eksperymenty na utlenianiu kwasów tłuszczowych przyniosły wątpliwe wyniki, grupa postanowiła przestawić swoje wysiłki na badanie syntezy laktozy (dwucukru składającego się odpowiednio z galaktozy i glukozy, Gal i Glc). Caputto twierdził, że podczas pracy dyplomowej był w stanie zsyntetyzować disacharyd na inkubacji glikogenu (patrz poniżej) z ekstraktem z gruczołu sutkowego. Ponieważ wyniki te nie mogły być powtórzone, Leloir zasugerował, aby zamiast tego zbadać degradację laktozy, ponieważ proces ten może dostarczyć informacji o szlaku syntetycznym. Ta prognoza okazała się poprawna. Z perspektywy czasu można spekulować, że to, co caputto zaobserwował, było prawdopodobnie tworzeniem maltozy (innego disacharydu, ale zawierającego dwie glukozy) przez amylolityczną degradację polisacharydu. Identyfikacja disacharydów była w tym czasie oparta na nierzetelnych metodach, jako morfologii kryształów pochodnych powstałych w wyniku reakcji z fenylohydrazyną (osazonami).

do planowanych badań grupa zdecydowała się użyć bezkomórkowego ekstraktu pochodzącego z drożdży (Saccharomyces fragilis) przystosowanego do wzrostu na laktozie jako źródle węgla. Naukowcy najpierw wykryli laktazę, która rozkłada disacharyd do jego składników monosacharydowych, a następnie galaktokinazę, która fosforylowała galaktozę do 1-fosforanu galaktozy (Gal 1-P). Konwersja ostatniego związku do glukozy 6 – P (Glc 6-P) wymagała dwóch nieznanych czynników termostabilnych: difosforanu glukozy 1,6 (Glc 1,6 diP) do konwersji glukozy 1-P (Glc 1-P) do Glc 6-P oraz difosforanu urydyny glukozy (UDP-Glc) do konwersji Gal 1-p do Glc 1-P. określenie struktury UDP-Glc było prawdziwym tour de force, biorąc pod uwagę minimalne ilości dostępnych odczynników i sprzętu. Ustalono, że związek ma jedną pozostałość Glc na dwa fosforany i że wchłania się w świetle ultrafioletowym, ale widmo absorpcji było widmem nieznanej substancji (znane były wtedy tylko widma związków zawierających adenozynę). Pewnego dnia Caputto przybył do instytutu w stanie podekscytowania, niosąc ostatni numer Journal of Biological Chemistry przedstawiający w jednym z artykułów widmo urydyny, które zbiegło się z widmem nowej substancji. Rysunek 2 to kreskówka narysowana przez Leloir pokazująca nastrój grupy przed rozwiązaniem struktury UDP-Glc.

tzw. szlak Leloira można wtedy przedstawić jako:

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

gdzie UDP-gal oznacza galaktozę difosforanu urydyny.

UDP-Glc był pierwszym cukrem nukleotydowym, który został opisany, a szlak pokazuje pierwszą rolę tych nowych związków, jaką jest udział w interkonwersji monosacharydów. W opisanym powyżej przypadku wykazano, że konwersja UDP-Gal do UDP-Glc wymaga NAD (dinukleotydu nikotynamidoadeninowego), ponieważ inwersja grupy OH w C4 przebiega w reakcji oksydacji. Ponadto opis szlaku dostarczył pełnego wyjaśnienia galaktozemii, ludzkiej wrodzonej choroby, która charakteryzuje się niezdolnością do metabolizowania galaktozy. Większość pacjentów ma niedobór enzymu biorącego udział w drugiej reakcji opisanej powyżej, podczas gdy w łagodniejszej postaci choroby, galaktokinaza jest niedoborem enzymu.

jak donoszą również Leloir i współpracownicy, ogólny szlak syntezy cukrów nukleotydowych można przedstawić jako:

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

gdzie NTP oznacza trifosforany nukleozydów (ATP, UTP, GTP i CTP) i PP dla pirofosforanu. Spośród prawie stu znanych obecnie cukrów nukleotydowych kilka z nich (GDP-Man, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc i ADP-Glc) zostało po raz pierwszy opisanych przez Leloira i współpracowników.

