1953: HANS A KREBS e FRITZ A LIPMANN
Artigo científico escrito por:
Maria Augusta Zaffari Safro
Rafaela Wagner
Rodrigo Dias de Meira.
Faculdade de Medicina - UPF
Resumo:
O artigo que segue relata as contribuições dos bioquímicos alemães Fritz Albert Lipmann e Hans Adolf Krebs para o entendimento do metabolismo dos carboidratos, através da descoberta da Coenzima-A e da sistematização do modelo conhecido como Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico. O mecanismo de oxidação do ácido cítrico representa uma etapa fundamental no metabolismo das células e organismos vivos superiores. A Coenzima-A, por sua vez é um dos fatores desencadeantes deste ciclo. Por essas descobertas Krebs e Lipmann foram laureados com o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 1953. Este prêmio é atribuído anualmente pelo Instituto Karolinska da Suécia, recompensado às pessoas que se destacam nas áreas de investigação da Fisiologia ou da Medicina. É um dos prêmios internacionais de investigação científica instituídos em 1901 por Alfred Nobel, conhecido como Prêmio Nobel. O artigo contempla um resumo das biografias e uma explanação a respeito das pesquisas que destacaram Krebs e Lipmann no cenário científico mundial.
Palavras Chave: Hans Adolf Krebs; Fritz Albert Lipmann; coenzima-A; Ciclo do Ácido Cítrico; Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia.
Abstract:
The following article describes the contribution of the German biochemists Hans Adolf Krebs and Fritz Albert Lipmann to the discovery of the coenzyme-A and to the understandment of the carbohydrates metabolism, thru the systematization of the well known Krebs Cycle or Citric Acid Cycle. The oxidation mechanism of the citric acid represents a fundamental step of the cells and the superior live organisms’ metabolism. Because of this discovery, Krebs and Lipmann were laureate with the Nobel Prize for Medicine and Physiology in 1953. This prize is given annually by the Karolinska Institute, from Sweden, as a reward to remarkable people whose works were distinct in the world of medicine and physiology. The prize is one of the international research prizes created in 1901 by Alfred Nobel, known as Nobel Prize. This article contemplates a piece of the biographies and an explanation of the researches that distinguished Krebs and Lipmann in the scientific world scenario.
Keywords: Hans Adolf Krebs; Fritz Albert Lipmann; coenzyme-A; Citric Acid Cycle; Nobel Prize for Medicine and Physiology.
Introdução:
As pesquisas exaustivas de Hans Adolf Krebs e Fritz Albert Lipmann foram paixões ao longo de suas vidas. Transpor as lacunas impostas pela ciência limitada de seu tempo foi a motivação para buscar o entendimento dos mecanismos celulares antes parcamente ou mal sistematizados. Essa dedicação lhes rendeu uma projeção mundial e foi um determinante no progresso das pesquisas fisiológicas dos processos metabólicos que embasam a ciência moderna e seus avanços extraordinários atualmente. Levando isso tudo em conta, o prêmio Nobel foi a máxima consagração dos pesquisadores, assim como uma maneira de agradecimento formal por todas as contribuições de Krebs e Lipmann para o desenvolvimento, para o avanço e para o entendimento do funcionamento celular.
Biografia:
Hans Adolf Krebs
Hans Aldof Krebs nasceu em Hildesheim, Alemanha, em 25 de agosto de 1900. Ele é filho de George Krebs, médico-cirurgião, e de Alma Krebs.
Ele foi educado no Ginásio Andreanum em Hildesheim. E entre os anos de 1918 e 1923, ele estudou medicina nas Universidades de Göttingen, Friburgo e Berlim. Após um ano estudando Medicina na Universidade de Berlim, ele obteve seu “Master Degree”(título de Mestre) na Universidade de Hamburgo e então passou um ano estudando química em Berlim. Em 1923, ele foi indicado para o cargo de assistente do professor Otto Warburg no Kaiser Wilhelm Instituto de Biologia, em Berlim, onde permaneceu até 1930.
Em 1930, ele retornou à prática médica, atuando primeiramente no Hospital Municipal de Altona, sob a supervisão do professor L. Lichtwitz e posteriormente na clínica médica da Universidade de Friburgo sob a supervisão do professor S. J. Thannhauser.
Em junho de 1933 ele foi, a convite de Sir. Frederick Gowland Hopkins, para a Escola de Bioquímica, em Cambridge, Inglaterra, onde se manteve como bolsista até 1934, quando foi indicado ao cargo de monitor de bioquímica na Universidade de Cambridge.
