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Nobelpreis für Chemie: Forscher, hört die Signale

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Warum rast unser Herz bei Stress? Wie nehmen wir den Duft von frischem Kaffee wahr? Zwei US-Forscher waren daran beteiligt, den Ablauf solcher Prozesse im menschlichen Körper zu entschlüsseln - eine Herkulesaufgabe. Ihr Lohn: der Chemie-Nobelpreis.

G-Protein gekoppelte Rezeptoren: Wenn da nur dieser Begriff steht, der das Forschungsgebiet der beiden frisch gekürten Chemie-Nobelpreisträger beschreibt, mag es etwas spröde wirken. Doch genau das Gegenteil ist der Fall.

Was Robert Lefkowitz und Brian Kobilka erforscht haben, liefert unter anderem Informationen darüber

  • warum bei Stress unser Herz zu rasen anfängt
  • wie wir den Geschmack und den Duft von frisch gebrühtem Kaffee wahrnehmen
  • an welcher Stelle unseres Körpers etwa die Hälfte aller verschreibungspflichtigen Medikamente wirken

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Nobelpreis für Chemie: Gesprächsbedarf an der Zellmembran
Denn einen wesentlichen Anteil an all diesen Prozessen haben eben jene G-Protein gekoppelte Rezeptoren, die man - den englischen Begriff abkürzend - auch als GPCR bezeichnet. Zwar zählt die Arbeit von Lefkowitz und Kobilka zu Grundlagenforschung. Doch da die GPCR einen derart wichtigen Zielpunkt für verschiedenste Medikamente darstellen, können Erkenntnisse über sie bei der Entwicklung neuer Arzneien helfen.

Gesprächsbedarf an der Zellmembran

Man könnte sich die Rezeptoren in einem inzwischen etwas altmodischen Vergleich als Telefonkabel vorstellen. Sie sorgen dafür, dass eine Information weitergeleitet wird, und zwar ohne dass ein direkter räumlicher Kontakt nötig ist. GPCR finden sich nicht nur beim Menschen, sie kommen bei einem Großteil der Lebewesen vor.

GPCR, die sich in den Zellmembranen - also den Außenwänden - befinden, arbeiten als Schnittstelle zwischen dem Zellinneren und ihrer Umgebung. So kann zum Beispiel das Stresshormon Adrenalin auf Zellen in den Blutgefäßen wirken, ohne dass es in diese eindringt. Stattdessen bindet es sich von außen an den Rezeptor, der dadurch seine Form verändert. Das wirkt sich im Zellinneren aus, wo die den Rezeptoren ihren Namen gebenden G-Proteine das Signal aufnehmen und ihrerseits aktiv werden. Für Erforschung der G-Proteine wurden 1994 die US-Forscher Martin Rodbell und Alfred Gilman mit dem Medizin-Nobelpreis bedacht.

Inzwischen weiß man, dass die GPCR eine große Familie bilden. Ihre Grundstruktur ist immer gleich. Sie bestehen aus sieben Säulen, die sich quer durch die Zellmembran ziehen, im Fachjargon heißt das dann: heptahelikales Transmembranprotein. Die Form, die der jeweilige GPCR an der Außenseite der Zelle zeigt, bestimmt, welche Signale er aufnimmt. Je nach seiner Struktur können dort eben Adrenalin, aber auch Histamin oder viele andere Substanzen binden. Gleichermaßen bestimmt die Form auf der Innenseite, was für ein G-Protein mit diesem Rezeptor zusammenarbeitet.

Um die tausend GPCR-Gene im menschlichen Erbgut

GPCR sorgen nicht nur dafür, dass Signale aus dem Inneren des Körpers in den jeweiligen Zellen ankommen. Sie sind auch beteiligt, wenn äußere Reize verarbeitet werden, beim Sehen, beim Riechen, beim Schmecken. So gehört beispielsweise das auf Licht reagierende Rhodopsin in Zellen der Netzhaut zu der Rezeptor-Familie.

Robert Lefkowitz von der Duke University in Durham und Brian Kobilka von der Stanford University, die nun den Nobelpreis erhalten, beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit den Rezeptoren.

So zeigen ihre Erkenntnisse auch, wie sich dieses Forschungsgebiet entwickelt hat. Über die gelungene Entdeckung eines solchen Rezeptors in der Zellmembran berichtete Robert Lefkowitz im Jahr 1970.

