Joanna Rose
Kanaler för transport av vatten och salt är nödvändiga för näringstillförsel och kommunikation mellan cellerna hos levande organismer. Nu vet man hur de fungerar.
Människans kropp består av ungefär hundra miljarder celler, och varje cell omgärdas av ett hölje, ett membran, som avdelar cellens inre från dess omgivning. Samtidigt måste varje cell få näring och kommunicera med andra celler. I mer än ett sekel har forskare försökt lösa mysteriet med hur olika ämnen vandrar igenom cellmembranen. I år delar amerikanen Peter Agre från Johns Hopkins University i Baltimore nobelpriset i kemi med landsmannen Roderick MacKinnon, verksam vid Rockefeller University i New York. De två forskarna har kartlagt hur vatten och saltjoner kommer in i kroppens celler och hur de tar sig ut.
Peter Agre snubblade över lösningen till gåtan med vattnets vandring genom cellväggen av en slump. När han i mitten av 1980-talet undersökte kroppens röda blodkroppar fann han att ett av membranets ytproteiner i själva verket var en mikroskopiskt liten vattenkanal som ledde rakt in i cellen. Han kallade den akvaporin, en vattenpor. Den är en sorts lucka som släpper in upp till en miljard vattenmolekyler i sekunden och samtidigt stänger ingången om andra vätskor försöker droppa in.
För att kontrollera att det verkligen rörde sig om vattenkanaler placerade han celler där han tog bort vattenkanalerna tillsammans med vanliga celler i en vattenlösning. Han kunde visa att celler som var utrustade med akvaporiner tog upp vatten och svällde, medan andra behöll sin form. Så kunde Peter Agre sätta punkt för åratals forskning.
I dag, tio år senare, har Agres första akvaporin utökats till en stor proteinfamilj av olika vattenkanaler i cellmembranen hos bakterier, växter och djur. Bara i människans kropp har man hittills funnit elva olika varianter, men så består vi också till 70 procent av vatten.
Den kanske mest centrala rollen spelar njurarnas vattenkanaler. Njurarna är kroppens renhållningsverk, och under ett dygn produceras där ungefär 170 liter primärurin. Utan fungerande vattenkanaler skulle människan torka ut. Men genom en serie mycket sinnrika mekanismer återvinns det mesta av vattnet tillbaka till blodet; bara ungefär en liter urin lämnar kroppen varje dygn.
Ännu fiffigare än akvaporinerna visade sig jonkanalerna vara, vilka årets andre pristagare, Roderick MacKinnon, kunde beskriva i detalj så sent som i april 1998. Undersökningar av saltets, eller snarare de elektriskt laddade saltjonernas, väg genom cellens membran ger en förklaring till hur hjärtat och andra muskler i kroppens arbetar och hur hjärnceller kommunicerar med varandra. Så till exempel fortplantas i våra nervceller signaler mellan en serie jonkanaler som öppnas och stängs inom loppet av några millisekunder. Utan denna transport skulle kommunikationen mellan nervcellerna upphöra. Vi skulle inte veta hur vi mår, vad vi ser eller vad vi tänker.
Men det har länge varit en gåta varför jonkanalerna släpper igenom kaliumjonerna men stoppar de nästan likadana och dessutom betydligt mindre natriumjonerna. MacKinnon bestämde strukturen hos en jonkanal atom för atom och kunde visa att kaliumjonerna passar ihop med det molekylära filtret som nyckeln till ett lås. Rätt kombination öppnar cellens grindar. Cellen kan dessutom öppna och stänga ingången genom en ventil i botten på jonkanalen, ventiler som specialiserar sig på olika signaler.
Att cellen måste ha jonkanaler som fortplantar signalerna misstänkte man sedan länge. Däremot var det omöjligt att bestämma deras struktur, eftersom membranproteinerna hos växter och djur är mycket invecklade. MacKinnons snillrika grepp var att börja studera bakterier där det var enklare att med hjälp av röntgenkristallografin få en detaljerad bild av kanalproteinernas struktur.
Båda pristagarna har läkarexamen i grunden, och årets kemipris har sin största praktiska betydelse just för medicinen. Bristfällig funktion i kroppens vatten- och jonkanaler leder till en rad sjukdomar i njuren, hjärtat, musklerna och nervsystemet. Ännu finns det inga mediciner som direkt påverkar kanalerna, men så är de belönade upptäckterna också väldigt nya.
Temaartikel ur Nationalencyklopedins årsbok 2003
Nobelpriset 2003: Kemi
http://www.ne.se/rep/nobelpriset-2003-kemi
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
