Zelluläre Schleusen geöffnet

8. Oktober 2003, 19:11
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Nobelpreis für Chemie an zwei US-Amerikaner, deren Entdeckungen Einblick in die Funktionsweise von Zellen gewährten: Peter Agre und Roderick MacKinnon

Stockholm/Wien - Der Mensch besteht aus Billionen von Zellen und wenigstens zu 70 Prozent aus Salzwasser. Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an zwei US-Forscher, deren Arbeiten aufgeklärt haben, wie Wasser und Salze (Ionen) aus den Zellen des Körpers heraus- und in sie hineintransportiert werden.

Peter Agre von der Johns Hopkins University in Baltimore erhält den Preis "für die Entdeckung von Wasserkanälen" und Roderick MacKinnon von der Rockefeller University in New York "für strukturelle und mechanistische Studien an Ionenkanälen", teilte das Nobel-Komitee am Mittwoch in Stockholm mit.

Dass die Zellen spezifische Kanäle für den Transport von Wasser besitzen müssten, ahnte man schon zu Mitte des 19. Jahrhunderts, nur fand man sie lange nicht. Bis 1988. Peter Agre entdeckte mikrofeine Kanäle, die von kunstvoll gefalteten Eiweißmolekülen gebaut sind: "Aquaporine".

Die engste Stelle des von vier Proteinsträngen gebildeten Kanals ist gerade so groß, dass nur ein Wassermolekül passieren kann. Dies allerdings in einem Höllentempo: Rund zwei Milliarden Wassermoleküle pro Sekunde passieren dieses lediglich 0,3 Milliardstelmillimeter weite Nadelöhr. Und weil die Pore zehn Milliardstelmillimeter lang ist, kommt man auf eine Fließgeschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde - weil Wassermoleküle derart konstruiert sind, dass sie quasi vorne positiv und hinten negativ geladen sind, bilden sie einen langen Wasserfaden: immer plus-minus-plus-minus. Und alles Wasser fließt.

Die Bedeutung dieser Entdeckung? Die Konzentration des Harns in der Niere erfolgt beispielsweise über solche Wasserkanäle. Das Hormon Vasopressin löst dabei in Zellen eine Signalkette aus, an deren Ende die Öffnung der Aquaporine steht - Wasser kann so aus dem Harn durch die Wasserkanäle in die Zelle und von dort zurück ins Blut gelangen. Gestörte Signalketten oder defekte Kanäle können zu einer ganzen Reihe von Krankheiten führen.

Roderick MacKinnon gelang es 1998, die räumliche Struktur eines anderen Typs von Membrankanal zu bestimmen: des Ionenkanals. Wozu man den braucht? Der Signalaustausch zwischen Zellen erfolgt unter anderem über die Veränderung der elektrischen Spannung. Die Kanäle transportieren Natrium-, Kalium-und Chlorid-Ionen, was die elektrische Spannung an der Membran verändert.

Auf diese Weise sind die Ionenkanäle unter anderem für die Funktion des Nervensystems wichtig: Das so genannte Aktionspotenzial in Nervenzellen wird erzeugt, wenn ein Ionenkanal auf der Oberfläche einer Nervenzelle durch ein chemisches Signal, das von einer nahe gelegenen Nervenzelle ausgesendet wird, geöffnet wird. Dort treten dann elektrisch geladene Ionen aus, worauf sich eine elektrische Spannung entlang der Nervenzellenoberfläche fortpflanzt - in wenigen Millisekunden wird eine ganze Reihe von Ionenkanälen geöffnet und geschlossen, wird der Impuls weitergeleitet.

Ist die Aktivität der Ionenkanäle gestört, können schwere Leiden wie Mukoviszidose, die cystische Fibrose, resultieren. Dabei ist ein Chlorid-Ionen-Kanal defekt, was zu einer massiven Verschleimung der inneren Organe führt. Ionenkanäle sind heute Angriffspunkte für eine Vielzahl wichtiger Medikamente. (Andreas Feiertag/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 9. 10. 2003)

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