1910: ALBRECHT KOSSEL

Artigo científico escrito por:
Letícia Brigolini 
Lucas Schirmer Martins
Faculdade de Medicina UPF

 Resumo

Este estudo apresenta um breve histórico do Prêmio Nobel e a biografia de Albrecht Kossel, pelos trabalhos de pesquisa do mesmo. O autor era bioquímico alemão, nascido em Rostock, pesquisador da Universidade de Heidelberg, e cujos estudos foram fundamentais para conhecimento da composição química da célula. Foi ganhador do Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina no ano de 1910 pela descoberta das bases adenina e timina do ácido nucléico. Os componentes básicos dos ácidos nucléicos desvendados por Kossel se apresentam hoje como fatores decisivos na transmissão da informação genética de todos os seres vivos, e este trabalho constituiu o ponto de partida de uma evolução cujo término não é possível prever.
Palavras-chave: ácido nucléico, adenina, timina e bioquímica.

Abstract

This study presents a brief historic of Nobel Prize and the biography of Albrecht Kossel, by his research studies. The author was a german biochemist, was born in Rostock, researcher of Heidelberg University, and which studies were fundamental to the knowledge of the cell chemistry composition. He was the winner of the Fisiology or Medicine Nobel Prize in 1910, by the discover of adenin and thymin of the nucleic acid. The basic components of the nucleic acids found by Kossel represent today as decisive factors in the transmition of the genetic information of all live beings, and this work stablished the start of an evolution which end is not possible to know.
Key Words: nucleic acid, adenin, thymin and biochemestry.

Introdução

Este trabalho disserta brevemente sobre o Prêmio Nobel, através da biografia de Albrecht Kossel. Além disso, busca incentivar a pesquisa no curso de Medicina da Universidade de Passo Fundo e também a compreensão da construção do conhecimento na área da genética. 
Em 1910, o Comitê do Prêmio Nobel entregou este prêmio ao professor de fisiologia de Heidelberg Albrecht Kossel com as seguintes palavras: “Em reconhecimento a sua dedicação à química celular com seus trabalhos sobre as proteínas, incluindo os cromoplasmas”. Nenhum dos membros do Comitê poderia se dar conta de que estavam premiando um trabalho que constituiria o ponto de partida de uma evolução cujo término não é possível prever. Os componentes básicos dos ácidos nucléicos descobertos por Kossel se apresentam hoje como fatores decisivos na transmissão da informação genética de todos os seres vivos. (HERMANN, Armin.  Premios Nobel Alemanes. Munich: Heinz Moos, 1968. NOBEL Lecturers, Physiology or Medicine 1901-1924. Amsterdam: Elsevier Publishing Company, 1967. DICIONÁRIO Biográfico de Prêmios Nobel, 1949.)
Nem mesmo Kossel poderia vislumbrar este acontecimento. Ele não era especialista em genética, mas sim em bioquímica, e teve que lutar muito para que sua especialidade fosse reconhecida, como demonstram as palavras que pronunciou em seu discurso de posse na reitoria da Universidade: “A bioquímica criou uma ordem de idéias própria e independente, que afeta as bases da biologia, e iniciou um novo paradigma que as Universidades devem se dar conta, concedendo para ela Institutos de Investigação e lhe garantindo uma importância capital no ensino”. (Ibid)
O artigo compõe-se, portanto, de breve histórico do Prêmio Nobel, da biografia de Albrecht Kossel e conclusão dos autores.

