Chemie-NobelpreisDie stille Post in unserem Körper

Was passiert im Körper, wenn wir gestresst sind? Was, wenn das Auge Licht wahrnimmt? Die Chemie-Nobelpreisträger deckten die geheime Kommunikation unserer Zellen auf. von 

Der Chemie-Nobelpreisträger und Medizinprofessor Robert J. Lefkowitz im Gespräch mit einer Studentin

Der Chemie-Nobelpreisträger und Medizinprofessor Robert J. Lefkowitz im Gespräch mit einer Studentin  |  © Duke University Photography

Auch Zellen unterhalten sich – sie verwenden dazu eine Vielzahl chemischer Signalstoffe, die im Innern der Zelle unterschiedliche Veränderungen auslösen. Da wird das bewegliche Zellskelett umgebaut und die Aktivität einzelner Gene beeinflusst. Die allermeisten Signalstoffe dringen aber gar nicht durch die Zellmembran hindurch. Wie entfalten sie ihre Wirkung im Inneren?

Diese Frage Haben Robert J. Lefkowitz und Brian K. Kobilka beantwortet, was ihnen nun den Nobelpreis für Chemie eingebracht hat. Die Forscher identifizierten eine neue Klasse von Proteinen – die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). Sie entdeckten damit eine der größten und bedeutendsten Proteinklassen im Organismus, die nahezu überall zu finden ist, wo Signale in die Zelle weitergeleitet werden – ob es nun ein Hormon ist, ein Geschmacksreiz auf der Zunge oder ein Lichtsignal im Auge.

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Den ersten dieser Rezeptoren machte Lefkowitz im Jahr 1968 aus. Zu dieser Zeit war bereits bekannt, dass Hormone Signalstoffe sind, die in Zellen bestimmte Reaktionen auslösen, und dass diese Signale im Zellinneren durch eine chemische Kaskade weitergegeben werden. Doch welches Element beides verbindet, blieb ungeklärt. Lefkowitz baute ein radioaktives Iod-Isotop in verschiedene Hormone ein und machte schließlich ihre Andockstellen an der Zelle ausfindig – einen Rezeptor für das Stresshormon Adrenalin, den beta-adrenergen Rezeptor (beta-AR).

Die wahre Bedeutung dieses Fundes erschloss sich allerdings erst, als Brian Kobilka zu Beginn der achtziger Jahre hinzukam. Er sollte die codierenden Gene des Adrenalin-Rezeptors aufzuspüren – ihren Bauplan im Erbgut. Die Forscher isolierten das vergleichsweise seltene Rezeptor-Molekül aus Hamstern, bis sie genug zusammenhatten, um die DNA-Bausteine zu entziffern.

Anschließend reichte ein wenig Glück und Kobilka und seinen Kollegen lag das komplette Gen für beta-AR vor. Die große Überraschung: Ein sehr ähnliches Molekül war bereits bekannt. Teile der Erbgutsequenz stimmten mit der des Rhodopsins überein, einem Sehpigment im menschlichen Auge. Die Forscher schlossen daraus, dass sie eine ganze Rezeptorfamilie vor sich haben, deren Mitglieder alle eine sehr ähnliche grundlegende Struktur haben.

Medizinprofessor und nun Chemie-Nobelpreisträger: Brian K. Kobilka

Medizinprofessor und nun Chemie-Nobelpreisträger: Brian K. Kobilka  |  © Stanford University School of Medicine

Und die hat es in sich. Sie besteht aus sieben spiralförmigen Regionen, die in allen derartigen Proteinen nebeneinanderliegend die Zellmembran durchspannen. So übernehmen sie eine für den Rezeptor ganz wesentliche Funktion. Dieses Stäbchenbündel gibt das Signal, dass außen ein passendes Molekül gebunden ist, nach innen weiter. Tatsächlich läuft dies rein mechanisch ab. Sobald ein Signalstoff an den Rezeptor bindet, beginnt eine chemische Reaktion, die wiederum Signalstoffe in der Zelle selbst aktiviert. Dabei wird das Signal noch dazu erheblich verstärkt. Schon ein einziges Molekül des ursprünglichen Signalstoffes kann eine deutliche Reaktion in der Zelle hervorrufen – das System ist hochempfindlich.

Das Herzstück dieses Mechanismus, ein Komplex aus bindendem Molekül, Rezeptor und G-Protein, wurde erst jüngst von einem Forscherteam um Kobilka restlos entschlüsselt: 2011 veröffentlichten sie im Magazin Nature dessen hoch aufgelöste Kristallstruktur.

Nobelpreise
Klicken Sie auf das Bild für Berichte rund um den Nobelpreis.

Klicken Sie auf das Bild für Berichte rund um den Nobelpreis.  |  © Berit Roald/AFP/Getty Images

Mit der Stiftung der Nobelpreise wollte der schwedische Forscher und Großindustrielle Alfred Nobel (1833-1896) einen Konflikt lösen, der sein Leben bestimmte: Der Erfinder des Dynamits konnte nicht verwinden, dass seine Entdeckung für den Krieg genutzt wurde.

