Wasser ist das Lebenselixier, und Salz sorgt für die Würze im Leben. Zwei alte Weisheiten, die jeder aus seiner eigenen Erfahrung bestätigen kann. In der Tat sind diese Stoffe für fundamentale Prozesse verantwortlich, etwa die Erzeugung und Übertragung von elektrischen Signalen in Nervenzellen. Entscheidend ist, das Wasser oder Salze kontrolliert in Zellen hinein oder heraus transportiert werden können. Wir müssten etwa 170 Liter Wasser pro Tag ausscheiden, wenn die Nieren aus dem zunächst erzeugten verdünnten Urin das Wasser nicht durch die Zellen zurückgewinnen könnten.
Doch wie sind Zellen in der Lage, gewissen Stoffen selektiv und kontrolliert den Transport in oder aus den Zellen zu erlauben? Die Antwort auf diese Frage gaben die Wissenschaftler Peter Agre (*1949) von der Johns Hopkins University, School of Medicine, Baltimore, USA mit der Entdeckung der Wasserkanäle und Roderick MacKinnon (*1956), Howard Hughes Medical Institute, The Rockefeller University, New York, USA für die strukturelle Aufklärung und das mechanistische Verständnis von Ionenkanälen.
Wasser sucht sich bekanntlich seinen Weg überall hin. Das stimmt allerdings nicht für Zellen, denn sie besitzen eine unpolare, das heißt Wasser abweisende Zellmembran, die ein Durchdringen unmöglich macht. Schon Mitte des letzten Jahrhunderts war klar, dass es daher bestimmte Kanäle geben muss, die dem Wasser einen Weg ins Zellinnere und wieder heraus bahnen.
Doch es dauerte noch bis 1988, bevor Peter Acre ein in der Zellmembran eingebettetes Protein, das er Aquaporin nannte, fand, das diese Rolle übernehmen kann. Mit dessen Strukturaufklärung im Jahr 2000 wurde auch die Funktion verstanden: Die Proteinmoleküle lagern sich so zusammen, dass im Zentrum des Kanals ihre positiv geladenen Enden zusammenkommen. Hierdurch wird positiv geladenen Teilchen, Ionen oder Protonen, aufgrund von Ladungsabstoßung der Durchgang verwehrt (siehe Abbildung rechts, zur Vergrößerung anklicken).
Bildnachweis:
Zellmembran (oben links): Mariana Ruiz Villareal (Public Domain)
Ionenkanal (unten rechts): © The Nobel Foundation