Desenvolvimento

Ludwig Karl Martin Leonhard Albrecht Kossel nasceu em Rostock, Alemanha, no dia 16 de setembro de 1853. Foi educado na escola secundária em Rostock e após foi estudar Medicina na Universidade de Estrasburgo, onde foi aluno de professores como Bary, Waldeyer, Kundt, Baeyer e Hoppe-Seyler. Doutor em Medicina (1878) quando já era assistente no Instituto Hoppe-Seyler de Físico-Química de Estrasburgo, qualificou-se (1881) como palestrante de Química Fisiológica e Higiene. Convidado (1883) por E. du Bois-Reymond, assumiu a direção da Divisão Química do Instituto de Fisiologia de Berlim, substituindo E. Baumann, que tinha ido para Freiburg. No Instituto de Fisiologia (1887) tornou-se Professor Extraordinário na Faculdade de Medicina. Mudou-se (1895) para Marburg, Hessen, como Professor Ordinário de Fisiologia e para dirigir o Instituto de Fisiologia de lá. Depois de seis anos (1901), voltou a Heidelberg, indicado por Kühne para assumir a vaga de Helmholtz, e ali permaneceria como professor até sua morte, em 1927. Foi pró-reitor da Universidade de Heidelberg (1908-1909), e doutor honorário em muitas outras instituições. (www.sobiografias.hpg.ig.com.br/AlbrecKo.html) Acesso em 26/09/05.
 O desenvolvimento da química orgânica no século passado foi baseado, principalmente, na construção de conceitos e no arranjo espacial dos átomos. Como nós sabemos, a química orgânica é capaz de apresentar o conhecimento da composição de uma substância orgânica e suas reações químicas, e suas visões de posição no sistema químico, com clareza e precisão, e mostra a distribuição de um número variado de tipos de átomos no espaço. (www.nobelprize.org) Acesso em 15/07/05.
Quando alguém usa estes conceitos na investigação de tecidos animais ou vegetais, é guiado para o quadro de estruturação química destas formações orgânicas. O domínio científico que é aberto desta maneira pode, de várias formas, ser comparado com a ciência da estrutura anatômica dos seres vivos. (Ibid)
Observações comparativas nos guiaram para o conceito de que há certos processos vitais comuns para animais e plantas, que há para alguns um mecanismo químico que atua em princípios comuns em vários tipos de matérias vivas. Estes processos fisiológicos básicos devem estar situados naquela substância que aparece em todo o lugar para ser o foco principal do processo de combustão fisiológica do qual, ao mesmo tempo, as partes remanescentes do corpo procederam – o protoplasma. (Ibid)
Obviamente, a investigação química desta estrutura deve parecer ser um dos mais importantes problemas da bioquímica, mas as dificuldades de tal investigação se tornam aparentes nas primeiras análises – primeiramente na seleção e preparação do material para elas. As células vivas quase sempre contêm, no seu interior, os produtos visíveis e invisíveis de sua atividade fisiológica ou sua nutrição. A distinção entre os componentes e inclusões, entre substâncias corporais organizadas e metabólitos químicos são difíceis de distinguir, e os resultados definitivos para algum conteúdo, podem somente ser esperados na base da avaliação histológica cuidadosa e estudo comparativo. Desta maneira, as mais variadas estruturas celulares e protoplasmas sem forma foram investigados, e grupos individuais de componentes definidos, os quais repetidamente emergem nas listas destes componentes, e, desde o estudo de Hoppe-Seyler, núcleos, lecitina, colesterol e sais de potássio e também proteínas, foram adicionados à lista. (Ibid)
Novos prospectos foram abertos quando as tentativas foram feitas para trazer o núcleo da célula dentro do escopo destas investigações. Aqui nós temos um órgão de células cuja estrutura e funcionamento deve estar associado ao processo geral de vida. (Ibid)
