Student World

Laureáty Nobelovy ceny za chemii byli letos na začátku října jmenováni dva američtí vědci, Peter Agre (nar. 1949) z Univerzity Johnse Hopkinse v Baltimore (http://biolchem.bs.jhmi.edu) ve státě Maryland a Roderick MacKinnon (nar. 1956) z lékařského institutu při Rockefellerově univerzitě v New Yorku (http://www.rockefeller.edu/labheads/mackinnon/mackinnlab.html). Své rozhodnutí Švédská královská akademie věd doprovodila slovy: „za objev kanálků v buněčných membránách“.

Objev kanálků, přes něž se dostává voda a soli do buněk a zpět, má význam nejen pro pochopení zásadních buněčných pochodů na molekulární úrovni, ale s největší pravděpodobností umožní i efektivnější léčbu řady závažných nemocí.
Že každá živočišná nebo rostlinná buňka musí obsahovat určitý druh kanálků, jimiž do ní prochází voda s živinami a ve zpětném toku voda s vyloučenými látkami, to bylo vědcům jasné již v druhé polovině 19. století, kdy se buňka stala předmětem vědeckého zkoumání. Již tehdy se vědělo, že buňka je od svého okolí izolována tenkou, ale nepropustnou membránou. Z tohoto důvodu bylo nasnadě, že v buněčné membráně musí existovat mikroskopické otvory, jež by umožňovaly nějakou látkovou výměnu. Myšlenka existence těchto „průduchů“ se poprvé ve vědeckém tisku objevila asi v roce 1890, kdy ji nadhodil německý chemik Wilhelm Ostwald, který zároveň přišel s myšlenkou existence elektrochemického signalizačního mechanismu mezi jednotlivými buňkami (Ostwald získal Nobelovu cenu za chemii v roce 1909 za výzkum podmínek chemické rovnováhy a reakční rychlosti).
Jak transport životně důležitých látek na molekulární úrovni a komunikace mezi buňkami přesně funguje, zůstávalo ovšem dlouhou dobu záhadou. Na začátku padesátých let demonstrovali britští výzkumníci Alan Hodgkin a Andrew Huxley mechanismus transportu sodíkových iontů v membránách nervových buněk, ale přesné vysvětlení těchto pochodů na sebe ještě nechalo nějakou dobu čekat. S odpovědí přišel až v roce 1988 právě americký chemik Peter Agre, jenž objevil kanálky, jimiž do buněk vniká a z buněk uniká voda.

Na první pohled jednoduchá záležitost za sebou skrývá dosti složité chemické pochody. Pro funkci těchto kanálků, buněčných bran a výstupů, jsou totiž životně důležité komplikované membránové proteiny. Ty živiny, jako je např. glukóza, buď ihned dokážou přenést, anebo v měřítcích desetin nanometru vytvoří kanálky pro molekuly vody a dalších molekul a iontů. Tento mechanismus iontových kanálků nejenže zajišťuje výživu a vylučování buňky, ale zároveň zprostředkovává i komunikaci mezi více buňkami. Umožňuje totiž vznik a přenos elektrických signálů např. mezi nervovými buňkami či buňkami tvořících svaly.
Právě studiemi struktury a funkcemi iontových kanálků se zabýval Roderick MacKinnon, druhý laureát letošní Nobelovy ceny za chemii, jenž na tomto poli učinil řadu významných zjištění. Díky existenci buněčných kanálků se mu na základě metody rentgenové krystalografie podařilo objasnit, jak membránové proteiny dokážou kontrolovat chod jednotlivých orgánů, srdce, ledvin, svalů či plic. Na základě „kanálkové komunikace“ mohou buňky regulovat i vylučování jednotlivých hormonů, čím se zajišťují reakce celého organismu na vnitřní i vnější podněty.

Za objevy přispívající k objasnění činnosti buňky, základní jednotky živých organismů, bylo v minulosti uděleno množství Nobelových cen. Letošní ocenění je zároveň ilustrací, jak se současná biochemie dostává na úroveň měřítka nanometru, které umožňuje poznání fundamentálních životní procesů. Toto poznání, jak jsem již v úvodu předeslali, je první stupněm k formování oboru nanomedicíny.

V minulé části seriálu o letošních přírodovědných Nobelových cenách jsem poznamenali, že získat toto nejvyšší vědecké ocenění se někdy podobá výhře v loterii. Spory provázejí letos právě Nobelovu cenu za chemii. Rumunský chemik Gheorghe Benga vyjádřil kvůli letošní nominaci obrovské zklamání, neboť se domnívá, že to byl právě on, kdo první objevil a popsal buněčné kanálky. Svůj objev údajně publikoval ve vědeckém tisku, konkrétně v prestižním časopise Cell Biol Intl.

Odkazy:

Nobel Prize for Chemistry
http://www.nobel.se/chemistry/laureates/2003

Transport Across Cell Membranes
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/D/Diffusion.html

Nanomedicine
http://www.foresight.org/Nanomedicine

Předešlé díly seriálu:

Fyziologie a medicína
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/E9DA73A9EB349720C1256DBA003D2CA2

Fyzika
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/C4082904532655B3C1256DBF0036ABFF

autor Jan Kapoun