Chemie-Nobelpreis an zwei Amerikaner und einen Dänen

Entdeckungen zur Speicherung und Umwandlung von biologischer Energie

Stockholm (pte) (pte001/16.10.1997/12:30)

Zwei Arbeiten zum Energiehaushalt physiologischer Systeme teilen sich den diesjährigen Nobelpreis für Chemie. Damit ehrt die Schwedische Akademie der Wissenschaften (http://www.nobel.se) Entdeckungen zur Speicherung und Umwandlung von biologischer Energie. Die Amerikaner John E. Walker und Paul Boyer untersuchten die Umwandlung von Nahrung in eine gespeicherte und universell verwertbare Form. Dagegen widmete sich der Däne Jens Skou der Verwendung dieser Speicherform als biologischen Treibstoff für Enzyme. Die entdeckten Prinzipien finden möglicherweise Anwendung in der Nano-Technologie.

"Paul Boyer und ich erforschten über lange Zeit, wie im Körper biologische Energien umgewandelt werden", schildert John E. Walker vom Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology im englischen Cambridge (http://www.mrc.lmb.cam.ac.uk/) den Forschungsansatz. Schon seit den fünfziger Jahren untersuchten die beiden Wissenschaftler den Mechanismus, mit dem die Kraftwerke der Zelle, die Mitochondrien, den Energieträger Adenosintriphosphat (ATP) bilden. Diese universelle Energiewährung wird in allen Stoffwechselprozessen des Körpers als Kraftstoff genutzt. Schon bald wurde dem Team klar, daß ein einziges Enzym, die sogenannte ATP-Synthetase, die Energie der Nahrung auf ATP überträgt.

1980 konnte Walker die Aminosäuresequenz des Enzyms aufschlüsseln. Dabei entdeckte er, daß zwei verschiedene Bauteile - mit "alpha" und "beta" bezeichnet - eine Schlüsselrolle spielen. Beide Einheiten werden jeweils dreimal im Enzym verwendet. Eine Röntgenstrukturanalyse erlaubte später eine räumliche Vorstellung von der Anordnung der insgesamt sechs Untereinheiten des Enzyms. Sie zeigte, daß das Enzym mit Drehbewegungen arbeitet. "Die ATP-Synthetase ist ein Motor in der Zellmembran", erklärt Walker. Paul Boyer von der Universität von Kalifornien in Los Angeles (http://www.ucla.edu) nahm an, daß die ATP-Synthetase einen Phosphatrest auf Adenosindiphosphat übertrage und so das energiereiche ATP erzeuge. Walkers Strukturanalyse bestätigte dies und zeigte, daß das Enzym einen Konzentrationsunterschied von Wasserstoffionen zu beiden Seiten der Mitochondrienmembran nutzt. Ähnlich einer Wassermühle treiben die Ionen die ATP-Synthetase an.

Professor Jens Skou von der Aarhus Universität in Dänemark (http://www.au.dk/index.html) wird für seine Entdeckung des Enzyms Natrium-Kalium-ATPase geehrt. Das Enzym sitzt ebenfalls in einer Membran und hält die Konzentration dieser Ionen auf beiden Seiten der Membran aufrecht. Dazu nutzt es ATP als Treibstoff. Das Enzym ist verantwortlich für das elektrische Potential jeder Zelle und bildet somit eine Grundlage für Kommunikation in biologischen Systemen. (Ende)