Hans Krebs: La chimica del mantenersi in vita

Nel marzo 1937, in un laboratorio di Sheffield, Hans Krebs e un collega tritarono il muscolo pettorale di un piccione appena ucciso, lo sospesero in una soluzione e osservarono il suo tasso metabolico diminuire nel corso della mezz'ora successiva. Poi aggiunsero sali di acido citrico e il tessuto continuò a respirare per circa tre volte più a lungo. L'articolo che ne spiegava il motivo fu rifiutato da Nature. Sedici anni dopo vinse il Premio Nobel.

Il figlio del chirurgo

Krebs nacque il 25 agosto 1900 a Hildesheim, in Germania, da Georg Krebs, un chirurgo otorinolaringoiatra, e Alma Davidson. Frequentò il Gymnasium Andreanum nella sua città natale e poi studiò medicina dal 1918 al 1923 in tre università — Gottinga, Friburgo in Brisgovia e Berlino — conseguendo il dottorato in medicina all'Università di Amburgo nel 1925. Trascorse poi un altro anno a Berlino studiando chimica, una decisione che trasformò un medico in un biochimico.

Apprendista di Otto Warburg

Dal 1926 al 1930 Krebs lavorò come assistente di Otto Warburg presso l'Istituto Kaiser Wilhelm per la biologia a Berlino. Warburg era lo sperimentatore più formidabile della biochimica tedesca e l'apprendistato diede a Krebs la tecnica che avrebbe definito la sua carriera: lo studio quantitativo di fette di tessuto in respirazione, in cui la chimica di una preparazione vivente poteva essere misurata mentre era ancora in funzione. In seguito Krebs ricoprì incarichi ospedalieri ad Altona e Friburgo sotto i professori Lichtwitz e Thannhauser.

Il primo ciclo

A Friburgo, lavorando con uno studente ricercatore di nome Kurt Henseleit, Krebs risolse il problema di come i mammiferi smaltiscono l'ammoniaca. La risposta, pubblicata nel 1932, fu che l'ammoniaca viene convertita nel fegato in urea — un composto molto meno tossico, escreto nelle urine e una fonte importante dell'amminoacido arginina. Il meccanismo contava meno della sua forma. Era un ciclo: una sequenza di reazioni che consumava i suoi input, rilasciava il suo prodotto e rigenerava il proprio materiale di partenza, pronto a ripartire. Fu la prima via metabolica ciclica mai scoperta e Frederick Gowland Hopkins presentò il lavoro alla Royal Society nell'inverno del 1932.

Licenziamento, 1933

Nell'aprile 1933 il governo nazista lo licenziò dal suo posto presso la clinica medica dell'Università di Friburgo; la sua nomina fu formalmente terminata quel giugno. Hopkins, che aveva seguito il lavoro sull'urea nella letteratura tedesca, lo invitò a Cambridge. Krebs arrivò nel luglio 1933 come borsista Rockefeller e poi come dimostratore presso il Dipartimento di Biochimica, posto che mantenne fino al 1935. La perdita per la Germania fu totale e permanente: l'uomo che avrebbe spiegato come ogni cellula del corpo estrae energia dal cibo trascorse il resto della sua vita lavorativa in Inghilterra.

L'esperimento del petto di piccione

Nel 1935 Krebs si trasferì all'Università di Sheffield come docente di farmacologia. Lì, con William Johnson, condusse gli esperimenti sul muscolo di piccione che produssero il suo secondo e più grande ciclo. L'osservazione che il citrato prolungava la respirazione di tre volte indicava qualcosa di controintuitivo: l'acido citrico non veniva consumato come combustibile, ma agiva cataliticamente all'interno di un ciclo chiuso che consumava i prodotti di degradazione dello zucchero, rilasciava anidride carbonica e si rigenerava.

Ciò che il ciclo dell'acido citrico spiega è la transazione centrale della vita animale. Zuccheri, grassi e componenti delle proteine vengono immessi in esso e convertiti in anidride carbonica, acqua ed energia, con gli elettroni rilasciati utilizzati per costruire legami fosfato ad alta energia sotto forma di adenosina trifosfato — il serbatoio di energia chimica della cellula. La valutazione della Britannica è che il ciclo è "centrale per quasi tutte le reazioni metaboliche e la fonte di due terzi dell'energia derivata dal cibo negli organismi superiori". Nature, nel 1937, rifiutò di pubblicarlo.

Sheffield e Oxford

Krebs divenne professore a Sheffield nel 1945 e nel 1954 si trasferì a Oxford come professore Whitley di biochimica, dove rimase nella facoltà fino al 1967. Continuò a trovare cicli: lavorando con H. L. Kornberg descrisse il ciclo del gliossilato nelle piante e nei microrganismi, e nel 1957 i due pubblicarono un resoconto delle trasformazioni energetiche nella materia vivente. Era stato eletto membro della Royal Society nel 1947, ricevette la Royal Medal nel 1954, fu nominato cavaliere nel 1958 e ricevette la Copley Medal della Royal Society nel 1961. Nel 1953 condivise il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina con Fritz Lipmann, con la motivazione: "per la sua scoperta del ciclo dell'acido citrico".

Aveva sposato Margaret Cicely Fieldhouse nel 1938; ebbero due figli, Paul e John, e una figlia, Helen. Morì a Oxford il 22 novembre 1981, all'età di ottantun anni.

Perché Hans è chiamato un genio

La facoltà distintiva qui non è la potenza matematica o l'audacia teorica, ma un particolare tipo di riconoscimento di schemi: la capacità di guardare un elenco di intermedi chimici e vedere un cerchio dove tutti gli altri vedevano una linea. Il metabolismo era stato immaginato come una catena che va dal cibo ai rifiuti. Krebs scoprì, due volte, che funziona in cicli — che una molecola può essere un catalizzatore per la propria rigenerazione all'interno di una cellula vivente. Il ciclo dell'urea fu la prima via di questo tipo mai identificata, e il ciclo dell'acido citrico si rivelò essere la sala macchine della vita aerobica. Si tratta di una mossa concettuale di prim'ordine, ottenuta non con la speculazione, ma con l'incessante misurazione quantitativa di tessuti ancora vivi.

Vale la pena esporre l'onesto controargomento. La tecnica che lo ha reso possibile — lo studio manometrico di preparazioni di tessuti in respirazione — l'ha ereditata da Otto Warburg piuttosto che inventarla. Entrambi i cicli sono stati trovati in collaborazione, con Henseleit e con Johnson, e il Nobel è stato condiviso. E il rifiuto di Nature è istruttivo: per gli esperti contemporanei nel 1937, il lavoro non è stato letto come rivoluzionario, perché è stato assemblato da incrementi piuttosto che annunciato come una rivelazione. Nessuna legge o equazione porta il nome di Krebs; una via metabolica sì. Il suo risultato è empirico e cumulativo piuttosto che singolare, il che è esattamente il motivo per cui non ha mai avuto bisogno di essere rivisto.

Eredità

Il ciclo di Krebs viene ora insegnato a ogni studente di biologia sulla terra, solitamente come un diagramma su una singola pagina, il che nasconde quanto fosse difficile da vedere. La sua scoperta ha trasformato la biochimica da scienza descrittiva a scienza meccanicistica e ha fornito il quadro su cui poggia ancora la comprensione moderna dell'energia cellulare e gran parte della comprensione medica delle malattie metaboliche. Un rifugiato licenziato dal suo stesso paese nel 1933 ha spiegato, da un laboratorio inglese di provincia, come gli esseri viventi rimangono in vita.