Este texto apareció originalmente en el número 8 (2010) de la revista CIC Network y lo reproducimos en su integridad por su interés.
Un problema de identidad
Resulta particularmente oportuno hablar del bioquímico Edwin G. Krebs, no solo por su reciente fallecimiento el 21 de diciembre de 2009 sino, también de modo especial, por el hecho de que su importante obra ha padecido con frecuencia un problema de identidad, problema originado por la circunstancia de que el apellido Krebs lo ostentan al menos tres famosos biólogos: aparte de Edwin, el mítico Hans A. Krebs (1900-1981), judío alemán devenido ciudadano inglés, premio Nobel de Medicina por los descubrimientos del ciclo de la urea y del ciclo del ácido cítrico, conocido como ciclo de Krebs, y su hijo John R. Krebs (1945-), Lord vitalicio y destacado zoólogo, coautor con Richard Dawkins de importantes trabajos sobre comportamiento animal. Con este último Krebs coincidí hacia 1954 en el City of Oxford High School, donde nos había precedido nada menos que Lawrence de Arabia.
Hace medio siglo, uno de los capítulos centrales de los textos de introducción a la Bioquímica se titulaba «Ciclo de Krebs» y, que yo recuerde, éste era el único en cuyo encabezamiento aparecía el nombre de un científico. En aquellos tiempos de subdesarrollo, muchos estudiantes españoles teníamos la sensación de que las materias de nuestro interés habían sido desarrolladas por sabios extranjeros ya fallecidos. Por esta razón, cuando por fin conocí a Krebs en un congreso de la Sociedad Española de Bioquímica, me produjo el efecto de que estaba ante una aparición del remoto pasado, impresión no tan descabellada si se tiene en cuenta que las principales contribuciones científicas de aquel casi octogenario profesor de Oxford habían sido hechas antes de la Segunda Guerra Mundial, cuando todavía era un treintañero científico alemán. Según ha contado el propio Edwin, la sombra del famoso ciclo que lleva su apellido, aunque no su nombre, le persiguió durante toda su carrera. Así por ejemplo, recién llegado a la Universidad de Washington en Seattle, el chairman de un departamento clínico incurrió en el error de confundirlo con el descubridor del ciclo: «Debo confesar que no corregí su falsa impresión. Estaba tan inseguro de mi estatus que me complacía ser tratado con tanta deferencia, aunque fuera por la razón errónea».Esta confusión le acompañó incluso hasta después de recibir el Nobel de Medicina en 1992: «Una de las cosas que me pasó por la cabeza cuando el premio, fue que ya no tendría que contestar más preguntas sobre el ciclo, pero la gente todavía me felicitaba porque mi ciclo había sido por fin reconocido −y pensaba que había sido necesario esperar hasta 1992 para que esto ocurriera». Con el fin de contribuir a deshacer este entuerto puede ser apropiado tratar de resumir la singular obra de Edwin Krebs, tomando su conferencia Nobel como guía.
Una aportación fundacional
En 1940, cuando Edwin inició sus estudios en la facultad de Medicina de la Washington University en St. Louis, ya se había establecido que la degradación del glucógeno en el músculo esquelético y en otros tipos de células ocurre por fosforolisis, catalizada por la enzima fosforilasa. En ese tiempo y en dicha facultad, Arda Green y el matrimonio Carl y Gerty Cori estaban purificando la fosforilasa de músculo de conejo y habían observado que la enzima podía existir en dos formas, α y b, que eran interconvertibles. Krebs tuvo oportunidad de familiarizarse con dichas investigaciones durante sus años de estudiante, pero no se incorporaría a ellas hasta más tarde. De hecho, su intención era dedicarse a la clínica y, recién graduado, en los meses finales de la Segunda Guerra Mundial, se alistó como médico en la Marina. Son muy numerosos los médicos que, en el camino hacia una carrera clínica, han ido quedando atrapados de forma irreversible por la investigación básica. Éste fue el caso de Edwin, quien al desmovilizarse no encontró sitio en St. Louis para hacer el internado y decidió seguir la recomendación de enrolarse temporalmente en la investigación básica. Entró en el laboratorio de los Cori y quedó seducido para siempre por lo que sería el trabajo de su vida.
