한스 크렙스: 생존의 화학

1937년 3월, 셰필드의 한 실험실에서 한스 크렙스(Hans Krebs)와 동료는 갓 죽은 비둘기의 가슴 근육을 잘게 썰어 용액에 담그고 다음 30분 동안 대사율이 떨어지는 것을 관찰했습니다. 그런 다음 그들은 시트르산염을 첨가했고, 조직은 약 3배 더 오래 호흡을 계속했습니다. 그 이유를 설명하는 논문은 네이처(Nature) 지에서 거부되었습니다. 16년 후, 그 논문은 노벨상을 받았습니다.

외과의사의 아들

크렙스는 1900년 8월 25일 독일 힐데스하임에서 이비인후과 의사인 게오르크 크렙스(Georg Krebs)와 알마 데이비드슨(Alma Davidson) 사이에서 태어났습니다. 그는 고향의 김나지움 안드레아눔(Gymnasium Andreanum)에 다녔고, 1918년부터 1923년까지 괴팅겐, 프라이부르크, 베를린의 세 대학에서 의학을 공부했으며 1925년 함부르크 대학교에서 의학 박사 학위를 받았습니다. 그 후 베를린에서 1년 더 화학을 공부했는데, 이 결정이 의사를 생화학자로 바꾸어 놓았습니다.

오토 바르부르크의 제자

1926년부터 1930년까지 크렙스는 베를린의 카이저 빌헬름 생물학 연구소에서 오토 바르부르크(Otto Warburg)의 조수로 일했습니다. 바르부르크는 독일 생화학계에서 가장 강력한 실험가였으며, 이 수련 기간은 크렙스에게 그의 경력을 정의할 기술, 즉 살아있는 준비 상태에서 화학 반응을 측정할 수 있는 호흡 조직 절편의 정량적 연구 방법을 가르쳐 주었습니다. 그 후 크렙스는 알토나와 프라이부르크의 병원에서 리히트비츠(Lichtwitz) 교수와 탄하우저(Thannhauser) 교수 밑에서 근무했습니다.

첫 번째 회로

프라이부르크에서 크렙스는 쿠르트 헨젤라이트(Kurt Henseleit)라는 연구생과 함께 포유류가 암모니아를 처리하는 방법을 해결했습니다. 1932년에 발표된 그 답은 암모니아가 간에서 요소로 전환된다는 것이었습니다. 요소는 독성이 훨씬 적은 화합물로 소변으로 배설되며 아미노산 아르기닌의 주요 공급원입니다. 메커니즘보다 중요한 것은 그 형태였습니다. 그것은 회로였습니다. 즉, 입력을 소비하고 제품을 방출하며 자체 시작 물질을 재생하여 다시 실행할 준비가 된 일련의 반응이었습니다. 이것은 발견된 최초의 순환 대사 경로였으며, 프레더릭 가울랜드 홉킨스(Frederick Gowland Hopkins)가 1932년 겨울 왕립 학회에 이 연구를 발표했습니다.

1933년 해고

1933년 4월, 나치 정부는 그를 프라이부르크 대학교 의과 클리닉 직위에서 해고했습니다. 그의 임명은 그해 6월 공식적으로 종료되었습니다. 독일 문헌에서 요소 연구를 지켜보던 홉킨스는 그를 케임브리지로 초대했습니다. 크렙스는 1933년 7월 록펠러 펠로우로 도착했고, 이후 생화학과의 시연자로 1935년까지 근무했습니다. 독일의 손실은 완전하고 영구적이었습니다. 신체의 모든 세포가 음식에서 에너지를 추출하는 방법을 설명할 사람이 영국에서 남은 직장 생활을 보냈기 때문입니다.

비둘기 가슴 실험

1935년 크렙스는 셰필드 대학교의 약리학 강사로 옮겼습니다. 그곳에서 그는 윌리엄 존슨(William Johnson)과 함께 그의 두 번째이자 더 위대한 회로를 만들어낸 비둘기 근육 실험을 수행했습니다. 시트르산이 호흡을 3배 연장한다는 관찰은 직관에 반하는 무언가를 가리켰습니다. 시트르산은 연료로 소비되는 것이 아니라, 설탕의 분해 산물을 소비하고 이산화탄소를 방출하며 스스로 재생되는 닫힌 회로 내에서 촉매 역할을 하고 있었습니다.

