enzim

Horowitz avançà, el 1945, unes idees molt suggerents basades en la hipòtesi de la sopa prebiòtica i en el concepte de la correspondència entre gen i enzim.

Després hi hauria un procés de refinament, de duplicació gènica i divergència que poliria les característiques d’especificitat i regulació de cada enzim en el context de la seua ruta.

Les dues classes de biomacromolècules centrals en aquests dos sistemes són, per una banda, les proteïnes, sobretot els enzims, que capitalitzen el funcionament i control del metabolisme.

Això és perquè a les cèl·lules actuals la integració funcional de proteïnes i àcids nucleics és indestriable: l’estructura de les proteïnes depèn de la informació emmagatzemada al genoma, mentre que tots els fenòmens moleculars lligats a la transferència de la informació genètica depenen de proteïnes que actuen com a enzims o com a reguladors.

En efecte, l’acció dels enzims introdueix a les reaccions una discriminació sobre els diferents isòtops químics.

Pel que fa als estudis de polimerització química, en absència d’enzims, els progressos han estat notables a causa, sobretot, de les aportacions de laboratoris com el de Leslie Orgel o James Ferris.

Tot i que encara ens resta molt per aprendre del funcionament dels sistemes metabòlics com un tot (per bé que és molt abundant la informació sobre els detalls dels passos individuals, sobre els enzims que hi actuen, sobre les característiques dels mecanismes considerats aïlladament, etc.), hom pot discutir certes hipòtesis sobre l’origen dels sistemes metabòlics.

Els enzims d’una mateixa ruta apareixerien per fenòmens de duplicació gènica i divergència.

Com a corol·lari, hom pot esperar, doncs, que aquests enzims guarden similituds estructurals detectables.

Hi ha moltes observacions que apunten en aquesta direcció, com el fet que els enzims que catalitzen reaccions similars en rutes diferents siguen homòlegs.

Nosaltres, aprofitant les tècniques més recents de la cromatografia amb columna de proteïnes — l'absorció amb cel·lulosa DEAE —, poguérem establir una metòdica capaç d'obtenir l'enzim pur i en quantitat, així com noves fraccions de la proteïna de la soja no descrites fins en aquella data.

Després d'una llarga selecció consideràrem un enzim poc conegut : la lipoxidasa o lipoxigenasa, descrita per primera vegada el 1934 pel francès ANDRÉ i el xinès HU.

I en aquest ordre d'idees resultava també de bell antuvi evident que la utilització d'un enzim que específicament destruís els peròxids que es formessin podria actuar com un control d'interès.

Amb l'altre enzim, la catalasa, el problema era diferent.

Però ja els primers que l'obtingueren cristal·lí, SUMMER i DOUNCE, publicaren en dues ocasions que aquest enzim perdia activitat en el transcurs del temps i que, a diferència de molts altres productes làbils, la seva liofilització, en lloc de garantir una activitat indefinida, en feia perdre més de la meitat en forma immediata en acabar la liofilització, i la resta, els dies subsegüents.

Un estudi detingut d'aquests fenòmens ens féu adonar que era degut al fet que la fracció proteica d'aquest enzim conté molècules d'aigua que formen part de la pròpia estructura; és a dir, aigua de constitució.

Uns, no previsiblement, breus assaigs, ens permeteren de trobar que l'addició d'un dissecàrid a l'enzim cristal·lí, pel seu poder higroscòpic, dificultava talment la liofilització en la seva fase final, que permetia de parar aquesta al moment precís, ja que ulteriors assaigs determinaren que l'activitat és com la dels cristalls de punt de partida, i la conservació, pràcticament il·limitada.

L'afectació de l'estat general dels animals tractats amb la lipoxidasa ens portà a estudiar algun dels compostos urinaris susceptibles d'orientar-nos sobre els processos metabòlics afectats per l'acció de l'enzim.

És a dir: no és pas que l'alteració metabòlica a què pugui donar lloc la sobrecàrrega colesteròlica comporti un dèficit d'hepatocatalasa ni que amb l'administració d'aquest enzim corregim aquest dèficit.

Si la incrementació de formació de peròxids, obtinguda mitjançant la lipoxidasa, produeix uns dismetabolismes que l'administració d'hepatocatalasa inhibeix en gran part, en les altres accions que, experimentalment o clínicament, s'obtenen amb aquest enzim, lògicament ha d'existir una hiperformació de peròxids.

Ochoa va demostrar experimentalment l’existència de l’enzim condensador, la citrat sintasa, que evidenciava el pas clau del cicle de l’àcid cítric postulat per Krebs.

Ochoa va aïllar i purificar l’enzim d’extractes de cor de vaca que permetia la formació, in vitro, de citrat i CoA amb només acetil-CoA i oxalacetat com a reactius.

També va aconseguir la cristal·lització de l’enzim, un detall poc comú en aquell temps entre els que es dedicaven a l’estudi dels enzims.

Demostrada l’existència de l’enzim oxidant, la isocitrat deshidrogenasa, Ochoa no aconseguia obtenir el producte esperat, l’oxalosuccinat.

Estudis intensius van permetre a Ochoa demostrar que el mateix enzim tenia dues funcions: la deshidrogenasa que transformava l’isocitrat en oxalosuccinat, i la descarboxilació d’aquest últim donant a-cetoglutarat mitjançant un pas depenent del cofactor Mn+2 .

Aquesta observació va permetre a Ochoa estudiar ambdues reaccions per separat i trobar la raó per la qual l’intermediari oxalosuccinat desapareixia per acció del mateix enzim.

El 1948 Ochoa i els seus col·laboradors descobreixen, en extractes de fetge, un enzim de fixació de CO₂ sobre el piruvat que dóna lloc al malat (Toro, 1995).

L’enzim aïllat, anomenat enzim màlic, va demostrar que catalitzava la reacció de manera reversible produint piruvat a partir de malat, cosa que va explicar la capacitat del sistema per a encebar el cicle o subministrar piruvats en l’anabolisme.

La polinucleòtid fosforilasa, l’enzim que li va donar el Premi Nobel El 1953 Marie Grumberg-Manago realitzava estudis sota la direcció de Severo Ochoa sobre els efectes dels extractes solubles d’Azotobacter vinelandii en l’intercanvi entre 32 Pi i l’ATP en el context de la recerca de sistemes de síntesi d’ATP connectats a l’oxidació de nutrients.

Severo Ochoa i la seva col·laboradora es van adonar que havien descobert en els extractes d’A. vinelandii un enzim que catalitzava la síntesi d’un polímer de RNA.