Jedes Lebewesen braucht Energie für die vielfältigen Lebensvorgänge in seinem Organismus. Aber nur die grünen Pflanzen vermögen ihre Energie direkt aus Sonnenlicht zu gewinnen. Tiere und Menschen dagegen sind auf die energiereichen Stoffe Zucker, Stärke und Fett angewiesen, die Pflanzen mit Hilfe von Sonnenlicht herstellen. Im Körper trägt der Blutstrom die gespeicherte Energie zusammen mit dem zur Energie-Umsetzung nötigen Sauerstoff zu jeder Zelle. Die Zelle schließlich besitzt dank ihren als Kraftwerk fungierenden Bestandteilen, den Mitochondrien, die Fähigkeit, die großen "Energiescheine" Traubenzucker in "Energiekleingeld" umzuwechseln.

Wie dieser Umtausch in handlichere Einheiten genau vor sich geht, erforschte der 58jährige britische Biochemiker Peter Mitchell von den Glynn-Forschungslaboratorien in Bodmin, Cornwall. Er entwarf eine "chemiosmotische Theorie der Phosphorylierung", bestätigte sie im Experiment – und gewann damit den diesjährigen Chemie-Nobelpreis (Wert rund 330 000 Mark).

Bei der biologischen Energieübertragung spielt eine chemische Verbindung mit dem Namen Adenosintriphosphat (Biochemiker-Kürzel: ATP) gleichsam die Rolle des allgegenwärtigen Groschens. Von den Mitochondrien nimmt ATP seinen Weg zu jedem Winkel in der Zelle, in dem Energie gebraucht wird. Und da wie im Währungssystem viel mehr Groschen als große Scheine benötigt werden, erzeugen die zelleigenen Kraftwerke auch sehr viel ATP: etwa 70 Kilogramm pro Tag im Körper eines Menschen. Dieses ATP, das bei der Energiegewinnung andernorts wieder abgebaut wird, ist also einer der wichtigsten Lebensstoffe.

Verbrennt Zucker oder Fett an der Luft, so wird die in ihm steckende Energie in Form von Wärme frei und verpufft ungenutzt. Der Körper kann sich solche Verschwendung nicht leisten. Deshalb zerlegt die Zelle die Zuckerverbrennung in viele kleine Schritte – ähnlich einem Fluß, der gebändigt an Staustufen seine Kraft abgibt. Jede Stufe liefert eine kleine Energiemenge, die als chemische Bindungsenergie im ATP abtransportiert und genutzt wird – ein Vorgang, der beim Menschen bei der konstanten Temperatur von 37 Grad Celsius abläuft.

Im groben waren diese Vorgänge seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Wie freilich die einzelnen Schritte der Umwandlung im einzelnen aussehen, liegt noch weitgehend im dunkeln. Immerhin konnten die Forschungen Mitchells die verborgenen Vorgänge etwas aufhellen.

Auf elektronenmikroskopischen Bildern der Zelle fallen die Mitochondrien sofort auf. Es sind ovale, abgegrenzte Gebilde, die eine vielfach gefaltete innere Membran enthalten und daher etwas an die Kaufläche eines Pferde-Backenzahns erinnern. Diese Membran spielt, wie Peter Mitchell herausfand, eine besondere Rolle bei der Energieumwandlung.

Wenn eine chemische Verbindung in eine andere übergeht, läuft die Reaktion meist über ein kurzlebiges Zwischenprodukt. Solch ein Übergangsmolekül haben die Biochemiker auch bei der ATP-Herstellung vermutet – und lange vergeblich danach gesucht. Peter Mitchell allerdings hatte schon 1961 seine chemiosmotische Theorie angeboten, die ohne Zwischenprodukt auskam und zunächst auf den erbitterten Widerstand seiner Fachkollegen stieß.