pytanie, czy UDP-Glc miał dodatkową rolę oprócz udziału w interkonwersji monosaccha-ride, zostało podniesione, ponieważ UDP-Glc Wykryto również u szczepów drożdży niezdolnych do wykorzystania galaktozy do wzrostu. Następnie zastosowana metoda oznaczania ilościowego UDP-Glc (przyspieszenie transformacji Gal 1-p do GLC 1-P) dostarczyła dowodów na drugą rolę cukrów nukleotydowych, będących półproduktami w reakcjach przenoszenia monosacharydów. Zanik UDP-Glc inkubowany z ekstraktem drożdżowym przebiegał z większą szybkością w obecności dodatku Glc 6-P. Efekt ten został szybko prześledzony przez Leloira i nowego współpracownika, Enrico Cabiba, do powstania treahalozy 6-P. (trehaloza jest disacharydem złożonym z dwóch glukoz, różniących się od maltozy.

UDP-Glc + glukoza 6-p → trehaloza 6-P + UDP

podobnie, wkrótce po tym, jak Leloir opisał syntezę sacharozy 6-P (sacharoza jest wyrafinowaną nazwą dla naszego dziennego cukru, złożonego z dwóch monosacharydów, Glc i fruktozy), stosując ekstrakty z kiełków pszenicy:

UDP-Glc + fruktoza 6-p → sacharoza 6-P → sacharoza 6-p). – p + UDP.

co ciekawe, synteza laktozy, która była pierwszym celem projektu, została opisana nie przez Leloira i jego współpracowników, ale w 1961 roku przez Winifred M. Watkins i W. Z. Hassida, pracując z ekstraktami gruczołów sutkowych („synteza laktozy przez Preparaty enzymatyczne w postaci cząstek z gruczołów sutkowych świnki morskiej i bydła”). Przebiega on następująco:

UDP-gal + Glc → lactose + UDP

glikogen jest rezerwowym polisacharydem złożonym z wielu jednostek glukozy obecnych w różnych organizmach, od bakterii po Ssaki. Rośliny mają dodatkowo inny polisacharyd (skrobię) strukturalnie blisko spokrewniony z glikogenem. Pod koniec lat 30. i na początku lat 40. Carl i Gerty Cori w serii artykułów opisali inkubację Glc 1 – P z ekstraktem z komórek ssaków, w wyniku której następuje synteza glikogenu według następującej (odwracalnej) reakcji:

Glc 1-P + (Glc)n ← (Glc)N+1 + p

gdzie (Glc)N oznacza glikogen zawierający cząsteczki N Glc. Enzym uczestniczący w badaniu (fosforylaza glikogenu) krystalizowano. Przez wiele lat była ona traktowana jako droga syntezy glikogenu, choć wkrótce pojawiły się sprzeczne doniesienia. Na przykład zastosowanie adrenaliny u zwierząt, które spowodowało aktywację fosforylazy, doprowadziło do degradacji glikogenu, a nie do syntezy glikogenu. Co więcej, poziomy P w żywych tkankach sugerowały, że równowaga została przesunięta z prawej do lewej w powyższym równaniu. W 1957 Leloir i Cardini poinformowali w „biosyntezie glikogenu z glukozy difosforanu urydyny”, że inkubacja UDP-Glc z ekstraktem z komórek ssaków doprowadziła do syntezy glikogenu. Reakcja syntetyczna była wtedy:

UDP-Glc + (Glc)n → (Glc)N+1 + UDP.

aktywność zaangażowanego enzymu (syntetaza glikogenu) okazała się wysoce regulowana, aby umożliwić gromadzenie polimeru w czasie obfitości i jego degradację w czasie potrzeby.