Em 1935 ele foi indicado para o cargo de professor de farmacologia na Universidade de Sheffield, Inglaterra, e, em 1938, tornou-se o coordenador do Departamento de Bioquímica, recentemente fundado naquela universidade.
Em 1945 ele se tornou mestre e diretor do Conselho de Pesquisa Médica, unidade de pesquisa localizada em seu Departamento. Ainda nesse ano, ele foi indicado ao cargo de professor de bioquímica na Universidade de Oxford no condado de Whitleyl, e a Unidade do Conselho Médico de Pesquisa para a pesquisa do Metabolismo Celular foi transferida para Oxford.
As pesquisas do professor Krebs se focaram principalmente nos vários aspectos do metabolismo intermediário da célula, entre os assuntos estudados por ele estão: a síntese da uréia nos mamíferos, a síntese do ácido úrico em pássaros, os estágios intermediários da oxidação de carboidratos, o mecanismo de transporte ativo de eletrólitos e a relação entre a respiração e a geração de adenosina-polifosfatos. Entre suas várias publicações é marcante a pesquisa da transformação da energia nos seres vivos, publicada em 1957 em colaboração com H. L. Kornberg, a qual discute os complexos processos químicos que atribuem aos organismos vivos fosfato altamente energético pelo que é conhecido como Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico.
Krebs foi eleito um membro da Sociedade Real de Londres, em 1947. Em 1954, recebeu medalha real da Sociedade Real de Londres e, em 1958, a medalha de ouro da Sociedade Holandesa de Física, Ciência Médica e Cirurgia lhe foi conferida. Ainda em 1958 foi sagrado cavaleiro da Sociedade Real de Londres. Ele contabiliza graus honorários pelas Universidades de Chicago, Freiburg-im-Breisgau, Paris, Glasgow, Londres, Sheffield, Leicester, Berlim (universidade de Humboldt) e Jerusalém.
Ele foi casado com Margaret Cicely Fieldhouse, de Wickersley, Yorkshire, em 1938. O casal teve dois filhos, Paul e John, e uma filha, Helen.
Hans Adolf Krebs morreu em 22 de novembro de 1981, em Oxford, no Reino Unido.
Fritz Albert Lipmann
Bioquímico alemão nascido em Koenigsberg, então Germânia, hoje Kaliningrado, Rússia, e naturalizado estadunidense (1944). Fritz Albert Lipmann foi o descobridor da Coenzima-A e um dos ganhadores do Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia no ano de 1953. Estudou medicina, bioquímica e química nas Universidades de Koenigsberg, Berlim e Munique, obtendo o Master Degree (título de mestre) em bioquímica em 1924 na Universidade de Berlim e o Ph.D. em química em 1927 no Instituto Kaiser Wilhelm de Munique, orientado por Otto Meyerhof. Trabalhou na Holanda e na Alemanha, antes de ir para os Estados Unidos como Rockefeller Fellow no laboratório de P. A. Levene, no Rockefeller Institute, em Nova York, onde fez importantes revelações sobre fosfatos (1931-1932).
Foi para Copenhagen, Dinamarca como Pesquisador Associado no Instituto de Biologia da Fundação Carlsberg. Foi para os Estados Unidos (1939) como Pesquisador Associado do Departamento de Bioquímica, da Cornell Medical School, Nova York. Dois anos depois se integrou ao “staff” do Massachusetts General Hospital em Boston, inicialmente como Pesquisador Associado do Departamento de Cirurgia, chefiando o grupo do Biochemical Research Laboratory daquele Hospital. Tornou-se (1949) Professor de Bioquímica, na Harvard Medical School, do Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts, Estados Unidos (1949-1957) e, a seguir, tornou-se membro do Rockefeller Institute, New York (1957). Morreu em Poughkeepsie, Nova York, Estados Unidos, em 1986.
Desenvolvimento:
Ciclo do Citrato: Pesquisa desenvolvida por Hans Adolf Krebs
Nas células que usam oxigênio, existe o Ciclo do Citrato, dos Ácidos Tricarboxílicos ou de Krebs. Essa rota metabólica é o centro do metabolismo energético em todas as células animais, menos no eritrócito. Ele é o conjunto de milhões de moléculas de algumas enzimas localizadas na matriz mitocondrial, que transforma, simultaneamente, milhões de moléculas de acetilcoenzima-A em gás carbônico. A acetilcoenzima-A (acetilCoA ) deriva do piruvato que é desidrogenado a partir da enzima piruvato desidrogenase. O piruvato é um dos produtos metabólicos da glicose, dessa forma, podemos afirmar que a queima da acetilcoenzima-A é oxidação final da glicose. O gás carbônico eliminado pelo ar expirado tem o carbono proveniente da acetilcoenzima-A metabolizada.