As primeiras observações nesta esfera iniciaram no laboratório de Hoppe-Seyler, em 1860, sobre o núcleo de células com pus. Miescher, um estudante de Hoppe-Seyler, foi capaz de isolar estes núcleos, e ele achou neles uma substância muito rica em fósforo, a qual ele chamou “nucleína”. Um assunto aceitável para seu trabalho foi encontrado em uma estrutura que se desenvolve através da transformação de núcleos celulares e retém sua constituição química e, aparentemente, também uma parte essencial para sua função fisiológica – nomeada espermatozoa. No curso das décadas seguintes, evidências acumuladas mostram que a nucleína, ou material nucléico, é realmente peculiar para o núcleo das células. Investigações químicas mostraram que, ao mesmo tempo, materiais nucléicos pertenciam a uma bem definida parte da substância nuclear que permanecia de uma maneira muito distinta durante os processos de transformação, cuja quantidade em vários núcleos é variável e que, por causa desta reação a certos descolorantes, recebeu o nome de cromatina. (Ibid)
A estrutura química destas substâncias nucléicas mostra algumas peculiaridades que são encontradas em muitos componentes orgânicos do protoplasma, particularmente naqueles que participam ativamente nos processos metabólicos. Foi observado que tais componentes se desfazem em certo número fechado de grupos de átomos que foram comparados a blocos de construção. Estes blocos de construção se encaixam juntos num grande número e variedade e, aparentemente, de acordo com um plano definido, formam a molécula das proteínas, amido e glicogênio, e, em menor número, aquelas de gorduras e fosfolipídios. Os complicados componentes orgânicos da nutrição são quebrados nestes blocos de construção, quando são preparados pela digestão para serem absorvidos pelo corpo, e, destes blocos, as grandes moléculas dentro do organismo podem então ser encaixadas juntas. (Ibid)
As substâncias nucléicas mostram uma composição deste tipo também. Análises químicas mostraram primeiramente que, em muitos casos, substâncias nucléicas são quebradas em duas partes, e uma tendo uma característica de proteína. Esta parte não possui nenhum outro grupo atômico que as proteínas normais. A outra parte, contudo, é de estrutura característica, a qual foi chamada ácido nucléico. Disto, Kosssel obteve sucesso em obter um número de fragmentos que poderiam ser dissolvidos fora da molécula por ação de agentes químicos, e que foram reconhecidos por uma concentração especial de átomos de nitrogênio. Aqui quatro grupos contendo nitrogênio são apresentados juntos: citosina, timina, adenina e guanina. (Ibid)
Logo foi aceito que a guanina e outras substâncias similares eram originárias da molécula de proteína. O conhecimento de sua origem do ácido nucléico, que era inesperado e teve grande oposição contra, ganhou ao mesmo tempo um entendimento de fenômeno particular para o qual uma explicação foi necessária. Uma investigação mais apurada mostrou que estes elementos, que por seu comportamento externo e contendo fósforo foi previamente considerado como nucleínas, apresentam uma estrutura química de tipo diverso. Os blocos de construção, ricos em nitrogênio, são completamente inexistentes – eles realmente não pertencem ao grupo das substâncias nucléicas e formam uma classe especial. (Ibid)
Além do mais, a relação entre as substâncias ricas em nitrogênio com os núcleos das células foi reconhecida pela questão do arranjo dos átomos de nitrogênio e carbono na molécula que permanecem. A adenina e a guanina pertencem ao grupo de componentes químicos que hoje são incluídos sob o nome de derivados de halogênio ou púricos. As outras duas, timina e citosina, mostraram uma composição simples. Experimentos de quebra e síntese levaram ao resultado de que na timina deve haver um grupamento de átomos de carbono e nitrogênio. (Ibid)
É evidente que na timina e citosina um sistema parecido com anel de átomos de nitrogênio e carbono deve ser assumido. A posição dos átomos na citosina poderia ser determinada porque, sob a ação de um agente oxidante, esta substância se quebra em ácido oxálico, e esta elucidação de sua constituição foi logo seguida por sua síntese. Em contraste a este anel simples, que é conhecido como anel pirimídico, há na fórmula para a adenina e a guanina um anel duplo, chamado anel púrico, que ainda mostra uma grande concentração de átomos de nitrogênio. (Ibid)
