Historia del estudio de la glucólisis

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La vía de la glucólisis, como se la conoce hoy, tardó casi 100 años en descubrirse por completo (Barnett, 2003). Se requirieron los resultados combinados de muchos experimentos más pequeños para comprender la ruta como un todo.

Figura 1. Louis Pasteur (Dole, Francia el 27 de diciembre de 1822-Marnes-la-Coquette, Francia el 28 de septiembre de 1895) fue un químico, físico​, matemático​ y bacteriólogo francés, cuyos descubrimientos tuvieron enorme importancia en diversos campos de las ciencias naturales, sobre todo en la química y microbiología. A él se debe la técnica conocida como pasteurización (eliminar parte o todos los gérmenes de un producto elevando su temperatura durante un corto tiempo) que permitió desarrollar la esterilización por autoclave. A través de experimentos, refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea y desarrolló la teoría germinal de las enfermedades infecciosas. Por sus trabajos, se le considera el pionero de la microbiología moderna, con lo que inició la llamada «Edad de Oro de la Microbiología».

Los primeros pasos para comprender la glucólisis comenzaron en el siglo XIX con la industria del vino. Por razones económicas, la industria vitivinícola francesa trató de investigar por qué el vino a veces se agriaba, en lugar de fermentar en alcohol. El científico francés Louis Pasteur investigó este problema durante la década de 1850, y los resultados de sus experimentos comenzaron el largo camino para dilucidar el camino de la glucólisis. Sus experimentos mostraron que la fermentación ocurre por la acción de microorganismos vivos; y que el consumo de glucosa de la levadura disminuyó en condiciones aeróbicas de fermentación, en comparación con las condiciones anaeróbicas (el efecto Pasteur).

Los experimentos de fermentación no celular de Eduard Buchner proporcionaron información sobre los pasos componentes de la glucólisis durante la década de 1890 (Kohler, 1971).

Figura 2. Eduard Buchner (20 de mayo de 1860, Múnich - 13 de agosto de 1917, también en Múnich) fue un destacado químico alemán, galardonado con el premio Nobel de Química en 1907 «por sus investigaciones en bioquímica y por su descubrimiento de la fermentación no celular».

Buchner demostró que la conversión de glucosa en etanol era posible usando un extracto de levadura no vivo (debido a la acción de las enzimas en el extracto) (Cornish-Bowden, 1997). Este experimento no solo revolucionó la bioquímica, sino que también permitió a los científicos posteriores analizar esta vía en un entorno de laboratorio más controlado. En una serie de experimentos (1905-1911), los científicos Arthur Harden y William Young descubrieron más piezas de glucólisis. Descubrieron los efectos reguladores del ATP en el consumo de glucosa durante la fermentación de alcohol. También arrojaron luz sobre el papel de un compuesto como intermediario de la glucólisis: la fructosa 1,6-bisfosfato.

La elucidación de fructosa 1,6-bisfosfato se logró midiendo los niveles de CO₂ cuando el jugo de levadura se incubó con glucosa. La producción de CO₂ aumentó rápidamente y luego disminuyó. Harden y Young notaron que este proceso se reiniciaría si se añadiera un fosfato inorgánico (Pi) a la mezcla. Harden y Young dedujeron que este proceso producía ésteres de fosfato orgánicos, y otros experimentos les permitieron extraer fructosa 1,6-bisfosfato.

Figura 3. Arthur Harden (Mánchester, 12 de octubre de 1865 – Bourne End, 17 de junio de 1940) fue un bioquímico y profesor universitario inglés galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1929.

Figura 4. William John Young (26 de enero de 1878 - 14 de mayo de 1942) fue un bioquímico inglés.

Arthur Harden y William Young junto con Nick Sheppard determinaron, en un segundo experimento, que una fracción subcelular de alto peso molecular sensible al calor (las enzimas) y una fracción de citoplasma de bajo peso molecular insensible al calor (ADP, ATP y NAD⁺ y otros cofactores) se requieren juntos para que continúe la fermentación. Este experimento comenzó observando que el jugo de levadura dializado (purificado) no podía fermentar o incluso crear un fosfato de azúcar. Esta mezcla fue rescatada con la adición de extracto de levadura no dializado que había sido hervido. Hervir el extracto de levadura deja todas las proteínas inactivas (ya que las desnaturaliza). La capacidad del extracto hervido más el jugo dializado para completar la fermentación sugiere que los cofactores eran de carácter no proteico.

Figura 5. Otto Fritz Meyerhof (12 de abril de 1884 - 6 de octubre de 1951) fue un médico y bioquímico alemán que ganó el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1922.

En la década de 1920, Otto Meyerhof pudo vincular algunas de las muchas piezas individuales de glucólisis descubiertas por Buchner, Harden y Young. Meyerhof y su equipo pudieron extraer diferentes enzimas glucolíticas del tejido muscular y combinarlas para crear artificialmente la vía del glucógeno al ácido láctico (Kresge, Simoni, & Hill, 2005).

En un artículo, Meyerhof y el científico Renate Junowicz-Kockolaty investigaron la reacción que divide la fructosa 1,6-difosfato en los dos trifosfatos. Trabajos previos propusieron que la división se produjo a través de 1,3-difosfogluceraldehído más una enzima oxidante y acogedora masa. Meyerhoff y Junowicz encontraron que la constante de equilibrio para la reacción de isomerasa y aldosas no se vio afectada por fosfatos inorgánicos o cualquier otra enzima acogedora o oxidante. Luego eliminaron el difosfogluceraldehído como posible intermediario en la glucólisis (Kresge et al., 2005).

Figura 6. Gustav Georg Embden (10 de noviembre 1874 en Hamburgo; 25 de julio 1933 en Nassau) fue un bioquímico alemán, principalmente conocido por haber descrito junto a Otto Meyerhof el ciclo que lleva sus nombres, una vía para el catabolismo de los carbohidratos conocido como «vía Meyervhof-Embden» y que por ser la más común, se utiliza en la práctica como sinónimo de glicólisis.

Con todas estas piezas disponibles en la década de 1930, Gustav Embden propuso un esquema detallado y paso a paso de esa vía que ahora conocemos como glucólisis (Barnett, 2003).  Las mayores dificultades para determinar las complejidades de la vía se debieron a la muy corta vida útil y a las bajas concentraciones en el estado estacionario de los intermedios de las reacciones glucolíticas rápidas. En la década de 1940, Meyerhof, Embden y muchos otros bioquímicos finalmente habían completado el rompecabezas de la glucólisis. La comprensión de la vía aislada se ha ampliado en las décadas posteriores, para incluir más detalles sobre su regulación e integración con otras vías metabólicas.