Jens C. SKOU (Lemvig, Dinamarca, 1918 – Aarhus, 2018) recibió la mitad del premio Nobel de Química en 1997 “por el primer descubrimiento de una enzima transportadora de iones Na+, K+ –ATPasa”.

Paul D. BOYER (Provo,UT, 1918 – Los Ángeles, 2018) y John E. WALKER (Halifax, UK, 1941) compartieron la otra mitad del mismo premio “por la elucidación del mecanismo enzimático que subraya la síntesis de adenosin trifosfato ATP”.

Jens SKOU cursaba los siete años de medicina cuando Alemania, en 1940, invadió Dinamarca. En 1944 empezó a trabajar en un hospital como cirujano de causas leves. En 1954 se doctoró en la Universidad de Aarhus con una tesis sobre anestésicos locales. En la misma Universidad fue profesor de Fisiología en 1963 y de Biofísica en 1977. En su lección del Nobel, titulada “La identificación de la bomba Na – K”, Skou recordó que en 1925 Gorter y Grendel demostraron que la membrana celular estaba formada por una bicapa de lípidos de unos 40 angstrom de espesor, con los grupos hidrofílicos orientados hacia la fase acuosa y los hidrofóbicos juntándose en el centro de la membrana. En 1935, dijo, Danielli y Davson sugirieron que había una capa de proteínas adsorbida en cada lado de la bicapa de lípidos. Además, se sabía que la concentración de K+ dentro de la célula era mayor que en el exterior y que la concentración de Na+ era menor dentro que fuera; pero, ¿cómo se mantenía la diferencia de concentraciones? Hacia los años 1950 se admitió que había un efluvio iones sodio y un influjo de iones potasio producidos por una especie de bomba molecular. Skou había comprobado que los anestésicos locales aumentaban la permeabilidad de la membrana al sodio porque bloqueaban el cambio conformacional de las proteínas. También se supo que la ouabaína, un glucósido, inhibía el transporte de Na+ y K+ en los glóbulos rojos de la sangre, mientras que Robert Post publicaba que el ATP de la membrana participaba en el transporte activo de sodio y potasio en los eritrocitos humanos. En 1957, Skou describió la primera bomba molecular descubierta: una enzima localizada en la membrana de la célula, en el lado del citoplasma, que catalizaba la hidrólisis del ATP, era inhibida por los glucósidos cardiacos y transportaba Na+ y K+. La enzima, denominada ATPasa, mantenía los gradientes de Na+ y K+ dentro y fuera de la célula, lo que representaba una fuente de energía. Después se descubrieron otros transportes de iones, otras bombas, otras ATPasa. Finalmente, Skou aludió a la magnitud del problema al que se había enfrentado: se trataba de discernir cómo 1320 aminoácidos ubicados en un volumen de 60x60x100 angstrom podían acoplarse en una máquina eficiente que convertía la energía química de la hidrólisis del ATP en el trabajo de transportar cationes en contra del gradiente electroquímico y, además, distinguir los iones potasio de los de sodio. En un problema tan complejo el progreso del conocimiento ha de ser lento ¡A mí me costó treinta años de esfuerzos!, dijo.

Paul BOYER estudió en la Universidad Brigham Young de Provo, Utah, pero no era mormón sino que coincidía con Kroto en el pensamiento ateo y en la acción humanista. Se doctoró en Bioquímica en la Universidad de Wisconsin en 1943. Trabajó con Hugo Theorell, premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1955, en enzimas y en el año del premio. En 1963 adquirió la condición de profesor de la Universidad de California Los Ángeles, donde fue director del Instituto de Biología Molecular y, en 1990, emérito. Curiosamente, nació y murió en los mismos años que Jens Skou, a ambos faltando unos pocos meses para llegar a centenarios. En la ‘lectura’ del Nobel, titulada “Energía, vida y ATP”, Boyer recordó que hacía unos cincuenta años que se demostró la fosforilación oxidativa, un proceso por el que nuestros cuerpos captan energía de los alimentos para usarla en las funciones celulares esenciales. Nosotros demostramos, dijo, que este proceso está consumado por una máquina molecular que enlaza el ATP a enzimas. (El ATP, adenosin trifosfato, es el portador universal de energía en las células de los seres vivos. Fue descubierto por Karl Lohman en 1929, clarificada su función por Fritz Lipmann y sintetizado por Alexander Todd en 1957). Cuando se usa la energía que almacena el ATP, siguió diciendo, se rompe el enlace y se forma adenosin difosfato (ADP) y fosfato inorgánico (Pi). Para sintetizar de nuevo el ATP se necesita aportar energía a una reacción catalizada ATP sintasa, una enzima abundantemente presente en las membranas celulares de las mitocondrias animales, en los cloroplastos de las plantas, en las bacterias y en otros organismos. El ATP sintetizado es transportado fuera de las mitocondrias y es usado para las funciones musculares cerebrales, renales y demás. El fosfato que se libera al emplear el ATP vuelve a las mitocondrias para sintetizar de nuevo el ATP con la energía donada por las oxidaciones. Las reacciones se pueden expresar así: Pi + ADP <===> ATP + H2O , con la ATP sintasa como catalizador tanto de la síntesis (reacción directa) como de la hidrólisis del ATP (inversa). La formación y uso del ATP es la reacción más importante del mundo, dijo Boyer. La enzima posee tres sitios catalíticos, que cooperan sucesivamente en rotación con intervención en los cambios de enlaces de los protones (H+) liberados en las oxidaciones. De la explicación más detallada de estas cuestiones se encargó Walker.

John WALKER se doctoró en la Universidad de Oxford, GB, en 1969, bajo la dirección del investigador en antibióticos E.P.Abraham. Desde esta fecha hasta 1974 estuvo en la Universidad de Wisconsin primero y en el Instituto Pasteur después. Volvió a Cambridge, al Laboratorio de Biología Molecular donde coincidió con Sanger, Klug, Crick, Brenner, H.Huxley, John Smith y Milstein. En su lección del Nobel, titulada “Síntesis de ATP por catálisis rotatoria”, Walker se preguntaba: ¿qué intermediario existe entre el NADH y el ATP? Por que Peter Mitchel estableció que el NADH (nicotinamida adenin dinucleótido, forma reducida), un producto clave en los metabolismos de carbohidratos y grasas, generaba energía en las mitocondrias mediante un gradiente de potencial debido a un flujo de protones a través de la membrana celular. Se demostró, dijo, que la fuerza motriz de los protones estaba sostenida por la enzima ATP sintasa, la cual conducía a la síntesis del ATP a partir de ADP y Pi no sólo en la mitocondria sino también en los cloroplastos. En 1990 Walker obtuvo la estructura de la enzima ATP sintasa mediante cristalografía por difracción de rayos X, y dedujo que constaba de dos partes diferenciables: F0 y F1. El dominio F1-ATPasa, adherido a la membrana, contenía cinco subunidades con nueve polipéptidos, de los cuales unos se unían a F0 y otros catalizaban. El dominio hidrofóbico F0 era un motor rotatorio, movido por la fuerza motriz de los protones, que transmitía la energía a F1 para que, en sus tres sitios catalíticos, se sintetizase el ATP. Sir John Walter confía en que se demuestre en el futuro una relación entre la constitución del dominio F0 y los motores que mueven los flagelos de las bacterias.