Jens C. Skou heeft niet zomaar een enzym ontdekt. Hij ontdekte het mechanisme dat ervoor zorgt dat zenuwcellen vuren en spieren samentrekken. Zonder deze kleine biologische machine zouden je gedachten niet van het ene neuron naar het andere gaan. Je hart zou niet kloppen.
Skou werd geboren in Lemvig, Denemarken, op 8 oktober 1918. Hij stierf in Aarhus op 28 mei 2018. Het grootste deel van zijn leven was hij biofysicus en gaf hij les aan de Universiteit van Aarhus. Maar zijn nalatenschap berust op één enkele, monumentale doorbraak: de ontdekking van natrium-kalium-geactiveerde adenosinetrifosfatase (Na+-K+ ATPase).
Deze ontdekking leverde hem in 1997 de Nobelprijs voor de Scheikunde op. Hij deelde de eer met Paul D. Boyer en John E. Walker. Maar terwijl de anderen in kaart brachten hoe ATP werkt, identificeerde Skou de eigenlijke pomp die het aandrijft.
Van zenuwen tot krabmembranen
Skou studeerde geneeskunde aan de Universiteit van Kopenhagen. Hij promoveerde in 1954 aan de Universiteit van Aarhus. Zijn onderzoek begon niet in een vacuüm. Het bouwde voort op het werk van Sir Alan Hodgkin en Richard Keynes.
Die Engelse wetenschappers hadden natrium en kalium door de zenuwcellen zien bewegen. Ze merkten iets vreemds op. Wanneer een neuron vuurde, stroomden er natriumionen naar binnen. Om de cel te resetten voor het volgende signaal, moesten die ionen weer naar buiten worden geduwd.
Dit was niet passief. Het ging tegen de natuurlijke stroom in. De natriumconcentratie was buiten de cel hoger dan binnen de cel. Breng het terug in de benodigde energie. Concreet vereiste het adenosinetrifosfaat (ATP).
Skou ging verder met deze puzzel. Eind jaren vijftig kwam hij met een radicaal idee. Een enzym was verantwoordelijk voor het verplaatsen van moleculen door het celmembraan. Het was niet alleen een barrière. Het was een actieve transporteur.
Hij testte deze theorie met behulp van membranen van krabzenuwcellen. Krabben werden gekozen vanwege hun grote, toegankelijke zenuwen. De resultaten waren onmiskenbaar. Hij had het enzym geïsoleerd dat nu bekend staat als Na+-K+ ATPase.
Hoe de pomp eigenlijk werkt
Het enzym zit in het plasmamembraan van dierlijke cellen. Het fungeert als een strikte poortwachter.
Het wordt geactiveerd wanneer het specifieke omstandigheden detecteert. Extern kalium veroorzaakt het. Intern natrium voedt het. Eenmaal ingeschakeld, voert het een meedogenloze cyclus uit:
- Het pompt natrium uit de cel.
- Het trekt kalium de cel in.
Deze uitwisseling handhaaft een kritisch evenwicht. In de cel blijft het kalium hoog. Natrium blijft laag. Buiten is het omgekeerde waar. Deze gradiënt is niet optioneel. Het is essentieel voor het leven.
Het enzym pompt natrium uit de cel en kalium erin, waardoor een hoge intracellulaire kaliumconcentratie en een lage natriumconcentratie in stand worden gehouden in verhouding tot de omringende externe omgeving.
De bevindingen van Skou verklaarden meer dan alleen zenuwsignalen verklaren. Ze onthulden een fundamentele klasse van biologische machines. Andere enzymen werkten op dezelfde manier. Ze omvatten de ionenpompen die de spiercontractie regelen.
Waarom dit voor u belangrijk is
Je vraagt je misschien af waarom krabzenuwen belangrijk zijn voor mensen. Ze zijn belangrijk omdat de biologie behouden blijft. De natrium-kaliumpomp in je hersenen werkt precies zoals de pomp die Skou bij krabben heeft bestudeerd