In den achtziger Jahren konnte Brian Kobilka, der damals zu Lefkowitz' Arbeitsgruppe gehörte, das Gen eines bestimmten GPCR identifizieren, des ß-Adrenorezeptors, was zu jener Zeit eine Mammutaufgabe war. Damals stellten die Forscher fest, dass die G-Protein gekoppelten Rezeptoren tatsächlich eine große Familie ähnlich aufgebauter Signalweiterleiter sind. Heute ist bekannt, dass um die tausend Gene im menschlichen Erbgut Vorlagen für verschiedene GPCR sind - ein Großteil davon liefert die Baupläne für die Rezeptoren, mit denen wir Gerüche wahrnehmen.

Rezeptor bei der Arbeit beobachtet

Erst 2011 berichtete Kobilka vom erfolgreichen Abschluss einer weiteren, noch aufwendigeren Aufgabe: Seiner Arbeitsgruppe war es gelungen, die dreidimensionale Struktur eines aktiven Komplexes aus einem Rezeptor, einem kleineren Molekül, das ihn aktiviert, sowie dem passenden G-Protein zu entschlüsseln. 20 Jahre lange hatte Koblika diesen Plan verfolgt.

Die Entschlüsselung der 3-D-Struktur von Proteinen ist hochkompliziert, was vor allem daran liegt, dass Forscher die Eiweiße zuerst dazu bringen müssen, einen Kristall zu bilden. Nur wenn die Proteine in dieser geordneten Form vorliegen, ist es möglich, durch die Bestrahlung des Kristalls mit Röntgenstrahlung herauszufinden, wie die Atome angeordnet sind. Das Kristallisieren ist per se ausgesprochen mühselig - und dass ein GPCR zudem nicht wasserlöslich und außerdem noch relativ groß ist, macht die Angelegenheit noch komplizierter.

Das Fachmagazin "Nature" widmete Kobilka einen Nachrichtenartikel - in dem schon zu lesen ist, dass seit dieser Meisterleistung so mancher davon spreche, dass Kobilka einen Nobelpreis bekommen könnte. Es werde jedoch schwer, den Forscher, der als ausgesprochen schüchtern gelte und das Rampenlicht scheue, nach Stockholm zu bekommen. Nun wird er wohl mit etwas mehr Aufmerksamkeit klarkommen müssen.

In einem Gespräch mit der Nachrichtenagentur AP schien er jedenfalls locker. Kobilka beschreibt, dass ihm am Telefon fünf Mitglieder des Nobelpreiskomitees nacheinander gratuliert hatten. "Ich glaube, das machen sie, damit man ihnen auch wirklich glaubt", so seine Erklärung. "Wenn nur einer anruft, könnte das ein Streich sein. Aber wenn fünf Menschen mit einem überzeugenden schwedischen Akzent in der Leitung sind, dann ist es keiner."

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insgesamt 7 Beiträge
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1. Falscher Preis?
TS_Alien 10.10.2012
Wäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
2.
tischplatte 10.10.2012
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Diese Frage stellte ich mir auch. Anscheinend gab es keine "revolutionäre" neue Reaktionen in den vergangenen Jahren.
3.
heikmaster 10.10.2012
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Es wäre einer für Biologen gewesen, aber weil es den nicht gibt drückt man die abwesend bei den Chemikern und Medizinern rein. Schade, denn beide Felder könnten auch eigene Leute zusammen bekommen...
4.
Eserwe 10.10.2012
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Lefkowitz und Kobilka arbeiten beide auf molekularer Ebene und sind viel mehr Biochemiker denn Mediziner. Ihre Leistung besteht darin, Rezeptoren von einem rein phenomenologischen Konzept in greifbare molekulare Einheiten umgewandelt zu haben. Lefkowitz indem er als erster eine Technik entwickelt hat um Rezeptoren als molekulare Einheiten quantifizierbar zu machen und dadurch studieren zu koennen, und Kobilka indem er den ersten Rezeptor kloniert hat.
5. ist doch egal
ribart 10.10.2012
Heutzutage sind die Felder Medizin, Biologie und Chemie doch so weit verschränkt, dass es egal ist, woher die Preisträger letztendlich kommen. Es stimmt, die Biologen sind ins Hintertreffen geraten, weil bei der Gründung des Nobelpreises nur Medizin, Physik und Chemie berücksichtigt wurden und Biologie nicht als reine Naturwissenschaft angesehen wurde. Mit der Molekularbiolgie hat sich das aber gewaltig geändert.
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Nobelpreisträger-Quiz

