Chemiczny Nobel dla Amerykanów: jak w człowieku krąży woda

Żywy organizm składa się z jednej lub wielu komórek. Ciało człowieka tworzą setki miliardów komórek, oddzielonych od siebie i otoczenia zbudowaną z mozaiki lipidów i białek błoną komórkową. Dzięki błonie zachowują swoją integralność - bez takiej bariery zlałyby się z otoczeniem.

Kanały komórkowe nie są po prostu "dziurami" w błonie - działają jak przejścia graniczne, wpuszczając potrzebne i usuwając zbędne substancje. Dzięki kanałom możliwe jest współdziałanie komórek w zorganizowany sposób.

Ludzkie ciało zawiera około 70% wody z rozpuszczonymi solami mineralnymi. Dzięki kanałom możliwy jest transport jonów (elektrycznie naładowanych cząsteczek) i wody na zewnątrz lub do wnętrza komórki. Badania tegorocznych noblistów pomogły zrozumieć związane z tym zjawiska - na przykład proces wytwarzania moczu przez nerki, w czasie którego z rozcieńczonego moczu pierwotnego odzyskiwana jest woda. Dzięki temu wydalamy na dobę litr moczu, a nie 170 litrów.

Przepływ jonów umożliwia także skurcze mięśni oraz przesyłanie sygnałów elektrycznych przez nerwy. Zrozumienie tych procesów ma ogromne znaczenie dla poznania przyczyn chorób serca, nerek, mięśni i układu nerwowego.

Już w połowie XIX wieku podejrzewano, że komórki ciała muszą zawierać specyficzne kanały transportujące wodę. Ale dopiero w roku 1988 Peterowi Agre udało się wyizolować występujące w błonie komórkowej białko akwaporynę, które później okazało się poszukiwanym kanałem wodnym.

W ślad za tym odkryciem nastąpiły badania nad kanałami wodnymi u rozmaitych organizmów żywych - bakterii, roślin, ssaków. Tylko u człowieka znaleziono 11 odmian akwaporyny. Teraz naukowcy mogą dokładnie śledzić przejście cząsteczki wody przez kanał i rozumieją, dlaczego przez kanał przechodzi tylko woda, a nie inne małe cząsteczki w rodzaju jonów. Przez pojedynczy kanał wodny przepływają miliardy cząsteczek wody w ciągu sekundy. Natomiast elektrycznie naładowane jony dzięki odpychaniu przez ścianki kanału nie są w stanie go sforsować.

Dla jonów przeznaczone są specjalne kanały, co więcej - odmienne dla jonów sodowych i potasowych. Roderickowi MacKinnonowi udało się poznać w roku 1998 strukturę kanału potasowego. Zadziwił tym cały świat naukowy, ponieważ badania metodą krystalografii rentgenowskiej receptorów błonowych były niezwykle trudne. Pozwoliło to śledzić przepływ jonów przez kanały, zamykane i otwierane zależnie od sygnałów w komórce.

Specjalne "czujniki" reagują na zmiany stężenia jonów czy napięcia elektrycznego w komórce, co pozwala zamykać i otwierać kanał. MacKinnon wyjaśnił, jak to się dzieje, że przez kanał potasowy swobodnie przechodzą jony potasu, ale mniejsze od nich jony sodu przejść nie mogą. Tajemnica leży we wzajemnym oddziaływaniu jonów potasu i atomów tlenu wewnątrz kanału.

Peter Agre ma 54 lata, urodził się w Stanach Zjednoczonych. Został doktorem nauk medycznych na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore w USA w 1974 roku. Jest profesorem biochemii i medycyny na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa.

Roderick MacKinnon ma 47 lat, urodził się w Stanach Zjednoczonych. Został doktorem nauk medycznych w Tufts Medical School w Bostonie. Jest profesorem neurobiologii molekularnej i biofizyki na Rockefeller University w Nowym Jorku.

Nagroda wynosi 10 mln koron, czyli ok. 1,3 mln dolarów i zostanie równo podzielona pomiędzy obu laureatów.