هانس كريبس: كيمياء البقاء على قيد الحياة

في مارس 1937، في مختبر في شيفيلد، قام هانس كريبس (Hans Krebs) وزميل له بفرم عضلة صدر حمامة قُتلت للتو، وعلقوها في محلول وراقبوا معدل الأيض فيها وهو يتناقص على مدى نصف الساعة التالية. ثم أضافوا أملاح حمض الستريك، واستمر النسيج في التنفس لفترة أطول بثلاث مرات تقريبًا. رُفضت الورقة البحثية التي تشرح السبب من قبل مجلة نيتشر (Nature). وبعد ستة عشر عامًا، فازت بجائزة نوبل.

ابن الجراح

وُلد كريبس في 25 أغسطس 1900 في هيلدسهايم بألمانيا، لأب يعمل جراحًا للأنف والأذن والحنجرة يُدعى جورج كريبس (Georg Krebs) وأم تُدعى ألما ديفيدسون (Alma Davidson). التحق بمدرسة جيمنازيوم أندريانوم (Gymnasium Andreanum) في مسقط رأسه ثم درس الطب من 1918 إلى 1923 في ثلاث جامعات — غوتينغن، وفرايبورغ، وبرلين — وحصل على دكتوراه في الطب من جامعة هامبورغ في عام 1925. ثم قضى عامًا آخر في برلين لدراسة الكيمياء، وهو قرار حوله من طبيب إلى عالم كيمياء حيوية.

متدرب لدى أوتو واربورغ

من عام 1926 إلى 1930، عمل كريبس مساعدًا لأوتو واربورغ (Otto Warburg) في معهد كايزر فيلهلم لعلم الأحياء في برلين. كان واربورغ أكثر المجربين إثارة للإعجاب في الكيمياء الحيوية الألمانية، وقد منحت فترة التدريب هذه كريبس التقنية التي ستحدد مسيرته المهنية: الدراسة الكمية لشرائح الأنسجة المتنفسة، حيث يمكن قياس كيمياء التحضير الحيوي بينما لا تزال تعمل. عمل كريبس بعد ذلك في مناصب بالمستشفيات في ألتونا وفرايبورغ تحت إشراف البروفيسورين ليختويتز (Lichtwitz) وتانهاوزر (Thannhauser).

الدورة الأولى

في فرايبورغ، وبالعمل مع طالب بحث يُدعى كورت هينسيليت (Kurt Henseleit)، حل كريبس مشكلة كيفية تخلص الثدييات من الأمونيا. كانت الإجابة، التي نُشرت في عام 1932، هي أن الأمونيا تتحول في الكبد إلى يوريا — وهو مركب أقل سمية بكثير، يُفرز في البول وهو مصدر رئيسي للحمض الأميني أرجينين. كانت الآلية أقل أهمية من شكلها. لقد كانت حلقة: سلسلة من التفاعلات التي تستهلك مدخلاتها، وتطلق منتجها، وتجدد مادتها الأولية، جاهزة للعمل مرة أخرى. كانت أول مسار أيضي دوري يتم اكتشافه على الإطلاق، وقدم فريدريك غاولاند هوبكنز (Frederick Gowland Hopkins) العمل إلى الجمعية الملكية في شتاء عام 1932.

الفصل من العمل، 1933

في أبريل 1933، فصلته الحكومة النازية من منصبه في العيادة الطبية بجامعة فرايبورغ؛ وأُنهي تعيينه رسميًا في يونيو من ذلك العام. دعاه هوبكنز، الذي كان يتابع أبحاث اليوريا في الأدبيات الألمانية، إلى كامبريدج. وصل كريبس في يوليو 1933 كزميل في مؤسسة روكفلر ثم كمحاضر في قسم الكيمياء الحيوية، وهو منصب شغله حتى عام 1935. كانت خسارة ألمانيا كاملة ودائمة: فالرجل الذي سيشرح كيف تستخلص كل خلية في الجسم الطاقة من الطعام قضى بقية حياته المهنية في إنجلترا.

تجربة صدر الحمامة

في عام 1935 انتقل كريبس إلى جامعة شيفيلد كمحاضر في علم الصيدلة. وهناك، مع ويليام جونسون (William Johnson)، أجرى تجارب عضلات الحمام التي أنتجت دورته الثانية والأعظم. أشارت الملاحظة بأن السترات أطالت التنفس ثلاث مرات إلى شيء مخالف للبديهة: حمض الستريك لم يكن يُستهلك كوقود، بل كان يعمل كعامل حفاز داخل حلقة مغلقة تستهلك نواتج تحلل السكر، وتطلق ثاني أكسيد الكربون، وتجدد نفسها.