La forma α de la enzima había sido eventualmente purificada y obtenida en forma cristalina, un hito para la época, y pudo comprobarse que era activa sin el concurso de cofactor alguno, mientras que la forma b era inactiva, excepto en presencia de concentraciones de adenosín monofosfato cíclico (5´-ampc) muy por encima de las fisiológicas. Aunque las dos formas de la enzima eran interconvertibles, se estaba muy lejos de entender el mecanismo subyacente y, mucho menos, su significado biológico. Tras dos años en el laboratorio de los Cori, en 1948 Edwin recibió la oferta de un puesto en la Universidad de Washington en Seattle, ciudad que le había subyugado cuando la visitó en su etapa de médico naval, y lo aceptó sin dudarlo. En este entorno pasaría el resto de su vida, excepto por un periodo en que fue chairman-fundador del Departamento de Química Biológica de la Universidad de California, en Davis. Cinco años más tarde se uniría al departamento Edmond H. Fischer, quien había trabajado en la fosforilasa de patata, y decidieron unir sus esfuerzos para dilucidar el secreto de la interconversión. Su asociación en los primeros años fue tan intensa que, si uno se ausentaba para dar una conferencia, el otro llevaba a cabo los experimentos del ausente. De hecho, en los círculos de la especialidad se les conocía por «los dos Eds», Edwin y Edmond. Por la misma época, Earl Sutherland, descubridor del 5´-ampc, segundo mensajero de la acción hormonal, estaba investigando sobre la implicación de este compuesto en la formación de la fosforilasa α de hígado.
Buscando en vano el papel del 5´-ampc en la activación de la forma b, Krebs y Fischer dieron con un mecanismo cuya generalidad e importancia no pudieron ni imaginar, la fosforilación reversible de proteínas. Dicho mecanismo consiste en esencia en que una proteína puede recibir un grupo fosfato del adenosin trifosfato (ATP), reacción que es catalizada por una enzima proteína quinasa. La proteína fosforilada sufre en consecuencia cambios estructurales y funcionales, tales como, en el caso de la fosforilasa, pasar de una forma inactiva a otra activa. En sentido inverso, una enzima proteína-fosfatasa puede liberar el fosfato de la proteína, devolviéndola a su estado inicial, inactivo, en el ejemplo de la fosforilasa. En otras palabras, el mecanismo de la fosforilación reversible de proteínas tendría un papel similar al de un interruptor-conmutador en una instalación eléctrica.
En una fase inicial se vio que este sistema de conmutación funcionaba en algunas enzimas relacionadas con el metabolismo del glucógeno. Se había demostrado inicialmente que operaba en la glucógeno fosforilasa y en la fosforilasa quinasa, y pronto se vio que también afectaba a la glucógeno sintasa. El trabajo sobre esta última enzima fue desarrollado en los años sesenta por Joseph Larner y sus discípulos, algunos tan destacados como C. Villar-Palasí y M. Rosell Pérez. En los años 1965 y 1966 tuve oportunidad de frecuentar el laboratorio de Larner y Villar-Palasí en la Universidad de Minnesota y de asistir a algunos de los seminarios que ellos impartieron sobre sus investigaciones: no cabía duda de la importancia y novedad del trabajo que llevaban a cabo, pero nada hacía barruntar la extraordinaria relevancia que ha alcanzado la fosforilación reversible en los procesos biológicos.
En contraste con las dos primeras enzimas, la glucógeno sintasa perdía actividad al fosforilarse, lo que sugería que la fosforilación actuaba cambiando el repertorio de enzimas activas en una coyuntura dada, activando unas y inactivando otras. Durante la primera década de estas investigaciones, este mecanismo regulador parecía restringido al metabolismo del glucógeno, pero el descubrimiento por Kuo y Greengard de una proteína quinasa dependiente de 5 ´-ampc, que era multifuncional, abrió el camino para explorar la verdadera importancia y generalidad de la fosforilación reversible en la fisiología de los seres vivos. Poco después se descubrió que una enzima ajena al ámbito del glucógeno, la piruvato deshidrogenasa, también se regulaba por fosforilación y, hacia finales de los años setenta, eran más de cincuenta las enzimas en las que se había comprobado dicho mecanismo, esto sin contar una infinidad de proteínas no enzimáticas para las que también era relevante.
Un mecanismo ubicuo
Krebs y Fischer recibieron el premio Nobel de Medicina en 1992 por un descubrimiento concreto y simple. Excelentes experimentadores, no eran ellos propensos a grandes planteamientos teóricos sino que, en cada paso, seguían su instinto hasta el siguiente paso. Sin embargo, lo mismo que el invento del transistor condujo a una pléyade de inventos cada vez más complejos que se basan en él, el descubrimiento de la fosforilación reversible llevó a una interminable nómina de mecanismos reguladores cada vez más complejos que se basan en ella. Entre los primeros en ponerse de manifiesto cabe señalar la amplificación de señal en cascada y la transmisión de señales extracelulares.
