Ханс Кребс: химия выживания

В марте 1937 года в лаборатории в Шеффилде Ханс Кребс (Hans Krebs) и его коллега измельчили грудную мышцу только что убитого голубя, поместили её в раствор и наблюдали, как скорость метаболизма в ней снижалась в течение следующих получаса. Затем они добавили соли лимонной кислоты, и ткань продолжала дышать примерно в три раза дольше. Статья, объясняющая причину этого, была отклонена журналом Nature. Шестнадцать лет спустя она получила Нобелевскую премию.

Сын хирурга

Кребс родился 25 августа 1900 года в Хильдесхайме, Германия, в семье хирурга-оториноларинголога Георга Кребса (Georg Krebs) и Альмы Дэвидсон (Alma Davidson). Он учился в гимназии Андреанум (Gymnasium Andreanum) в своем родном городе, а затем с 1918 по 1923 год изучал медицину в трех университетах — Геттингенском, Фрайбургском и Берлинском, получив степень доктора медицины в Гамбургском университете в 1925 году. Затем он провел еще год в Берлине, изучая химию, — решение, которое превратило врача в биохимика.

Ученик Отто Варбурга

С 1926 по 1930 год Кребс работал ассистентом у Отто Варбурга (Otto Warburg) в Институте биологии имени кайзера Вильгельма в Берлине. Варбург был самым грозным экспериментатором в немецкой биохимии, и это ученичество дало Кребсу технику, которая определила его карьеру: количественное изучение срезов дышащей ткани, при котором химию живого препарата можно было измерить, пока он еще функционировал. Впоследствии Кребс занимал больничные должности в Альтоне и Фрайбурге под руководством профессоров Лихтвица (Lichtwitz) и Танхаузера (Thannhauser).

Первый цикл

Во Фрайбурге, работая со студентом-исследователем по имени Курт Хензелейт (Kurt Henseleit), Кребс решил проблему того, как млекопитающие избавляются от аммиака. Ответ, опубликованный в 1932 году, заключался в том, что аммиак превращается в печени в мочевину — гораздо менее токсичное соединение, которое выводится с мочой и является основным источником аминокислоты аргинина. Механизм был менее важен, чем его форма. Это была петля: последовательность реакций, которая потребляла свои исходные компоненты, высвобождала продукт и регенерировала свой собственный исходный материал, готовый к повторному запуску. Это был первый когда-либо открытый циклический метаболический путь, и Фредерик Гауленд Хопкинс (Frederick Gowland Hopkins) представил эту работу Королевскому обществу зимой 1932 года.

Увольнение, 1933

В апреле 1933 года нацистское правительство уволило его с должности в медицинской клинике Фрайбургского университета; его назначение было официально прекращено в июне того же года. Хопкинс, который следил за работой по мочевине в немецкой литературе, пригласил его в Кембридж. Кребс прибыл в июле 1933 года в качестве стипендиата Рокфеллера, а затем в качестве демонстратора на кафедре биохимии, должность, которую он занимал до 1935 года. Потеря для Германии была полной и окончательной: человек, который объяснит, как каждая клетка в организме извлекает энергию из пищи, провел остаток своей трудовой жизни в Англии.

Эксперимент с грудкой голубя

В 1935 году Кребс перешел в Шеффилдский университет на должность преподавателя фармакологии. Там вместе с Уильямом Джонсоном (William Johnson) он провел эксперименты на мышцах голубя, которые привели к созданию его второго и более значимого цикла. Наблюдение о том, что цитрат продлевает дыхание в три раза, указывало на нечто контринтуитивное: лимонная кислота не потреблялась как топливо, а действовала каталитически внутри замкнутого цикла, который потреблял продукты распада сахара, высвобождал углекислый газ и регенерировал сам себя.

То, что объясняет цикл лимонной кислоты, является центральной сделкой животной жизни. Сахара, жиры и компоненты белка поступают в него и превращаются в углекислый газ, воду и энергию, причем высвобождаемые электроны используются для создания высокоэнергетических фосфатных связей в форме аденозинтрифосфата — резервуара химической энергии клетки. Оценка Британники заключается в том, что этот цикл является «центральным для почти всех метаболических реакций и источником двух третей энергии, получаемой из пищи у высших организмов». Журнал Nature в 1937 году отказался его публиковать.

Шеффилд и Оксфорд

Кребс стал профессором в Шеффилде в 1945 году, а в 1954 году переехал в Оксфорд на должность профессора биохимии Уитли, где оставался на факультете до 1967 года. Он продолжал находить петли: работая с Х. Л. Корнбергом (H. L. Kornberg), он описал глиоксилатный цикл у растений и микроорганизмов, а в 1957 году они опубликовали отчет о преобразованиях энергии в живой материи. Он был избран членом Королевского общества в 1947 году, получил Королевскую медаль в 1954 году, был посвящен в рыцари в 1958 году и награжден медалью Копли Королевского общества в 1961 году. В 1953 году он разделил Нобелевскую премию по физиологии или медицине с Фрицем Липманом (Fritz Lipmann), причем формулировка гласила просто: «за открытие цикла лимонной кислоты».

Он женился на Маргарет Сесили Филдхаус (Margaret Cicely Fieldhouse) в 1938 году; у них было двое сыновей, Пол (Paul) и Джон (John), и дочь Хелен (Helen). Он умер в Оксфорде 22 ноября 1981 года в возрасте восьмидесяти одного года.

Почему Ханса называют гением

Отличительная способность здесь — не математическая мощь или теоретическая смелость, а особый вид распознавания образов: способность смотреть на список химических промежуточных продуктов и видеть круг там, где все остальные видели линию. Метаболизм представлялся как цепь, идущая от пищи к отходам. Кребс дважды обнаружил, что он работает петлями — что молекула может быть катализатором собственного регенерации внутри живой клетки. Цикл мочевины был первым таким путем, который был идентифицирован, а цикл лимонной кислоты оказался машинным отделением аэробной жизни. Это концептуальный шаг первого порядка, и он был достигнут не спекуляциями, а неустанными количественными измерениями ткани, которая была еще жива.

Стоит упомянуть честный контраргумент. Технику, которая сделала это возможным — манометрическое изучение препаратов дышащей ткани, — он унаследовал от Отто Варбурга, а не изобрел. Оба цикла были найдены в сотрудничестве, с Хензелейтом и с Джонсоном, и Нобелевская премия была разделена. И отказ Nature поучителен: для экспертов-современников в 1937 году работа не читалась как революционная, потому что она была собрана из приращений, а не объявлена как откровение. Ни один закон или уравнение не носит имени Кребса; метаболический путь — носит. Его достижение эмпирическое и кумулятивное, а не единичное, именно поэтому оно никогда не нуждалось в пересмотре.

Наследие

Цикл Кребса теперь преподается каждому студенту-биологу на земле, обычно в виде диаграммы на одной странице, что скрывает, насколько трудно было его увидеть. Его открытие превратило биохимию из описательной науки в механистическую и обеспечило основу, на которой до сих пор покоится современное понимание клеточной энергии и большая часть медицинского понимания метаболических заболеваний. Беженец, уволенный собственной страной в 1933 году, из провинциальной английской лаборатории объяснил, как живые существа остаются живыми.