1964: KONRAD BLOCH e FEODOR LYNEN

Artigo escrito por:
Matheus A. Eisenreich
Thiago Z. Batista
Faculdade de Medicina - UPF

Resumo:

Feodor Lynen bioquímico alemão nascido em Munique, co-descobridor do ciclo dos ácidos graxos. Provou, através de suas experiências, o que fora proposto sobre o processo de β-oxidação por Frank Knoop em 1904, além de ter aprofundado mais com outras descobertas. Konrad Bloch bioquímico alemão nascido em Neisse, desenvolveu um interesse pelo metabolismo e problemas intermediários da biossíntese do colesterol, essa pesquisa chegou ao fim depois de quase vinte anos de trabalho.
Palavras-Chave: Prêmio Nobel 1964, Konrad Bloch, Feodor Lynen, Ácidos Graxos, Colesterol.
Abstract: Feodor Lynen a German biochemist was born in Munich, co-discoverer of the fatty acid cycle. He proved, with his experiments, what Frank Knoop said about the β-oxidation process in 1904, besides he went deeper into others discoveries. Konrad Bloch a German biochemist was born in Neisse, he developed interest in metabolism and intermediary biosynthesis problems of the cholesterol, his research came to and end after almost twenty years of work.
Keywords: Nobel Prize 1964, Konrad Bloch, Feodor Lynen, Fatty Acid, Cholesterol
Introdução: O Prêmio Nobel de Medicina é um prêmio atribuído anualmente pela Real Academia de Ciências da Suécia, recompensando as pessoas que se destaquem nas áreas de investigação da Medicina. É um prêmio internacional de investigação científica, instituído em 1901 por Alfred Nobel, conhecidos como Prêmios Nobel. O Prêmio Nobel de Medicina de 1964 foi dado a dois bioquímicos alemães, Feodor Lynen e Konrad Bloch  pelas descobertas sobre o mecanismo e controle do colesterol e metabolismo dos ácidos graxos.

Desenvolvimento:

Biografia de Feodor Lynen:
Bioquímico alemão nascido em Munique e falecido na mesma cidade (1911-1979), pesquisador do Max-Planck-Institut für Zellchemie, Munich, co-vencedor do Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina (1964) com o químico alemão Konrad Emil Bloch, da Harvard University, Cambridge, MA, por descobertas sobre o metabolismo do colesterol e dos ácidos graxos. Filho de Wilhelm Lynen, um professor de engenharia mecânica do Munich Technische Hochschule, e de Frieda, filha do industrial Gustav Prym, foi educado em Munique, e matriculou-se em química (1930) na Universidade de Munique, onde estudou com nomes como Heinrich Wieland (Nobel, 1927), Otto Hönigschmidt, Kasimir Fajans e Walter Gerlach. Graduou-se (1937) com o trabalho On the Toxic Substances in Amanita. Neste mesmo ano casou-se com Eva Wieland, com quem teve cinco filhos: Peter (1938), Annemarie (1941), Susanne (1945), Heinrich e Eva-Maria (1946). Tornou-se professor auxiliar (1942), professor assistente (1947), e professor de bioqúimica (1953) da Universidade de Munique. Tornou-se em 1954 chefe do Max-Planck-Institut für Zellchemie, onde passou a pesquisar a química dos processos metabólicos nas células vivas e morreu em Munique. Além do Nobel recebeu a Neuberg Medal da American Society of European Chemists and Pharmacists (1954), a Liebig Commemorative Medal da Gesellschaft Deutscher Chemiker (1955), a Carus Medal da Deutsche Akademie der Naturforscher (1961) e a Otto Warburg Medal do Gesellschaft für Physiologische Chemie (1963). Foi nomeado Presidente do Gesellschaft Deutscher Chemiker (1972). Membro da Bayerische Akademie der Wissenschaften, em Munique, e da Deutsche Akademie der Naturforscher, em Halle, membro honorário da Harvey Society, em New York, da American Society of Biological Chemists, em Washington, da Asociacion Venezolana para el Avance de la Ciencia, em Caracas, membro estrangeiro da National Academy of Sciences of the United States of America, em Washington, e da American Academy of Arts and Sciences, em Boston, e doutor honorário da faculdade de medicina da Universidade de Freiburgo.
Pesquisa de Feodor Lynen:
Em 1939, Feodor Lynen fez sua primeira investigação científica independente sobre a fermentação, realizada em células fermentativas após o congelamento em ar líquido das mesmas. Essa investigação, lhe rendeu duas grandes informações. A primeira foi que nos experimentos com células vivas, tinha que ser dada especial atenção as propriedades de permeabilidade das membranas. A segunda, a adenosina polifostato desempenhava um importante papel na célula, não apenas em transferência de energia, mas também na regulação de todo o metabolismo celular. 
Nessa investigação, ele percebeu que embora a maioria das moléculas de ácido acético tenham sofrido oxidação completa, alguns permaneceram na forma de sucinato e ácido cítrico. A explicação destas observações foi que o ácido acético era desidrogenado em sucinato, o qual era reconvertido a ácido acético via ácido oxalacético, para só então formar ácido cítrico.Com isso, o sucinato ficava com a metade dos quatro átomos de deutério requeridos para o fermentação completa. Assim, foi possível supor que o sucinato, produzido pela fermentação do acetato, é produzido via ácido cítrico. 
Nesse mesmo experimento, no qual foi usado um radioisótopo de hidrogênio, foi constatado que enquanto frações de carboidratos continham apenas quantidades insignificantes de deutério, grandes quantidades do mesmo estavam presentes nos ácidos graxos e colesterol. Isso mostrou que os ácidos graxos e o colesterol são formados diretamente do acido acético e não indiretamente via carboidratos.
Ele também conseguiu sintetizar ácido cítrico como incubação de  acetilfostato e ácido oxalacético, mas teve que parar suas experiências por dificuldades da livre investigação.
Depois que voltou às pesquisas, Feodor Lynen, com ajuda de outras pesquisas de cientistas do laboratório Heinrich Wieland em Munich, conseguiu formular um esquema de oxidação compatível com todos os seus achados e com os achados de outros cientistas importantes. E isso foi possível graças à descoberta de que o acetilCO-A é um éster fosfatado. Essa seqüência de reações de degradação dos ácidos graxos formulada por Feodor ficou conhecida como Ciclo dos Ácidos Graxos, que, logicamente, é precedido de reações de desidrogenação e hidratação.