La actividad catalítica de una enzima implica que una molécula de ella es capaz de procesar a producto un elevado número de moléculas de sustrato; si el sustrato es la forma inactiva de una segunda enzima y el producto, la activa, unas pocas moléculas de la primera enzima generarán una infinidad de moléculas activas de la segunda; si la segunda es a su vez capaz de activar a una tercera enzima, tenemos lo que denominamos coloquialmente una cascada de amplificación, cada salto de la cascada supone una multiplicación del efecto. En otras palabras, la cascada es un mecanismo que permite que unas pocas moléculas desencadenen una activación enzimática a gran escala. Si por ejemplo, hemos de salir corriendo en una emergencia, nuestros músculos necesitan liberar deprisa glucosafosfato a partir del glucógeno que se almacena en nuestros músculos con el fin de extraer la energía necesaria para la acción mecánica: dicha liberación está catalizada por la fosforilasa y la fosforilasa es activada masivamente por un mecanismo en cascada. La señal que dispara dicha cascada es extracelular y debe ser transmitida al interior de la célula. En el caso del músculo, la señal extracelular es la adrenalina que, al unirse a su receptor en la membrana, activa una ciclasa acoplada que convierte el ATP en 5´-AMPC; este último activa una proteína quinasa, que a su vez activa una fosforilasa quinasa que a su vez activa la fosforilasa que liberará glucosa-fosfato a partir del glucógeno.
La activación (o la inactivación) de enzimas y proteínas no enzimáticas por sustitución reversible con fosfato regula toda suerte de funciones celulares, incluido el tráfico metabólico, de una forma no muy distinta a como una red de semáforos rigen el tráfico de una ciudad, abriendo y cerrando vías de una forma coordinada. Estamos pues ante un elemento esencial para la vida, que subyace tanto a procesos normales como a patológicos: el ciclo celular, el desarrollo de los organismos, el cáncer, la función neurológica y las señales cerebrales, la presión sanguínea, la inflamación o la respuesta de las plantas a sus patógenos son solo algunos de los procesos en los que está involucrada la fosforilación reversible. Como se puede constatar, aguas abajo de las pioneras investigaciones de Krebs y Fischer se fue ensanchando un verdadero amazonas de nuevo conocimiento.
Una aventura interior
En contraste con su excepcional trayectoria científica, con su aventura interior, los signos externos de su vida son los de un sano americano medio de vida prosaica. Aunque nació en Lansing, Iowa (1918), consideraría como su ciudad a Greenville, Illinois, un pueblo de entorno agradable y buen sistema educativo al que, tras varios traslados, fue a servir su padre como ministro presbiteriano. Nada hay reseñable de su etapa escolar, salvo que fue un buen estudiante que no mostró particular inclinación por la biología o la química y que no tenía ninguna afición especial. El temprano fallecimiento de su padre significó una cierta estrechez económica que debió servirle de acicate en sus estudios. Se inclinó por la medicina, más por su utilidad práctica que como ámbito de conocimiento. Como ya indicamos, su vocación y aptitud para la ciencia básica fue un descubrimiento tardío y su desembarco en el laboratorio de los Cori se debió más al azar que a la astucia. Debió tener excelentes condiciones para el liderazgo que ejerció a partir de los cincuenta años, como chairman de departamento, primero en Davis (California) y luego en Seattle (Washington). En el ensayo autobiográfico que publicó como parte del ritual del premio Nobel, no dejó traslucir ninguna afición especial por la literatura, las artes plásticas o la música. Que no ambicionaba la riqueza quedó patente por el hecho de que tardó tres días en preguntar a cuánto ascendía el citado premio y, cuando lo averiguó, por la forma en que lo gastó: «Ed (Fischer) y yo invitamos a nuestras familias ampliadas y pagamos el viaje a los que lo necesitaban». Ambos donaron la mayor parte del dinero a instituciones educativas, médicas y artísticas, e incluso un poco a sus respectivos departamentos. «Fácil viene, fácil se va», comentaría Edwin.
Francisco García Olmedo. Doctor ingeniero agrónomo y licenciado en ciencias químicas. Catedrático de bioquímica y biología molecular de la Universidad Politécnica de Madrid (1970-2008). Especialista en ingeniería genética de plantas. Ingresó en el Colegio Libre de Eméritos en 2007.
Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por CIC Network