اكتشاف عملية الأيض (التمثيل الغذائي) - Metabolism

سنة الاكتشاف: 1938م

ما هو هذا الاكتشاف؟

• اكتشف كريبس السلسلة الدائرية التفاعلات الكيميائية التي تحول السكر إلى طاقة داخل الخلية وتقود عملية الأيض (التمثيل) الغذائي

من هو مكتشف التمثيل الغذائي؟

• هانز أدولف كريبس Hans Adolf Krebs

أهمية اكتشاف عملية التمثيل الغذائي:

تنجز العضلات الشغل لجسمك. فأنت تأكل الطعام وبطريقة ما يتحول إلى طاقة تحرقها عضلاتك لتتحرك. ولكن كيف؟ كيف يعمل هذا الشيء المسمى بالأيض الغذائي؟

إن عملية الأيض الغذائي في جسم الإنسان من الأهمية لفهمنا للتكوين البشري بحيث منحت ثلاثة جوائز نوبل للأشخاص الذين ساهموا في إفهامنا إياها.    

ذهبت ثالثتها لحوزة هانز أدولف كريبس، الذي فك اللغز أخيراً واكتشف كيف تؤيض أجسامنا الطعام إلى طاقة. لقد كان بحق، واحداً من أعظم الاكتشافات الطبية في القرن العشرين.

كيف جاء اكتشاف التمثيل الغذائي؟

آمن عالم الفسلجة البريطاني أركيبالد هيل Archibald Hill بوجوب تولید العضلات للحرارة أثناء تقلصها. بحلول عام 1913م، استطاع أن يطور طرقاً لقياس تغييرات بصغر 3 / 1000 من الدرجة الحرارية. وكانت دهشته كبيرة عندما اكتشف أن لا حرارة تتولد أثناء التقلص العضلي كما لم يكن هناك أي استهلاك للأوكسجين كذلك!

بعد خمسة أعوام، اكتشف الألماني أوتومايرهوف Otto Meyerhof إختفاء المركب الكيميائي المعروف بالكلايكوجين وبالتالي ظهور حامض اللبنيك (اللاكتيك) أثناء التقلص العضلي، فأطلق على هذه العملية وصف anaerobic - وهي مشتقة من الإغريقية بمعني «بدون هواء» أو «لاهوائي».

ثم اكتشف مایرهوف أن الخلايا العضلية استعملت الأوكسجين لاحقاً لتفكيك حامض اللبنيك. كما وجد باحثون آخرون أن إضافتهم لأي من الحوامض الكاربونية الأربعة المختلفة إلى شرائح من النسيج العضلي قد حفزت الأخير على إمتصاص الأوكسجين.

رغم أن هذه الاكتشافات بدت مهمة، إلا أنها أحدثت من الحيرة والإرباك حول ميكانيكية عمل العضلات ما يضاهي الحلول والأجوبة التي أمدت بها، فغدت الحاجة إلى شخص ما يمنطق بين هذه الدراسات المختلفة والمربكة ملحة أكثر من أي وقت مضى.

ولد هانز كريبس Hans Krebs عام 1900م بألمانيا، من أب يعمل جراح. درس الكيمياء والطب ثم توظف لإجراء بحث في جامعة كامبردج، يتعلق بدراسة العملية الكيميائية للأيض العضلي.

بادئاًً بحثه عام 1937م، درس کریبس كبد الحمام والنسيج العضلي للثدي. فإستطاع أن يقيس كميات مجاميع معينة من الأحماض الناتجة عن أكسدة السكريات تفاعلها مع (الأكسجين)، يحتوي البعض على أربع ذرات کاربون لكل منها ويحوي البعض الآخر ستاً.

كما لاحظ بأن هذه العملية أنتجت ثاني أوكسيد الكاربون مع الماء والطاقة.

أضافت هذه النتائج على اللبس الحاصل في الموضوع. ما شأن كل هذه المواد الكيميائية بالتأيض البسيط للسكر إلى طاقة؟

وأخيراً، لزم کریبس أول الخيط عندما لاحظ تفككاً لحامض الستريك وتكوناً له في الوقت ذاته، ثم لاحظ أن الأمر نفسه ينطبق على عدد من الأحماض الأخرى.

شيئاًً فشيئاًً بدأ يتضح لكريبس أن العملية كانت تعمل على شكل دورة بسبع خطوات كيميائية منفصلة. لقد بدأت بحامض الستريك، ثم أنتجت كل خطوة المركبات الكيميائية والأحماض التي احتاجتها الخطوة التالية من الدورة. وبآخر خطوة، تكون حامض الستيريك من جديد، ليعيد الدورة بأكملها مرة أخرى.

تستمر هذه الدورة بلا نهاية في كل خلية من خلايانا، فتستهلك جزيئات الكلوکوز السكريات التي يوفرها الدم بإستمرار، لتنتج نوعين من المخلفات النهائية خلال الخطوات السبع التي تؤلف هذه الدورة: ثنائي أوكسيد الكربون وذرات الهيدروجين الحرة. تتحد ذرات الهيدروجين هذه مع الأوكسجين ونوع من الفوسفات العالي الطاقة لتنتج الماء ومركب الATP، المركب الكيميائي الذي يعمل عمل البطارية في خزنه لطاقة الخلية.

تدخل جزيئات السكر الدورة، ويخرج منها كل من ثاني أوكسيد الكربون والماء ومركب ال_ATP المنشط للخلايا.

فبحلول عام 1938م، كان كريبس قد كشف الغطاء عن هذه الدورة الكيميائية الغريبة تعقيدة وكفاءة بخطواتها السبعة- رغم أنها قد صممت بشكل خاص لإتمام هدف يبدو بسيطاً للوهلة الأولى: تحويل السكريات في الدم إلى طاقة للخلايا. ما يدعو للدهشة أن كل خلية حية في أجسامنا تؤدي هذه التفاعلات المتتابعة السبعة، بتحفيز من إنزيم لكل تفاعل على حدة، وفي كل دقيقة من كل يوم. ومع هذا، تكفل هانز کریبس باكتشاف هذه المنظومة على تعقيدها وإلتوائها!