Chemie-Nobelpreis/ Nobelpreisträger
2015
2014
2013
2012
2011
Daniel Shechtman (Israel) für seine bahnbrechenden Erkenntnisse im Bereich der Kristallforschung.
2010
Richard Heck (USA), Ei-ichi Negishi und Akira Suzuki (beide Japan) für die Verbindung von Kohlenstoffatomen zu komplexen Molekülen.
2009
Venkatraman Ramakrishnan (Großbritannien), Thomas A. Steitz (USA) und Ada E. Yonath (Israel) für die Studien zur Struktur und Funktion des Ribosoms.
2008
Osamu Shimomura (Japan), Martin Chalfie und Roger Tsien (beide USA) für die Entdeckung und Weiterentwicklung des grün fluoreszierenden Proteins.
2007
Gerhard Ertl (Deutschland) für seine Studien von chemischen Verfahren auf festen Oberflächen. Gerhard Ertl im SPIEGEL-Gespräch über seinen Weg zum Erfolg.
2006
Roger D. Kornberg (USA) für seine Arbeiten über die molekularen Grundlagen der Gentranskription in eukaryotischen Zellen.
2005
Yves Chauvin (Frankreich), Robert Grubbs und Richard R. Schrock (beide USA) für die Entwicklung der Metathese-Methode in der organischen Synthese.
2004
Aaron Ciechanover , Avram Hershko (beide Israel) und Irwin Rose (USA) für die Entdeckung des Ubiquitin-gesteuerten Proteinabbaus.
2003
Peter Agre und Roderick MacKinnon (beide USA) für seine strukturellen und mechanischen Studien von Ionenkanälen in Zellmembranen.
2002
John B. Fenn (USA) und Koichi Tanaka (Japan)für ihre Entwicklung von weichen Desorptions-/Ionisations-Methoden für massenspektrometrische Analysen von biologischen Makromolekülen sowie Kurt Wüthrich (Schweiz) für seine Entwicklung der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie zur Bestimmung der dreidimensionalen Struktur von biologischen Makromolekülen in Lösungen.
2001
William S. Knowles (USA) und Ryoji Noyori (Japan) für ihre Arbeiten über chiral katalysierende Hydrierungsreaktionen sowie Barry Sharpless (USA) für seine Arbeiten über chiral katalysierende Oxidationsreaktionen.
2000
Alan J. Heeger (USA), Alan MacDiarmid (USA/Neuseeland) und Hideki Shirakawa (Japan) für die Entdeckung und Entwicklung von leitenden Polymeren.
1999
Ahmed Zewail (Ägypten und USA) für seine Studien des Übergangszustands chemischer Reaktionen mit Hilfe der Femtosekundenspektroskopie.
Ehrung mit Weltrang - die Nobelpreise
Der Stifter
Mit der Stiftung der Nobelpreise wollte der schwedische Forscher und Großindustrielle Alfred Nobel (1833-1896) einen Konflikt lösen, der sein Leben bestimmte: Der Dynamit-Erfinder konnte nicht verwinden, dass seine Entdeckung für den Krieg genutzt wurde. Als "Wiedergutmachung" vermachte er sein Vermögen einer Stiftung, aus deren Zinsen Preise für jene finanziert werden sollten, die "im verflossenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen geleistet haben". Nobel selbst hatte mehr als 350 Patente angemeldet.
Die Auszeichnungen
Die Preise werden seit 1901 vergeben. Die Dotierung stieg von anfangs 150.800 Kronen auf zehn Millionen Kronen (eine Million Euro), wurde 2012 aber wegen der Wirtschaftskrise wieder auf acht Millionen Kronen gesenkt. Bis zu drei Menschen können sich einen wissenschaftlichen Preis teilen. Der Friedensnobelpreis wird auch an Organisationen verliehen. Höhepunkt ist stets die feierliche Verleihung der Auszeichnungen am 10. Dezember, dem Todestag von Nobel.
Die Kategorien
Die Preisträger für Physik und Chemie werden immer von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, die der Medizin vom Karolinska-Institut in Stockholm und die Literaturpreisträger von der Königlich-Schwedischen Akademie der Künste ausgewählt. Die Friedenspreisträger bestimmt ein Ausschuss des norwegischen Parlaments in Oslo.
Die Alternativen
Neben den eigentlichen Nobelpreisen wird seit 1969 eine Ehrung für Wirtschaftswissenschaften in Gedenken an Alfred Nobel verliehen. Sie wurde 1968 von der Schwedischen Reichsbank gestiftet. Seit 1980 vergibt die "Stiftung zur Auszeichnung richtiger Lebensführung" (Right Livelihood Award Foundation) die Right Livelihood Awards, die oft als alternative Nobelpreise bezeichnet werden.


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