Aufgebaut wird ATP aus externen Energiequellen – wie Nährstoffen oder Sonnenlicht. Hilfestellung gibt dabei die ATP-Synthase, ein Enzym. “Sie ist wie eine Maschine, die das Geld druckt, das der Organismus ausgibt”, erklärt Paul Boyer, einer der drei diesjährigen Nobelpreisträger für Chemie. Der inzwischen emeritierte Professor erforschte schon in den fünfziger Jahren die komplizierte Mechanik dieser Maschine – die genaue Arbeitsweise der ATP-Synthase.
Dieses Enzym sitzt in der Membran, von der alle Zellen begrenzt werden, wie eine Druckwalze, die von Protonen angetrieben wird. Bei jeder Umdrehung der Walze werden drei Moleküle der Energiewährung ATP gedruckt. In den letzten Jahren bestätigten mehrere Wissenschaftler den von Boyer beschriebenen Rotations-Mechanismus experimentell.
“Auf bemerkenswerte Weise ergänzt” habe der 1941 geborene Engländer Dr. John E. Walker die Erkenntnisse Boyers – so das Nobel-Komitee. Daher teilen sich die beiden eine Hälfte des Chemie-Nobelpreises. Walker, der am Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology in Cambridge arbeitet, entschlüsselte 1994 den dreidimensionalen Aufbau eines wesentlichen Teils der ATP-Synthase. “Nicht nur für Hunderte von Labors, die dieses wichtige Enzym seit 34 Jahren erforschen, ist das eine aufregende Nachricht”, schrieb damals das Wissenschaftsmagazin “nature”.
Während Walker und Boyer den ATP-Aufbau beschrieben, erforschte der dritte Preisträger, der Däne Jens C. Skou, den umgekehrten Vorgang: Der Mensch setzt jeden Tag etwa 75 Kilogramm ATP um – jedes Molekül wird dabei 2000mal auf- und abgebaut. Auf der Suche nach den dafür notwendigen Enzymen stieß Skou 1957 auf eine mit ATP angetriebene molekulare Pumpe, die Stoffe durch die Zellmembran transportiert. Das von Skou entdeckte Enzym befördert bei jedem Pumpvorgang drei Natrium-Ionen aus einer Zelle heraus und zwei Kalium-Ionen hinein – weshalb sich an deren Oberfläche eine elektrische Spannung aufbaut. Nervenzellen können dadurch auf Reize reagieren und Signale weiterleiten.
Frank Frick
