Salze sind aus Ionen aufgebaut, etwa Kochsalz aus positiv geladenen Natirum- und negativ geladenen Chloridionen. Durch den Transport solcher Ionen in und aus den Zellen werden elektrische Signale erzeugt, die für die Reizleitung in den Nerven verantwortlich sind.
Noch schwieriger als beim Wasser schien die Frage, wie Ionen durch eine Zellmembran transportiert werden können. Denn nicht nur sind Ionen ebenfalls polar und werden daher von einer unpolaren Zellmembran abgestoßen. Viel mehr musste beantwortet werden, wie denn selektiv ein Kaliumion durch eine Membran transportiert wird, während das gleich geladene, aber kleinere Natriumion den Kanal nicht durchdringen kann.
1998 verblüffte Roderich MacKinnon die wissenschaftliche Welt mit der Aufklärung der Struktur eines Kanals für Kaliumionen, wodurch erstmals ein Verständnis für die Transportprozesse von Ionen möglich wurde. Aufgrund dieser ersten Arbeit ist es heute nun möglich, auf molekularer Ebene „zu sehen“, wie Ionenkanäle durch bestimmte Zellsignale geöffnet und geschlossen werden und Ionen durch die Kanäle hindurchwandern können.
Plötzlich wurde klar, warum ein Kaliumion den Kanal passieren konnte, während dem kleineren Natirumion der Zutritt verwehrt wurde (s. Abbildung links, zur Vergrößerung anklicken). In wässriger Lösung sind alle Metallionen von einer Wasserhülle, der Hydrathülle umgeben, und zwar bindet das negative polarisierte Sauerstoffatoms des Wassers an das positiv geladene Ion.
In einem Kaliumkanal sind ebenfalls negativ polarisierte Sauerstoffatome vorhanden, und zwar genau in dem Abstand, in dem auch die Wassermoleküle der Hydrathülle ein Kaliumion umgeben. Das Kaliumion kann also unter Abstreifen der Hydrathülle in den Kanal eintreten, da der hiermit verbundene Energieverlust sofort durch die Bindung an die Sauerstoffatome im Kanal kompensiert wird. Dagegen kann der Kanal die Hydrathülle der kleineren Natriumionen nicht exakt nachahmen, so dass der Energieverlust durch das Abstreifen der Hydrathülle beim Natrium nicht kompensiert werden kann. Andererseits ist das Natriumion mit seiner Hydrathülle aber zu groß, um durch den Kanal wandern zu können.
Der diesjährige Nobelpreis zeigt wieder einmal, wie stark die makrospkopisch betrachteten, biologischen Prozesse (vgl. Abbildung am Anfang des Artikels) heutzutage auf einem molekularen, chemischen Level verstanden werden müssen. Allen Biologiestudenten sei daher die Chemie, von der leider immer noch viele glauben, sie sei ein unnötiger Ballast, ans Herz gelegt.