Biografia de Konrad Bloch:

Konrad E. Bloch bioquímico alemão nascido em Neisse (1912-2000), filho de Fritz Bloch e em sua esposa Hedwig. Foi educado na mesa cidade e em 1930 foi a Munique estudar química. Tornou-se logo atraído a química orgânica, especialmente estruturas de produtos naturais. Outra experiência que o influenciou era atender às sessões do Münchener Chemische Gesellschaft e ouvir os grandes químicos orgânicos do momento, Adolph Windaus, Heinrich Wieland e Rudolf Willstätter relatar suas pesquisas sobre esteroides, em porfirinas e em enzimas.
Sua pesquisa que conduziu ao grau de Ph.D. foi terminada em 1938. Rudolf Schoenheimer pediu então Bloch para juntar seu grupo de pesquisa. Os primeiros anos em Colômbia com Schoenheimer e seu associado David Rittenberg foram certamente os que mais influenciaram seu "Lehrjahre", ou seja, seus anos de aprendizagem. Neste período mais do que qualquer outro, desenvolveu seu grande interesse no metabolismo e em problemas intermediários de biossíntese. Durante esse tempo (em 1942) Bloch na colaboração com David Rittenberg inicía o trabalho na síntese biológica do colesterol que ocupou seus interesses de pesquisa por quase vinte anos.
Trabalhando com colesterol, a biossíntese foi continua e progrediu bem com ajuda de estudantes capazes e entusiásticos. Durante os anos em Chicago, Bloch investigou também (com J. Snoke) a síntese enzimática da glutationa tripeptídeo. Como um companheiro de Guggenheim em 1953 ele teve um ano altamente recompensador no Organisch-Chemisches Institut, Eidgenössische Technische Hochschule em Zurique com L. Ruzicka, V. Prelog e seus colegas. As considerações biogenéticas em relacionamentos do esterol-terpeno desenvolvidas pelo suíço nesse tempo forneceram a inspiração rica para o trabalho experimental de Bloch em seu laboratório.
Em 1954 Bloch foi apontado professor de bioquímica no departamento de química, universidade de Harvard, e em 1968 transformou-se presidente do departamento. Além da pesquisa sobre vários aspectos do terpeno e biogênese dos esteróis, se tornou  interessado na formação enzimática de ácidos graxos insaturados e mais tarde em vários aspectos da evolução bioquímica.
O professor Bloch é  membro da sociedade química americana, da National Academy of Sciences E. U., da academia americana das artes e das ciências, da sociedade americana de químicos biológicos, da sociedade de Harvey, da sociedade filosófica americana, um membro honorário da academia de Lombardy de ciências, e um companheiro sênior da academia australiana de ciência. Era presidente da sociedade americana de Química biológica (1967), presidente da seção de bioquímica, National Academy of Sciences (1966-1969), e presidente do comitê nacional para a união internacional de Bioquímica (1968).
Pesquisa de Konrad Bloch:
O colesterol modula a fluidez das membranas dos eucariontes, é o precursor dos hormônios esteróides, tais como progesterona, testosterona, estradiol e cortisol. Konrad Bloch na década de 1940, em seu trabalho demonstrou que o acetato era precursor da síntese do colesterol. Ele forneceu como alimento aos ratos o acetato isotopicamente marcado nos seus átomos de carbono. O colesterol sintetizado por esses ratos continha o isótopo marcado.
Progressos posteriores vieram com os estudos em que o colesterol era sintetizado a partir do acetato marcado no carbono metílico ou no carboxílico. A degradação do colesterol sintetizado a partir do acetato marcado mostrou a origem de cada átomo da molécula do colesterol. A descoberta do esqualeno, com suas seis unidades isoprenóides foi à próxima pista importante, e levou a questão de como eram formadas as unidades isoprenóides. A resposta a essa questão veio de estudos não relacionados de mutantes bacterianos, onde o mevalonato era capaz de substituir o acetato para satisfazer as necessidades nutricionais de mutantes exigentes de acetato.