Nos quatro fragmentos de moléculas de ácido nucléico, os átomos de carbono e nitrogênio são vistos a se encaixar juntos de acordo com o mesmo plano básico. O anel púrico origina-se como se fosse o resultado da adição estrutural ao anel pirimídico. Se agora os conhecidos quatro derivados pirimídicos e púricos são expostos a uma ação química forte, ou se seu comportamento é seguido no corpo, isto pode ser visto que aqueles átomos de carbono e nitrogênio, cuja ligação permite a formação do anel, são difíceis de separar e, do contrário, outros átomos que são adicionalmente acrescentados ao anel, por exemplo, o grupo NH2, podem ser subtraídos pela introdução de elementos de água. Nesta maneira os derivados desenvolvem, os quais são chamados hipoxantina, xantina e uracil, e que, às vezes, são encontrados ao longo da adenina, guanina e citosina. Se a natureza dos blocos de construção individual, tal como em uma estrutura molecular grande, está presente em ácido nucléico foi acertada, duas novas questões aparecem: quais são as quantidades relativas de cada bloco e como eles são mutuamente arranjados? (Ibid)
A primeira destas questões foi respondida pelas investigações de H. Steudel. De acordo com suas análises, nós temos que assumir que, para cada um dos quatro grupos ricos em nitrogênio, há uma molécula de carboidrato e um ácido fosfórico. Existe somente uma observação que permite que a conclusão seja desenhada em associação entre o grupo carboidrato e os grupos ricos em nitrogênio: em ambos fragmentos, se o ácido nucléico é cuidadosamente quebrado, o ácido nucléico aparece como um complexo de pelo menos 12 blocos, mas na célula a estrutura é provavelmente maior, porque algumas observações sugerem que nos órgãos muitos desses complexos são combinados uns com os outros. O mesmo fenômeno é repetido no ácido nucléico que nós conhecemos das proteínas, gorduras, ácidos biliares muitos outros produtos bioquímicos – o desenvolvimento de uma série inteira de vários tipos de substâncias que mostram a mesma idéia arquitetônica carreada de muitas e variadas maneiras. Um ácido nucléico é encontrado nas células de uma gema, a qual carece de timina, um dos quatro grupos que contém nitrogênio, e que contém um anel com cinco carboidratos. Os complexos ácidos nucléicos são encontrados nessa estrutura morfológica tão importante em combinação com diferentes proteínas, e estas combinações podem ocorrer de uma grande variedade de formas. Em alguns órgãos, uma combinação livre destes dois componentes é encontrada, o qual se comporta como um sal, e do qual ambos, o ácido e a proteína, podem facilmente ser isolados. (Ibid)
Em outras células há uma forte combinação entre elas, que é fortemente resistente à ação de agentes químicos de separação. A substância do núcleo da célula lembra, então, um estroma associado, como uma massa insolúvel. Se esta massa de nucleína é colocada em contato com ácidos diluídos, a maior parte da proteína é dissolvida, enquanto o ácido nucléico é deixado. Combinações livres similares são encontradas também em células de tecidos glandulares: timo, glândulas linfóides, baço, e em todos os tecidos em que parte da proteína está em um local, e a outra numa combinação livre. (Ibid)
A molécula de proteína é feita de tais blocos de construção. Nós não sabemos quão freqüente cada bloco é repetido em toda a estrutura, mas nós somos capazes de determinar a proporção relativa entre as quantidades dos blocos de construção variavelmente formados. Por exemplo, nós podemos determinar quão grande a quantidade de diaminoácidos é comparada com a de monoaminoácidos, e qual porcentagem de nitrogênio total está presente na forma de ácido diaminovalérico. Já estas taxas, embora elas não dêem nenhuma idéia do arranjo relativo dos blocos, mostraram importantes diferenças entre as proteínas investigadas previamente, além de mostrar que entre elas as proteínas coladas frouxamente previamente mencionadas dos núcleos das células ocupam um lugar especial. (Ibid)
