Hans Krebs: Die Chemie des Überlebens

Im März 1937 zerkleinerten Hans Krebs und ein Kollege in einem Labor in Sheffield den Brustmuskel einer frisch getöteten Taube, suspendierten ihn in einer Lösung und beobachteten, wie seine Stoffwechselrate in der folgenden halben Stunde abfiel. Dann fügten sie Salze der Zitronensäure hinzu, und das Gewebe atmete etwa dreimal länger weiter. Der Artikel, der das erklärte, wurde von Nature abgelehnt. Sechzehn Jahre später gewann er den Nobelpreis.

Der Sohn des Chirurgen

Krebs wurde am 25. August 1900 in Hildesheim, Deutschland, als Sohn des Hals-Nasen-Ohren-Chirurgen Georg Krebs und Alma Davidson geboren. Er besuchte das Gymnasium Andreanum in seiner Heimatstadt und studierte dann von 1918 bis 1923 Medizin an drei Universitäten — Göttingen, Freiburg im Breisgau und Berlin — und promovierte 1925 an der Universität Hamburg. Danach verbrachte er ein weiteres Jahr in Berlin mit dem Studium der Chemie, eine Entscheidung, die aus einem Arzt einen Biochemiker machte.

Lehrling bei Otto Warburg

Von 1926 bis 1930 arbeitete Krebs als Assistent von Otto Warburg am Kaiser-Wilhelm-Institut für Biologie in Berlin. Warburg war der beeindruckendste Experimentalphysiker der deutschen Biochemie, und die Lehre gab Krebs die Technik, die seine Karriere bestimmen sollte: die quantitative Untersuchung von atmenden Gewebeschnitten, bei der die Chemie eines lebenden Präparats gemessen werden konnte, während es noch lief. Krebs hatte danach Krankenhausstellen in Altona und Freiburg unter den Professoren Lichtwitz und Thannhauser inne.

Der erste Zyklus

In Freiburg löste Krebs in Zusammenarbeit mit einem Forschungsstudenten namens Kurt Henseleit das Problem, wie Säugetiere Ammoniak ausscheiden. Die Antwort, die 1932 veröffentlicht wurde, lautete, dass Ammoniak in der Leber in Harnstoff umgewandelt wird — eine weitaus weniger toxische Verbindung, die im Urin ausgeschieden wird und eine Hauptquelle der Aminosäure Arginin ist. Der Mechanismus war weniger wichtig als seine Form. Es war eine Schleife: eine Abfolge von Reaktionen, die ihre Eingaben verbrauchte, ihr Produkt freisetzte und ihr eigenes Ausgangsmaterial regenerierte, bereit, erneut zu laufen. Es war der erste zyklische Stoffwechselweg, der jemals entdeckt wurde, und Frederick Gowland Hopkins präsentierte die Arbeit im Winter 1932 der Royal Society.

Entlassung, 1933

Im April 1933 entließ ihn die Nazi-Regierung von seinem Posten an der medizinischen Klinik der Universität Freiburg; seine Anstellung wurde im Juni offiziell beendet. Hopkins, der die Harnstoffarbeit in der deutschen Literatur verfolgt hatte, lud ihn nach Cambridge ein. Krebs kam im Juli 1933 als Rockefeller-Stipendiat und dann als Demonstrator am Fachbereich Biochemie an, eine Stelle, die er bis 1935 innehatte. Der Verlust für Deutschland war total und dauerhaft: Der Mann, der erklären würde, wie jede Zelle im Körper Energie aus Nahrung gewinnt, verbrachte den Rest seines Arbeitslebens in England.

Das Taubenbrust-Experiment

1935 wechselte Krebs als Dozent für Pharmakologie an die Universität Sheffield. Dort führte er mit William Johnson die Taubenmuskel-Experimente durch, die seinen zweiten und größeren Zyklus hervorbrachten. Die Beobachtung, dass Citrat die Atmung verdreifachte, deutete auf etwas Kontraintuitives hin: Zitronensäure wurde nicht als Brennstoff verbraucht, sondern wirkte katalytisch innerhalb einer geschlossenen Schleife, die die Abbauprodukte von Zucker verbrauchte, Kohlendioxid freisetzte und sich selbst regenerierte.