ما تشرحه دورة حمض الستريك هو المعاملة المركزية لحياة الحيوان. يتم تغذية السكريات والدهون ومكونات البروتين فيها وتحويلها إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة، مع استخدام الإلكترونات المنطلقة لبناء روابط فوسفاتية عالية الطاقة في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات — خزان الطاقة الكيميائية للخلية. تقييم بريتانيكا هو أن الدورة "مركزية لجميع التفاعلات الأيضية تقريبًا ومصدر لثلثي الطاقة المشتقة من الغذاء في الكائنات الحية العليا". رفضت مجلة نيتشر، في عام 1937، نشرها.

شيفيلد وأكسفورد

أصبح كريبس أستاذًا في شيفيلد عام 1945، وفي عام 1954 انتقل إلى أكسفورد كأستاذ ويتلي للكيمياء الحيوية، حيث بقي في هيئة التدريس حتى عام 1967. واصل العثور على حلقات: بالعمل مع إتش. إل. كورنبرغ (H. L. Kornberg) وصف دورة الغليوكسيلات في النباتات والكائنات الدقيقة، وفي عام 1957 نشر الاثنان تقريرًا عن تحولات الطاقة في المادة الحية. انتُخب زميلًا للجمعية الملكية في عام 1947، وحصل على الميدالية الملكية في عام 1954، ومُنح لقب فارس في عام 1958، وحصل على ميدالية كوبلي من الجمعية الملكية في عام 1961. في عام 1953 شارك في جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب مع فريتز ليبمان (Fritz Lipmann)، وكان نص الاقتباس ببساطة "لاكتشافه دورة حمض الستريك".

تزوج من مارغريت سيسلي فيلدهاوس (Margaret Cicely Fieldhouse) في عام 1938؛ وأنجبا ولدين، بول (Paul) وجون (John)، وابنة، هيلين (Helen). توفي في أكسفورد في 22 نوفمبر 1981، عن عمر يناهز 81 عامًا.

لماذا يُسمى هانس عبقريًا

القدرة المميزة هنا ليست القوة الرياضية أو الجرأة النظرية بل نوع خاص من التعرف على الأنماط: القدرة على النظر إلى قائمة من الوسائط الكيميائية ورؤية دائرة حيث رأى الجميع خطًا. كان يُنظر إلى الأيض على أنه سلسلة تمتد من الطعام إلى النفايات. اكتشف كريبس، مرتين، أنه يعمل في حلقات — أن الجزيء يمكن أن يكون محفزًا لتجديده الخاص داخل خلية حية. كانت دورة اليوريا أول مسار من هذا القبيل يتم تحديده، وتبين أن دورة حمض الستريك هي غرفة المحركات للحياة الهوائية. هذه خطوة مفاهيمية من الدرجة الأولى، ولم يتم الفوز بها عن طريق التكهنات بل عن طريق القياس الكمي الدؤوب للأنسجة التي كانت لا تزال حية.

تستحق الحجة المضادة الصادقة أن تُذكر. التقنية التي جعلت ذلك ممكنًا — الدراسة المانومترية لتحضيرات الأنسجة المتنفسة — ورثها عن أوتو واربورغ بدلاً من اختراعها. تم العثور على كلتا الدورتين بالتعاون، مع هينسيليت ومع جونسون، وتمت مشاركة جائزة نوبل. ورفض مجلة نيتشر تعليمي: بالنسبة للخبراء المعاصرين في عام 1937، لم يُقرأ العمل على أنه ثوري، لأنه تم تجميعه من زيادات بدلاً من الإعلان عنه ككشف. لا يوجد قانون أو معادلة تحمل اسم كريبس؛ بل مسار أيضي. إنجازه تجريبي وتراكمي بدلاً من أن يكون فرديًا، وهذا هو بالضبط سبب عدم حاجته إلى المراجعة.

الإرث

يتم تدريس دورة كريبس الآن لكل طالب أحياء على وجه الأرض، عادةً كمخطط في صفحة واحدة، مما يخفي مدى صعوبة رؤيتها. أدى اكتشافها إلى تحويل الكيمياء الحيوية من علم وصفي إلى علم ميكانيكي وقدم الإطار الذي لا يزال الفهم الحديث لطاقة الخلية، وجزء كبير من فهم الطب للأمراض الأيضية، يستند إليه. لاجئ طردته بلاده في عام 1933 شرح، من مختبر إنجليزي إقليمي، كيف تبقى الكائنات الحية على قيد الحياة.