A peculiaridade destas proteínas nucleares depende do fato de que uma grande quantidade de certos tipos de blocos de construção, nomeados grupos ricos em nitrogênio, é concentrada em suas construções. Em comparação com as proteínas remanescentes, eles contêm grandes quantidades de diaminoácidos, especialmente ácido diaminovalérico e os grupos amidina juntos a ele, além da histidina. A inserção destes grupos contendo nitrogênio na molécula da proteína é devido a grupos básicos que estão presentes no “estado reativo livre”. Uma proteína deste tipo é encontrada, por exemplo, no núcleo dos enterócitos dos pássaros e, como já mencionado, pode ser facilmente removida por ácidos solúveis em minerais, chamados histonas. Substâncias similares são distribuídas nos tecidos de grandes e pequenos animais numa combinação salina com o ácido nucléico. Eles também ocorrem no espermatozóide de invertebrados, cefalópodes e também no espermatozóide de determinados peixes. Como exemplo disso podemos citar vários tipos de bacalhau, dos testículos dos quais nós podemos obter uma histona que é muito similar em sua composição e qualidades químicas à histona obtida dos eritrócitos de pássaros ou do timo. Estas histonas, livremente combinadas com o ácido nucléico, mostra a natureza das proteínas, normalmente complicadas, e são somente diferenciadas delas por uma qualidade especial: a prevalência de grupos básicos livres. Se os testículos de outros peixes forem submetidos à mesma investigação, corpos de uma composição mais simples são obtidos, os quais tomam lugar da histona na cabeça do esperma – estas são as protaminas. A conclusão foi formada de uma série de observações, e estas proteínas básicas surgiram no curso do desenvolvimento através da transformação de proteínas comuns em grupos pobres em nitrogênio, que foram gradualmente dissolvidos deles. (Ibid)
Se nós resumíssemos os resultados das investigações de substâncias nucleares aderidas livremente, o resultado é o que segue: uma composição da substância cromatina de dois componentes do núcleo da célula, uma rica em ácido fosfórico e tendo as qualidades de um ácido; a segunda mostrando uma proteína com as qualidades de uma base. Em suas estruturas químicas, ambos componentes mostram uma similaridade notável baseada em acumulação remarcável de átomos de nitrogênio. O porquê desta estrutura química de formação de cromatina ser firmemente diferenciada dos componentes celulares remanescentes se deve, obviamente, a estar associada com a função das substâncias de cromatina. Estes grupos de átomos ricos em nitrogênio e contendo fósforo são aqueles cujos depósitos nos cromossomos são primeiramente postos em movimento durante a divisão celular, e cuja transmissão para outras células forma uma parte essencial do processo reprodutivo. (Ibid)
Conclusão
A revisão de fatos tão significativos para o contexto científico atual é muito valiosa, e o Prêmio Nobel, importante evento de incentivo à pesquisa, premia achados importantes, como a descoberta da constituição do ácido nucléico, feita por Albrecht Kossel. É impossível imaginar toda a evolução que o estudo celular teve se a ele não agregarmos as descobertas de Kossel. A dedicação e o esmero deste bioquímico em suas pesquisas científicas renderam-lhe não apenas o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina no ano de 1910, mas o reconhecimento de que a sua publicação mudou, de forma significante, o rumo do estudo da bioquímica celular.
Referências Bibliográficas
HERMANN, Armin.  Premios Nobel Alemanes. Munich: Heinz Moos, 1968.
NOBEL Lecturers, Physiology or Medicine 1901-1924. Amsterdam: Elsevier Publishing Company, 1967.
DICIONÁRIO Biográfico de Prêmios Nobel, 1949.
LUDWIG Karl Martin Leonhard Albrecht Kossel. Disponível em: . Acesso em: 26/09/05.
BIOGRAPHY of Albrecht Kossel. Disponível em: . Acesso em: 15/07/05.
Orientadores:
Evania Araújo
Jorge Salton