Von Helmut Grünewald

Die Nachricht erreichte ihn beim Fischen, und auf die Frage, ob er mit dem Nobelpreis gerechnet hätte, antwortete er mit einem Lachen: "Spätestens im nächsten Jahr." Er – das ist Professor Earl Wilbur Sutherland von der Vanderbilt-Universität in Nashville (US-Staat Tennessee). Er erhielt den diesjährigen Nobelpreis für Medizin und Physiologie für seine Untersuchungen über die Wirkungsweise der Hormone.

Stand der Preis für diese Arbeiten wirklich so sicher in Aussicht? Die fundamentale Entdeckung Sutherlands liegt etwa fünfzehn Jahre zurück, und zunächst sah es so aus, als handele es sich um nicht viel mehr als um eine der unzähligen, mitunter etwas exotischen chemischen Reaktionen, die sich im menschlichen und tierischen Stoffwechsel abspielen können. Sutherland untersuchte damals, wie in der Leber unter dem Einfluß des von den Nebennieren ausgeschütteten Hormons Adrenalin Traubenzucker freigesetzt wird.

Wenn man eine kohlenhydratreiche Nahrung zu sich nimmt, also Brot, Kartoffeln oder Reis, so wird das im Augenblick vom Körper nicht verbrauchte Kohlenhydrat in der Leber und in der Muskulatur gespeichert in Form von Glykogen. Die Bausteine des Glykogens sind Traubenzuckermoleküle. In Zeiten des Kohlenhydratmangels kann sich der Körper vom Glykogen immer ein bißchen Traubenzucker abknabbern, Allerdings braucht (und besitzt) er dazu ein spezielles Werkzeug, ein Molekül, welches normalerweise aber unwirksam ist wie ein Messer, das in seiner Scheide steckt. Andernfalls könnte sich das Glykogen im Körper gar nicht halten, es würde, kaum gebildet, sogleich wieder abgebaut. Wenn aber am Zuckervorrat geknabbert werden soll, muß das Messer aus der Scheide herausgeholt werden. Chemisch gesprochen: Das Molekül (es gehört zur Gruppe der Enzyme) muß aus der inaktiven Form in die aktive Form umgewandelt werden. Das aber kann nur auf ein spezielles Zeichen hin geschehen, sozusagen nach der Ankunft eines Böten, der die Erlaubnis zur Umwandlung überbringt. Dieser Bote ist das Adrenalin.

So wie das Adrenalin haben alle Hormone in unserem Körper die Funktion chemischer Sendboten, die in dem Augenblick ausgeschickt werden, in dem in irgendeinem Organ ein Prozeß in Gang gesetzt oder angehalten werden soll. Hormone werden von ihrer Produktionsstätte an den Blutkreislauf abgegeben. Sie schwimmen mit dem Blut zu ihrem Bestimmungsort, in unserem Beispiel also von der Nebenniere zur Leber. Dort angekommen steigen sie aus – und stehen wie ein mittelalterlicher Ritter vor einer Burg mit hochgezogener Zugbrücke. Hormone sind fast immer verhältnismäßig große Moleküle und daher nicht fähig, die Wände der Zellen eines Organs zu durchdringen. Diese Wände sind zwar poröse Membranen, aber ihre Löcher reichen nur für den Durchschlupf kleinster Teilchen. Wie also bringen die Hormone ihre Nachrichten ins Innere der Zellen, wo sie in die Tat umgesetzt werden sollen? Vor dieser Frage stand die Wissenschaft viele Jahrzehnte lang in absoluter Ratlosigkeit, bis Sutherland und seine Mitarbeiter erstmals eine schlüssige Antwort fanden.

Überall im menschlichen und tierischen Körper, aber auch in den Pflanzen, kommt ein Molekül vor, dessen Gestalt man sich etwa so vorstellen kann: eine Acht, an der eine Sechs hängt, und zwar so, daß eine Fadenschlinge durch einen Ring der Acht und durch den Ring der Sechs läuft. Wichtig an diesem Molekül ist der "Haken" der Sechs. Er besteht seinerseits aus. drei zu einer Kette miteinander verknüpften Molekülen Phosphorsäure, und daher nennt man das Molekül abgekürzt ATP. Das A steht für Adenosin (so heißt die Kombination aus der "Acht" und dem Ring der "Sechs"), das T bedeutet tri (dreimal), und P ist der Anfangsbuchstabe von Phosphorsäure. Vom ATP wußte man seit langem, daß seine drei Moleküle Phosphorsäure sukzessive abgespalten werden können und daß zwei dieser drei Spaltungsreaktionen für die Zelle mit bedeutendem Energiegewinn verbunden sind. Natürlich bedarf auch diese Abspaltung der Phosphorsäuremoleküle vom ATP – wie alles, was sich in unserem Körper an chemischen Reaktionen abspielt – eines speziellen Werkzeugs, eines Enzyms.

Sutherland fand nun, daß ein solches Enzym Bestandteil der Zellmembran ist. Mit anderen Worten: Auch die Zellmembran ist in der Lage, das ATP zu spalten. Sie tut das auf ihrer Innenseite, also im Zellinnern, und zwar so, daß dem ATP zwei Moleküle Phosphorsäure abhanden kommen und das verbleibende mit dem Ring der "Sechs" eine zweite "Acht" bildet. Das Produkt heißt daher cyclisches AMP, denn es enthält nur noch ein (mono) Molekül Phosphorsäure. Was aber hat das mit der Wirkung des Hormons zu tun?