Циклы Кребса

Ганс Кребс обучался медицине в пяти лучших немецких университетах: в Геттингене, Фрайбурге, Мюнхене, Берлине и Гамбурге, а после получения диплома еще год изучал химию. Но больше вузовской науки ему дала работа в лаборатории Отто Варбурга — будущего нобелевского лауреата, открывшего дыхательные ферменты. Новаторская методика Варбурга — изучение биохимических процессов не на целых организмах, а на отдельных клетках — была подхвачена талантливым учеником и вылилась в фундаментальные для современной науки открытия.

На днях мировая научная общественность отметила 110-летие со дня рождения выдающегося немецко-английского биохимика.

Ганс Кребс ворвался на вершину мировой науки молодым тридцатилетним исследователем. Открытые им реакции объясняли, каким образом печень «справляется» с токсическим аммиаком — основным азотсодержащим продуктом обмена веществ, переводя его в сравнительно безвредную мочевину. Уже это много дало медицине, но Кребс был больше, чем просто врачом. Проповедуя единство теории и практики, он работал в муниципальном гос­питале Гамбурга и параллельно ездил во Фрайбург преподавать в тамошнем университете. Первое открытие Кребса оказалось куда значимее для чистой науки, нежели для прикладной — с него началось знакомство биохимии с циклическими процессами.

Но самое главное достижение Ганса Кребса — это, несомненно, цикл реакций распада органических соединений до углекислого газа и воды, сопровождающихся выработкой энергии. У этой сложной последовательности реакций есть много альтернативных названий: цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты, цитратный цикл. Но большинству эти ключевые для жизнедеятельности любого организма превращения известны просто как цикл Кребса. Реакций в нем много: «исходное» соединение — лимонная кислота, или цитрат, превращается в цис-аконитат, тот — в изоцитрат, а потом следуют еще альфа-кетоглутарат, сукцинил-кофермент А, сукцинат, фумарат, малат и оксалоацетат. Наконец, последний превращается в лимонную кислоту, и цикл замыкается — ферменты готовы принять и расщепить новую порцию органики. На человека, далекого от вопросов обмена веществ, эта «латынь» наводит магический трепет, а специалисту просто необходимо знать весь цикл назубок, что, согласитесь, непросто. Но в трудную минуту биохимик напоминает себе: «Целый ананас и кусочек суфле — сего­дня фактически мой обед», и нужная последовательность быстро «всплывает»: первые буквы слов, составляющих эту забавную фразу, являются первыми буквами (если отбросить приставки вроде «цис» и «альфа») названий карбоновых кислот, составляющих цикл Кребса.

Значение цикла Кребса трудно переоценить. Эти реакции являются конечной стадией распада практически всех органических соединений: сахаров и других углеводов, жиров и даже белков, если, конечно, организм все-таки «надумывает» использовать эти драгоценные молекулы в качестве источника энергии. Правда, чтобы вступить в свой последний круговорот, органические соединения должны предварительно распасться на маленькие углеводные фрагменты, а те, в свою очередь, приобрести дополнительный «заряд энергии», связавшись со специальной молекулой-«активатором» — коферментом А. Так что Нобелевскую премию 1953 года Ганс Кребс совершенно справедливо разделил с другим выдающимся биохимиком — Фрицем Липманом: это ему принадлежит первенство открытия кофермента А. Кроме того, открытые Кребсом превращения играют важную роль в процессах синтеза: в ходе цикла образуется множество молекул-предшественников, которые затем дадут начало новым углеводам, жирным кислотам и аминокислотам — «кирпичикам», из которых построен организм. «Цикл Кребса объясняет два одновременно происходящих процесса: реакции распада, при которых высвобождается энергия, и синтетические процессы, при которых эта энергия расходуется», — отметил вручавший награду шведский биохимик Эрик Хаммарстен. Сам виновник торжества в своей лекции указал еще два значения своего открытия: «Наличие одного и того же механизма образования энергии у всех живых существ позволяет сделать еще два вывода. Во-первых, этот механизм возник на очень ранних этапах эволюции. Во-вторых, жизнь в ее настоящем виде зародилась лишь однажды».

Ганса Кребса и Фрица Липмана роднят не только общая тематика исследований и разделенная на двоих Нобелевская премия. Два первоклассных немецких биохимика, чьи открытия вошли в золотой фонд науки, оказались в родной стране изгоями — в силу «не той» крови. Сначала в 1933-м Кребса «всего лишь» уволили из Фрайбургского университета как представителя второсортной еврейской нации, а позже дальнейшее пребывание в Германии для него стало просто опасным,  как и для Липмана. Кребс выбрал Великобританию, Липман — США. Потому во всех справочниках первый значится как выдающийся немецко-английский, а второй — как немецко-американский биохимик… Кребс вспоминал, как он прибыл в Кембридж — с собой он не взял «практически ничего, кроме вздоха облегчения и нескольких книг». А уже через несколько лет здесь, в вынужденной эмиграции, открыл знаменитый цикл лимонной кислоты.

Вскоре Ганс Кребс получил не только кафедру биохимии в Шеффилдском университете, но и… британское гражданство. А ученый, в свою очередь, отблагодарил Англию очень нужными во время Второй мировой войны исследованиями в области потребности организма в витаминах. Несомненно, тогда он чувствовал себя более востребованным, чем в Германии, которая в свое время не нашла ученому лучшего применения на военном поприще, чем в качестве связиста 13-й механизированной пехотной дивизии…

Самое главное достижение Ганса Кребса — это цикл реакций распада органических соединений до углекислого газа и воды, сопровождающихся выработкой энергии.