Czasy Zmian: 1958-1970 . Jaime Campomar zmarł w 1956 roku, a ponieważ jego spadkobiercy zdecydowali się przerwać finansowanie Instytutu, Leloir niemal zdecydował się zamknąć go na dobre. Na szczęście jednak seria wydarzeń pomogła odwieść Leloira od podjęcia tak drastycznej decyzji. Po pierwsze, Leloir złożył wniosek i otrzymał Hojny grant od National Institutes of Health w Stanach Zjednoczonych. Po drugie, rząd generała Juana Perona, który nie był przyjazny dla szkolnictwa wyższego i badań naukowych, został obalony w 1955 roku. Nowy rząd przywrócił autonomię uniwersytetów publicznych i stworzył National Research Council, instytucję, która zapewniała fundusze na badania i pełnoetatowe stanowiska. Houssay został jej pierwszym prezydentem i piastował to stanowisko do swojej śmierci w 1971 roku. Budynek, w którym mieścił się Instytut Leloira, był prawie całkowicie zniszczony. (Zbudował własnymi rękami szereg wewnętrznych kanałów, aby zapobiec wyciekowi wody deszczowej z niszczących czasopism i książek w bibliotece.) Rząd posoborowy zaproponował jednak Leloirowi znacznie większy budynek (dawna szkoła zakonna) i zarówno on, jak i Houssay przenieśli do niego swoje instytuty. Ponadto w 1958 r.zainicjowano owocne stowarzyszenie między Instytutem Badań Naukowych Leloira Bioquímicas Fundación Campomar a szkołą Nauk Uniwersytetu w Buenos Aires. Leloir został mianowany profesorem nauk ścisłych Uniwersytetu.

Leloir poświęcił pierwsze lata w nowym budynku na badania nad regulacją syntetazy glikogenu przez metabolity (głównie przez Glc 6-P) oraz przez interkonwersję między aktywnymi i nieaktywnymi formami wywołaną fosforylacją i defosforylacją. Ustalił również, że prekursorem w syntezie skrobi nie był UDP-Glc, ale nowy cukier nukleotydowy, glukoza adenozynodifosforanu (ADP-Glc). Ponieważ UDP-Glc wykazał słabe włączenie glukozy do polisacharydu w testach wolnych od komórek, wypróbował kilka syntetycznych cukrów nukleotydowych i odkrył, że ADP-Glc był zdecydowanie najlepszym prekursorem. Następnie wyizolował związek ze źródeł naturalnych (kukurydza cukrowa). Innym problemem, który zwrócił uwagę Leloira, była synteza glikogenu o dużej masie cząsteczkowej (cząstek stałych). Odkrył, że polisacharyd zsyntetyzowany w probówce albo przez fosforylazę glikogenu z Glc 1-P, albo przez syntetazę glikogenu z UDP-Glc był różnie rozkładany przez szereg zabiegów fizycznych i chemicznych. Fakt, że polisacharyd utworzony przez syntetazę z UDP-Glc w probówce wykazał cechy rozkładu identyczne z cechami natywnych cząsteczek, był ostatecznym dowodem, że UDP-Glc był prawdziwym prekursorem glikogenu in vivo.

Nagroda Nobla i po niej . 20 października 1970 roku Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła przyznanie Nagrody Nobla w dziedzinie chemii Luisowi F. Leloirowi za odkrycie nukleotydów cukrowych i ich roli w biosyntezie węglowodanów. W tym czasie już zaczął, co miało być jego ostatnim wielkim wkładem w biochemię.

Phillips Robbins z Massachusetts Institute of Technology i Jack Strominger z Uniwersytetu Harvarda w połowie lat 60. stwierdzili, że mono – i oligosacharydy związane z lipidami zachowywały się jako biosyntetyczne półprodukty między cukrami nukleotydowymi a kilkoma składnikami polisacharydowymi ściany komórkowej bakterii. Ugrupowanie lipidowe zidentyfikowano jako fosforan poliprenolu (undekaprenolu). Następnie Leloir opisał, w jaki sposób inkubacja błon wątroby szczura z UDP-Glc doprowadziła do powstania dolicholu-P-Glc, który jest poliprenolem zawierającym 20-21 jednostek izoprenu w komórkach ssaków. Dalsza inkubacja dolicholu-P-Glc doprowadziła do przeniesienia monosacharydu do Związku wstępnie zidentyfikowanego jako dolichol-P-P-oligosacharyd (później wykazano, że jest to GlcNAc2 Man9 Glc3). Dalsza inkubacja tej ostatniej pochodnej lipidowej z błonami spowodowała przeniesienie całego oligosacharydu do białek. W ten sposób Leloir ustalił podstawy szlaku prowadzącego do syntezy glikoprotein w komórkach eukariotycznych, a także dostarczył pierwszych dowodów wskazujących na to, że oligosacharyd związany z białkiem został przetworzony (tj. że monosacharydy były zarówno usuwane z niego, jak i dodawane do niego).

w 1978 roku Burmistrz miasta Buenos Aires podarował ziemię i utworzył i przewodniczył Komitetowi zbierającemu fundusze na budowę nowego budynku. Ostatecznie otrzymano równe kwoty środków publicznych i prywatnych. Przeniesienie do nowej siedziby nastąpiło w grudniu 1983 roku. Leloir miał tam kontynuować badania przez cztery lata.