A maioria das células animais são capazes de sintetizar colesterol, a formação de colesterol só é substancialmente ativa nas células hepáticas. A função das lipoproteínas em parte está associada à veiculação do colesterol à dieta e derivado do fígado para o restante das células do corpo.
A descoberta de que todos carbonos provêm do Acetil CoA usando marcadores radioativos, foi o principio da descoberta da síntese de colesterol. Outro fato foi a descoberta que o intermediário na biossíntese do Colesterol é o esqualeno e que é formado a partir do Isopreno.
O colesterol é sintetizado a partir da acetil CoA citossólica, que é transportada da mitocôndria pelo sistema de transporte do citrato, sendo também usada na síntese de ácidos graxos é metabólito importante na ramificação da via da biossíntese de lipídios.
A condensação seqüencial de 3 moléculas de Acetil CoA, com formação do intermediário HMG CoA (Hidroximetilglutaril CoA) levando a formação do Mevalonato, é o primeiro estágio na formação do colesterol e as etapas de condensação são catalisadas por isoenzimas citossólicas de enzimas mitocôndrias envolvidas na formação de corpos cetônicos.
Reações iniciais da biossíntese de colesterol levando à formação de mevalonato
A HMG CoA redutase, interconversível e inativada por fosforilação, catalisa a redução do HMG CoA a Mevalonato limita a velocidade da via global da síntese de Colesterol. A Insulina aumenta a atividade da redutase e o Glucagon tem efeito inverso, embora as etapas entre recepção hormonal e o estado de fosforilação permanecem desconhecidos. Moléculas de Acil CoA de cadeia longa causam inibição da enzima podendo levar a efeito alostérico direto na enzima ou de efeito de cinase que catalisa a fosforilação e a inibição resultante da HMG CoA redutase. A atividade de HMG CoA redutase também é controlada pela concentração de colesterol, maiores concentrações levam a formação de derivados do colesterol que inibem a enzima alostericamente. Os altos níveis de derivados levam a um aumento de degradação e diminuição da síntese da enzima.
O Mevalonato é convertido a Isopentenil pirofosfato em várias etapas catalisadas por enzimas resultando na sua fosforilação, uma segunda fosforilação e descarboxilação.
Uma isomerase catalisa a conversão do isopentenil pirofosfato a seu isômero, diametilalil pirofosfato, que se condensa, cabeça - cauda, como isopentenil pirofosfato formando o geranil pirofosfato. A condensação de 2 moléculas em C5 para formação de um ionte carbônio, intermediário da dimetilalil pirofosfato, que é atacado pelo isopentenil pirofosfato.
Esta reação é repetida: C10, geranil pirofosfato condensa cabeça com cauda com o iospentenil pirofosfato formando farnesil pirofosfato, C15. duas moléculas de farnesil condensam-se do mesmo modo formando o esqualeno, C30. 
Um intermediário, lanosterol, acumula-se em grandes quantidades em células ativando a síntese de Colesterol. As etapas entre esqualeno e lanosterol envolve adição de oxigênio seguida de ciclização da cadeia formando um núcleo esteróide com quatro anéis. A conversão do lanosterol ao colesterol ocorre por via de múltiplas etapas envolvendo deslocamento de metilas, oxidações e descarboxilações.

Conclusão:
 
As pesquisas de Bloch e Lynen contribuíram decisivamente para a compreensão da β-Oxidação dos ácidos graxos e a para a biossíntese e metabolismo do colesterol, o que serviu de base para os cientistas dessa especialidade e para o avanço de novas pesquisas como a descoberta do colesterol HDL e LDL, além de provar que os ácidos graxos são produzidos pelo acido acético no processo de fermentação e não por carboidratos como se imaginava.
Referências Bibliográficas:
1- The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1964.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1964/index.html
Acesso em: 2007-04-15
2- Degradação Oxidativa de Ácidos Graxos.
http://www.ciagri.usp.br/~luagallo/boxidacao.htm
Acesso em: 2007-04-29
3- Bioquímica / Romeo Ernesto Riegel. 3.ed.
Capítulo 7. Bioquímica dos lipídios.
4- Conceitos gerais do colesterol
http://www.afh.bio.br/digest/digest2.asp
Acesso em: 2007-04-29
Orientadores:
Jorge Salton