O ciclo inicia através da condensação da acetilCoA com o oxalacetato (AOA-), gerando o citrato, que possui seis carbonos. Quem catalisa a condensação é a citrato sientetase. Depois, o citrato é isomerizado enzimaticamente até isocitrato, a fim de poder entregar dois elétrons para o NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo) que passa a NADH. O gasto do isocitrato é feito pela principal enzima regulatória do ciclo, a isocitrato desidrogenase. Ela funciona em duas etapas: na primeira fazendo uma descarboxilação e na segunda a retirada dos elétrons. E a acetilCoA já começa a se transformar em gás carbônico. O alfa-cetoglutarato proveniente do isocitrato é transformado em succinato pela alfa-cetoglutarato-desidrogenase e um complexo enzimático semelhante àquele que desidrogena o piruvato. O succinato que se forma entrega elétrons para a flavina adenina dinucleotídeo (FAD), que passa a FADH2, em reação catalisada pela succinato-desidrogenase, uma importante enzima regulatória. O Fumarato resultante, recebendo água, passa a Malato e este é transformado em Oxalacetato. É observado que, em todo o processo descrito não existe perda líquida de água. Mas se a acetilCoA precisa também se transformar em água, este ciclo tem que estar acoplado a um outro mecanismo que a produza. Este mecanismo é a Cadeia Respiratória, capaz de produzir água, usando os NADH e FADH2, gerados no Ciclo de Krebs. Na verdade o Ciclo de Krebs tem como finalidade precípua produzir equivalentes de redução para a cadeia respiratória, que por sua vez ocasionará o aporte de elétrons e que resultará na acepção final do oxigênio e geração de ATP e da água metabólica. Portanto, podemos concluir que o quanto maior for a exigência energética do metabolismo, maior será a exigência do Ciclo do Citrato, ou seja, maior será a oxidação da acetilCoA e a conseqüente produção de equivalentes de redução, suprindo as necessidades metabólicas de elétrons e a demanda na formação de ATP.
Coenzima-A: Pesquisa desenvolvida por Fritz Albert Lipmann
A coenzima-A (CoA, CoASH ou HSCoA) é uma coenzima, notável pelo seu papel na síntese e na oxidação de ácidos graxos, assim como na descarboxilação oxidativa do ácido pirúvico antes do ciclo de Krebs. A sua molécula é constituída por ácido pantoténico (vitamina B5), adenosina trifosfato e cisteamina.
Posto que a coenzima A é quimicamente um tiol, pode reagir com os ácidos carboxílicos para formar tioésteres, de modo que atua como um portador de grupo acilo. Uma molécula de coenzima A que leva um grupo acetil é referida como Acetil-CoA.
Formação da Acetilcoenzima-A:
O piruvato é transferido para o Pirofosfato de Tiamina(TPP) pela Piruvato –Desidrogenase(um complexo multienzimático), onde perde dióxido de carbono. O fragmento de dois carbonos(acetila) restante é transportado para o Lipoato. A partir do Lipoato a acetila é transportada à coenzima-A, originando a acetilcoenzima-A.
Estrutura da Coenzima-A.
Funções da Acetilcoenzima -A:
1- Sua utilização no Ciclo de Krebs para produzir os agentes de redução para a cadeia respiratória;
2- No fígado, conversão de excesso de acetil CoA a corpos cetônicos
3- Transferência das unidades acetil para o citosol, com subseqüente biossíntese de moléculas como esteróides e ácidos graxos.
Conclusão:
Concluímos que o Prêmio Nobel compartilhado pelos bioquímicos Hans Adolf Krebs e Fritz Albert Lipmann foi o reconhecimento de um trabalho de pesquisa imprescindível ao desenvolvimento da bioquímica e da fisiologia do mecanismo de metabolismo dos carboidratos. Suas obras convergiram e se completaram, tornando claro o processo metabólico dos carboidratos através da descoberta de seu fator desencadeante (coenzima-A) e de seu processo oxidativo cíclico. Pela relevância e pela complementação entre estas pesquisas, H.A.Krebs e F.A.Lipmann partilharam o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 1953, consagrando dessa forma suas vidas dedicadas à pesquisa.
Bibliografia:
http://nobelprize.org
http://www.wikipedia.org
http://www.netsaber.com.br/biografias
Devlin, Thomas M. – Manual de bioquímica com Correlações Clínicas.
Riegel, Romeo E.- Bioquímica