Leloir The Man . Leloir należał do starej i zamożnej argentyńskiej rodziny, co pozwoliło mu w pełni poświęcić swój czas na podstawowe badania, gdy w kraju prawie nie było funduszy na takie przedsięwzięcia. Osobiście pokrywał fundusze na większość prenumerat czasopism naukowych otrzymanych w Bibliotece Instytutu i w pełni przekazał Instytutowi swoją pensję jako profesor naukowy Uniwersytetu w Buenos Aires. Leloir miał niską osobowość; unikał publicznego ujawniania się i wykazywał niezwykle subtelne i wykwintne poczucie humoru. Leloir był pracowitym pracownikiem, który jeszcze kilka lat przed śmiercią kontynuował pracę w ławce. Badania były dla niego najlepszym hobby. (Nigdy nie miał prywatnego biura, zamiast tego przyjmował gości i robił papierkową robotę w laboratorium.) Był niezwykle uprzejmy i traktował wszystkich, niezależnie od ich pozycji społecznej, w ten sam skromny sposób. Miał spokojną osobowość i wykazywał pewien dyskomfort tylko wtedy, gdy ktoś zachowywał się niegrzecznie lub wykazywał złe maniery. Osobowość leloira w znacznym stopniu przyczyniła się do znacznej przyjemności pracy w jego grupie lub instytucie.

Bibliografia

dzieła LELOIRA

z Carlosem E. Cardinim. „Biosynteza glikogenu z glukozy difosforanu urydyny.”Journal of the American Chemical Society 79 (1957): 6340-6341.

„dwie dekady badań nad Biosyntezą sacharydów.”Science 172 (25 Czerwca 1971): 1299-1303. Tekst wykładu Noblisty Leloira.

” Biosynteza polisacharydów widziana z Buenos Aires.”In Biochemistry of the Glycosidic Linkage, edited by Romano Piras and Horacio G. Pontis. New York: Academic Press, 1972.

” daleko i dawno temu.”Annual Review of Biochemistry 52 (1983): 1-15.

inne źródła

Cabib, Enrico. „Badania nad nukleotydami cukru przynoszą Honor argentyńskiemu Biochemikowi.”Science 170 (6 November 1970): 608-609.

Cori, Carl F.; Gerty T. Cori; and Albert H. Hegnauer. „Resynteza glikogenu mięśniowego z Heksosemonofosforanu.”Journal of Biological Chemistry 120 (1937): 193-202.

Cori, Gerty T.; Carl F. Cori; i Gerhard Schmidt. „Rola glukozo-1-fosforanu w tworzeniu cukru we krwi i syntezie glikogenu w wątrobie.”The Journal of Biological Chemistry 129( 1939): 629-639.

Cori, Gerty T., and Carl F. Cori. „Crystalline Muscle Phosphorylase: IV. Formation of Glykogen.”Journal of Biological Chemistry 151 (1943): 57-63.

Kresge, Nicole; Robert D. Simoni; and Robert L. Hill. „Luis F. Leloir and the Biosynthesis of Saccharides.”Journal of Biological Chemistry 280( 13 May 2005): 158-160.

Myrbäck, Karl. „Prezentacja Nagrody Nobla w dziedzinie chemii 1970.”In Les Prix Nobel en 1970, edited by Wilhelm Odelberg. Stockholm, Sweden: Nobel Foundation, 1971.

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

Watkins, Winifred M., and William Z. Hassid. „Synteza laktozy za pomocą cząsteczkowych preparatów enzymatycznych ze świnki morskiej i gruczołów mlecznych bydła.”Journal of Biological Chemistry 237 (1962): 1432-1440.

Armando J. Parodi