Peter D. Mitchell: Der Mann, der alleine Recht hatte

Im Jahr 1961 schlug Peter Mitchell vor, dass Zellen ATP produzieren, indem sie Protonen über eine Membran pumpen und sie durch diese wieder zurückströmen lassen. Diese Idee war der herrschenden Biochemie so fremd, dass der größte Teil des Fachgebiets sie schlicht ablehnte. Zwei Jahre später, zermürbt von institutioneller Opposition und schlechter Gesundheit, gab er seine Universitätsstelle auf, restaurierte ein verfallenes Herrenhaus in Cornwall und baute darin sein eigenes Labor. Siebzehn Jahre danach folgte der Nobelpreis für Chemie.

Mitcham

Peter Dennis Mitchell wurde am 29. September 1920 in Mitcham, Surrey, als Sohn von Christopher Gibbs Mitchell, einem Beamten, und Kate Beatrice Dorothy Taplin geboren. Sein Onkel war Sir Godfrey Mitchell, der Vorsitzende des Bauunternehmens George Wimpey – eine familiäre Verbindung zu erheblichem Vermögen, die später wichtig werden sollte, als Mitchell Wissenschaft finanzieren musste, die sonst niemand finanzieren wollte.

Er wurde am Queen's College in Taunton und anschließend am Jesus College in Cambridge ausgebildet, wo er den Natural Sciences Tripos absolvierte und sich auf Biochemie spezialisierte.

Cambridge und Penicillin

1942 trat Mitchell eine Forscherstelle am Department of Biochemistry in Cambridge an. Seine Promotion zog sich hin – sie wurde ihm 1951 für eine Arbeit über den Wirkungsmechanismus von Penicillin verliehen, das heißt darüber, wie ein Molekül an einer bakteriellen Membran wirkt. Membranen sollten für den Rest seines Lebens sein Thema bleiben.

1955 lud ihn Professor Michael Swann nach Edinburgh ein, um eine Abteilung für Chemische Biologie in der Zoologischen Fakultät aufzubauen. 1961 wurde er zum Senior Lecturer und 1962 zum Reader ernannt. 1963 trat er zurück.

Die chemiosmotische Hypothese

Die Idee, die er 1961 in Nature veröffentlichte, befasste sich mit der größten unbeantworteten Frage der Biochemie. Jeder wusste, dass ATP die Energiewährung der Zelle ist. Niemand wusste, wie Zellen es tatsächlich herstellten. Die herrschende Annahme war, dass ein energiereiches chemisches Zwischenprodukt die Oxidation von Nahrung mit der Synthese von ATP koppeln müsse – und Labore auf der ganzen Welt suchten erfolglos nach diesem Zwischenprodukt.

Mitchell sagte, es gebe kein solches Zwischenprodukt. Die Kopplung, so argumentierte er, sei nicht chemisch, sondern räumlich. Die Atmung pumpt Protonen über eine Membran und baut so einen elektrochemischen Gradienten auf – einen Konzentrations- und Spannungsunterschied zwischen der einen und der anderen Seite. Dieser Gradient ist die gespeicherte Energie. ATP entsteht, wenn Protonen durch ein spezifisches Enzym in der Membran wieder den Gradienten hinabfließen.

Dies war in zweierlei Hinsicht ein provokanter Vorschlag. Er verlegte das Problem von der löslichen Chemie in die Membranstruktur, die die meisten Biochemiker jener Ära eher für einen trägen Behälter als für eine Maschine hielten. Und er wurde größtenteils auf theoretischer Grundlage von einem Mann vorgebracht, der nur eine bescheidene Publikationsliste vorweisen konnte.

Glynn House

Nachdem er Edinburgh 1963 verlassen hatte, verbrachte Mitchell zwei Jahre damit, die Restaurierung von Glynn House in Cardinham in Cornwall zu überwachen. Im selben Zeitraum gründete er mit Jennifer Moyle, seiner langjährigen Mitarbeiterin, die Glynn Research Ltd, um grundlegende biologische Forschung zu seinen eigenen Bedingungen und auf eigene Kosten zu betreiben.

Es ist das buchstäblichste Beispiel in der modernen Wissenschaft für einen Forscher, der sich seine eigene Institution baut, weil die bestehenden ihn nicht aufnehmen wollten. Von Glynn aus entwickelte er die Theorie weiter, veröffentlichte den wesentlichen Durchbruch 1966 in den Biological Reviews und wandte sich anschließend theoretischen Arbeiten zu Elektronentransportketten und dem Q-Zyklus zu, dem Protonen-Shuttle-Mechanismus innerhalb der Atmungskette.

Bestätigung

Die Beweise häuften sich gegen die Skeptiker. André Jagendorfs Experimente an Chloroplasten zeigten, dass ein künstlich erzeugter pH-Unterschied über eine Membran – ein Protonengradient und sonst nichts – die ATP-Synthese antreiben konnte. Dann wurde die ATP-Synthase identifiziert: das Membranenzym, das Mitchells Modell erforderte und als Kanal fungierte, durch den zurückkehrende Protonen die Produktion von ATP antreiben.

Die Royal Society wählte ihn 1974 zum Mitglied (Fellow). 1976 folgte der Rosenstiel Award. 1978 erhielt er den Nobelpreis für Chemie – ungeteilt – „für seinen Beitrag zum Verständnis des biologischen Energietransfers durch die Formulierung der chemiosmotischen Theorie“. Noch im selben Jahr folgten die Sir-Hans-Krebs-Medaille und 1981 die Copley-Medaille der Royal Society. Er starb am 10. April 1992.

Warum Mitchell wichtig ist

Chemiosmose wird heute in jedem Einführungskurs in die Biologie als Fakt gelehrt, was verschleiert, wie radikal sie damals war. Mitchell erklärte den zentralen Energietransaktionsprozess des Lebens – wie Mitochondrien und Chloroplasten Nahrung und Sonnenlicht in nutzbare Energie umwandeln –, und er erklärte ihn richtig, während fast alle qualifizierten Fachleute dachten, er läge falsch.

Die Art und Weise ist ebenso lehrreich wie der Inhalt. Er erwies sich von einem privaten Labor in einem restaurierten cornischen Haus aus als richtig, finanziert außerhalb des Fördersystems, arbeitend mit einer einzigen Hauptmitarbeiterin. Konsens, so zeigt seine Karriere, ist eine Beschreibung dessen, was ein Fachgebiet derzeit glaubt, kein Maßstab für das, was wahr ist.