Der engagierte Pazifist vermachte sein Vermögen schließlich einer Stiftung. Die Zinsen daraus sollten Preise für jene finanzieren, die "im vorhergehenden Jahr der Menschheit den größten Nutzen erwiesen haben".

Die Nobeljurys sind hingegen dazu übergegangen, Jahre, wenn nicht Jahrzehnte abzuwarten, um die Preise zu verleihen. Begründet wird dies damit, dass oft nicht so rasch klar ist, ob eine Leistung tatsächlich von derart großer Bedeutung ist, um sie mit einem Nobelpreis zu ehren.

Dotierung und Verleihung
Ihr Weg zur Medaille
Erfahren Sie mit einem Klick auf das Bild, was Sie tun müssen, um einen Nobelpreis zu gewinnen

Erfahren Sie mit einem Klick auf das Bild, was Sie tun müssen, um einen Nobelpreis zu gewinnen  |  © Sabine Hecher

Die Preise werden seit 1901 vergeben. Die Dotierung stieg von anfangs 150.800 schwedischen Kronen in den vergangenen Jahren auf 10 Millionen Kronen (rund 1 Million Euro). Ab 2012 reduziert sich die Summe allerdings um 20 Prozent, um auch künftig die Aufgaben der Stiftung finanzieren zu können. Damit ist der Preis nun mit 8 Millionen Kronen dotiert, umgerechnet rund 940.000 Euro.

Bis zu drei Menschen können sich einen wissenschaftlichen Preis teilen. Der Friedensnobelpreis wird auch an Organisationen verliehen.

Am Todestag Alfred Nobels, dem 10. Dezember, werden die Preise feierlich verliehen. Die Geehrten erhalten eine Urkunde und die goldene Medaille mit dem Konterfei des Stifters. Zusätzlich füllen sich die Konten der Ausgezeichneten mit dem Preisgeld, das versteuert werden muss. Gibt es mehrere Preisträger in einer Kategorie, wird es aufgeteilt.

Preisregen

Neben den eigentlichen Nobelpreisen wird seit 1969 eine Ehrung für Wirtschaftswissenschaften im Gedenken an Alfred Nobel verliehen. Sie wurde 1968 von der Schwedischen Reichsbank gestiftet.

Seit 1980 vergibt die "Stiftung zur Auszeichnung richtiger Lebensführung" (Right Livelihood Award Foundation) die Right Livelihood Awards, die oft als Alternative Nobelpreise bezeichnet werden.

Die Preisträger für Physik und Chemie werden immer von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, die der Medizin vom Karolinska-Institut in Stockholm und die Literaturpreisträger von der Königlich-Schwedischen Akademie der Künste ausgewählt.

Die Friedenspreisträger bestimmt ein Ausschuss des norwegischen Parlaments in Oslo.

Bekanntgabe 2012

Traditionell werden jedes Jahr im Oktober zunächst die Geehrten in der Kategorie Medizin bekanntgegeben, gefolgt von Physik, Chemie, Literatur, Frieden und den Preisträgern der Auszeichnung der Schwedischen Reichsbank zu Ehren Alfred Nobels.

Die Termine 2012 im Überblick:

Montag, 08.10.2012, gegen 11:30 Uhr: Bekanntgabe der Medizinnobelpreisträger

Dienstag, 09.10.2012, gegen 11:45 Uhr: Bekanntgabe der Physiknobelpreisträger

Mittwoch, 10.10.2012, gegen 11:45 Uhr: Bekanntgabe der Chemienobelpreisträger

Donnerstag, 11.10.2012, gegen 13:00 Uhr: Bekanntgabe des Literaturnobelpreisträgers

Freitag, 12.10.2012, gegen 11:00 Uhr: Bekanntgabe der Friedensnobelpreisträger

Montag, 15.10.2012, gegen 13:00 Uhr: Bekanntgabe der Wirtschaftsnobelpreisträger

Die physiologische Bedeutung der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren ist immens – der Mensch besitzt allein etwa tausend Gene, die solche Rezeptoren kodieren. Die Moleküle, die an ihnen binden, können alle Arten von inneren und äußeren Signalen sein: Licht, Geruch, Geschmack und Hormone wie Adrenalin, Serotonin und andere. Deswegen sind sie für die Medizin von entscheidender Bedeutung. Sie stellen etwa die Hälfte aller bekannten Zielstrukturen für Medikamente. Nicht nur Betablocker für Bluthochdruck-Patienten zählen dazu. Auch der antivirale Wirkstoff Maraviroc. Er hindert das tückische HI-Virus daran, Körperzellen zu infiltrieren.

Erschienen auf spektrum.de in einer längeren Fassung

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