Was der Zitronensäurezyklus erklärt, ist der zentrale Vorgang des tierischen Lebens. Zucker, Fette und die Bestandteile von Proteinen werden hineingespeist und in Kohlendioxid, Wasser und Energie umgewandelt, wobei die freigesetzten Elektronen verwendet werden, um energiereiche Phosphatbindungen in Form von Adenosintriphosphat aufzubauen — das chemische Energiereservoir der Zelle. Britannicas Einschätzung ist, dass der Zyklus "zentral für fast alle Stoffwechselreaktionen und die Quelle von zwei Dritteln der aus Nahrung gewonnenen Energie in höheren Organismen" ist. Nature lehnte 1937 die Veröffentlichung ab.

Sheffield und Oxford

Krebs wurde 1945 Professor in Sheffield und wechselte 1954 als Whitley-Professor für Biochemie nach Oxford, wo er bis 1967 an der Fakultät blieb. Er fand weiterhin Schleifen: In Zusammenarbeit mit H. L. Kornberg beschrieb er den Glyoxylatzyklus in Pflanzen und Mikroorganismen, und 1957 veröffentlichten die beiden einen Bericht über Energieumwandlungen in lebender Materie. Er war 1947 zum Fellow der Royal Society gewählt worden, erhielt 1954 die Royal Medal, wurde 1958 zum Ritter geschlagen und erhielt 1961 die Copley Medal der Royal Society. 1953 teilte er sich den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin mit Fritz Lipmann, wobei die Begründung einfach lautete: "für seine Entdeckung des Zitronensäurezyklus".

Er hatte 1938 Margaret Cicely Fieldhouse geheiratet; sie hatten zwei Söhne, Paul und John, und eine Tochter, Helen. Er starb am 22. November 1981 in Oxford im Alter von einundachtzig Jahren.

Warum Hans ein Genie genannt wird

Die besondere Fähigkeit hier ist nicht mathematische Kraft oder theoretischer Wagemut, sondern eine besondere Art der Mustererkennung: die Fähigkeit, eine Liste chemischer Zwischenprodukte zu betrachten und einen Kreis zu sehen, wo jeder andere eine Linie sah. Der Stoffwechsel war als Kette vorgestellt worden, die von der Nahrung zum Abfall führt. Krebs entdeckte zweimal, dass er in Schleifen verläuft — dass ein Molekül ein Katalysator für seine eigene Regeneration innerhalb einer lebenden Zelle sein kann. Der Harnstoffzyklus war der erste derartige Stoffwechselweg, der jemals identifiziert wurde, und der Zitronensäurezyklus erwies sich als der Maschinenraum des aeroben Lebens. Das ist ein konzeptioneller Schritt erster Ordnung, und er wurde nicht durch Spekulation, sondern durch unermüdliche quantitative Messung von Gewebe gewonnen, das noch lebte.

Das ehrliche Gegenargument ist es wert, dargelegt zu werden. Die Technik, die dies ermöglichte — die manometrische Untersuchung von atmenden Gewebepräparaten — erbte er von Otto Warburg, anstatt sie zu erfinden. Beide Zyklen wurden in Zusammenarbeit gefunden, mit Henseleit und mit Johnson, und der Nobelpreis wurde geteilt. Und die Ablehnung durch Nature ist lehrreich: Für Experten der Zeitgenossen im Jahr 1937 las sich die Arbeit nicht als revolutionär, weil sie aus Schritten zusammengesetzt war, anstatt als Offenbarung angekündigt zu werden. Kein Gesetz oder keine Gleichung trägt den Namen Krebs; ein Stoffwechselweg tut es. Seine Leistung ist eher empirisch und kumulativ als singulär, was genau der Grund ist, warum sie nie überarbeitet werden musste.

Vermächtnis

Der Krebs-Zyklus wird heute jedem Biologiestudenten auf der Welt beigebracht, normalerweise als Diagramm auf einer einzigen Seite, was verschleiert, wie schwer es war, ihn zu sehen. Seine Entdeckung verwandelte die Biochemie von einer beschreibenden Wissenschaft in eine mechanistische und lieferte den Rahmen, auf dem das moderne Verständnis der zellulären Energie und ein Großteil des medizinischen Verständnisses von Stoffwechselkrankheiten noch immer beruht. Ein Flüchtling, der 1933 von seinem eigenen Land entlassen wurde, erklärte aus einem provinziellen englischen Labor, wie Lebewesen am Leben bleiben.