시트르산 회로가 설명하는 것은 동물 생명의 핵심 거래입니다. 설탕, 지방, 단백질 성분이 공급되어 이산화탄소, 물, 에너지로 전환되며, 방출된 전자는 세포의 화학 에너지 저장소인 아데노신 삼인산(ATP) 형태로 고에너지 인산 결합을 만드는 데 사용됩니다. 브리태니커의 평가는 이 회로가 "거의 모든 대사 반응의 중심이며 고등 생물에서 음식 유래 에너지의 3분의 2의 원천"이라는 것입니다. 1937년 네이처는 이 논문의 게재를 거부했습니다.

셰필드와 옥스퍼드

크렙스는 1945년 셰필드에서 교수가 되었고 1954년 옥스퍼드로 옮겨 휘틀리 생화학 교수가 되었으며 1967년까지 그곳에서 교수진으로 남았습니다. 그는 계속해서 회로를 찾았습니다. H. L. 콘버그(H. L. Kornberg)와 함께 식물과 미생물에서 글리옥실산 회로를 기술했고, 1957년 두 사람은 살아있는 물질의 에너지 변환에 대한 설명을 발표했습니다. 그는 1947년 왕립 학회 회원으로 선출되었고, 1954년 왕립 메달을 받았으며, 1958년 기사 작위를 받았고, 1961년 왕립 학회의 코플리 메달을 수상했습니다. 1953년 그는 프리츠 리프만(Fritz Lipmann)과 함께 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했으며, 수상 사유는 단순히 "시트르산 회로의 발견에 대하여"였습니다.

그는 1938년 마거릿 시슬리 필드하우스(Margaret Cicely Fieldhouse)와 결혼하여 두 아들 폴(Paul)과 존(John), 딸 헬렌(Helen)을 두었습니다. 그는 1981년 11월 22일 옥스퍼드에서 81세의 나이로 사망했습니다.

한스가 천재라 불리는 이유

여기서 독특한 능력은 수학적 힘이나 이론적 대담함이 아니라 특별한 종류의 패턴 인식입니다. 화학적 중간체 목록을 보고 다른 사람들이 선을 볼 때 원을 보는 능력입니다. 대사는 음식에서 노폐물로 흐르는 사슬로 상상되었습니다. 크렙스는 그것이 회로로 흐른다는 것을 두 번이나 발견했습니다. 즉, 분자가 살아있는 세포 내에서 자신의 재생을 위한 촉매가 될 수 있다는 것입니다. 요소 회로는 확인된 최초의 그러한 경로였고, 시트르산 회로는 유산소 생명의 엔진룸임이 밝혀졌습니다. 그것은 일류의 개념적 도약이며, 추측이 아니라 여전히 살아있는 조직의 끊임없는 정량적 측정을 통해 얻은 것입니다.

정직한 반론도 언급할 가치가 있습니다. 그것을 가능하게 한 기술인 호흡 조직 준비의 압력 측정 연구는 그가 발명한 것이 아니라 오토 바르부르크로부터 물려받은 것입니다. 두 회로 모두 헨젤라이트 및 존슨과의 협력을 통해 발견되었으며 노벨상은 공유되었습니다. 그리고 네이처의 거부는 교훈적입니다. 1937년의 전문가 동료들에게 이 연구는 계시로 발표된 것이 아니라 증분에서 조립되었기 때문에 혁명적으로 읽히지 않았습니다. 크렙스의 이름을 딴 법칙이나 방정식은 없지만, 대사 경로는 있습니다. 그의 업적은 단일한 것이 아니라 경험적이고 누적적인 것이며, 바로 그것이 수정이 필요 없었던 이유입니다.

유산

크렙스 회로는 이제 지구상의 모든 생물학 학생에게 가르쳐지며, 보통 한 페이지의 도표로 나타나는데, 이는 그것을 보는 것이 얼마나 어려웠는지를 가립니다. 그 발견은 생화학을 기술적인 과학에서 기계적인 과학으로 바꾸어 놓았고, 세포 에너지에 대한 현대적 이해와 대사 질환에 대한 의학적 파악의 많은 부분이 여전히 의존하는 틀을 제공했습니다. 1933년 자신의 나라에서 해고된 난민이 영국의 지방 실험실에서 생명체가 어떻게 살아있는지를 설명했습니다.