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Motorproteine Tim Meyer - 14.06.2006 Betreuer: Christian Fleck.

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Präsentation zum Thema: "Motorproteine Tim Meyer - 14.06.2006 Betreuer: Christian Fleck."—  Präsentation transkript:

1 Motorproteine Tim Meyer Betreuer: Christian Fleck

2 Wo werden Motorproteine gebraucht? Muskelbewegung Transport in Zellen (z.B. Nervenzellen) Fortbewegung von Bakterien

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4

5 Myosin, Kinesin und Dynesin 3 Gruppen von Motorproteinen Bewegen sich entlang von Filamenten Haben festgelegte Bewegungsrichtung

6 Struktur der Motorproteine

7 Wie werden sie angetrieben? Treibstoff: Ionengradient ATP-Hydrolyse: ATP > ADP + P

8 Filamente Fäden, an denen die Proteine entlangwandern 2 Arten: Actin und Microtubuli

9 Aktin

10 Microtubuli

11 Funktionsweise der Motoproteine Erste Möglichkeit: Protein macht Schritte. (Myosin)

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13 Funktionsweise der Motoproteine Zweite Möglichkeit: Protein stößt sich ab. (Muskel-Myosin)

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15 Muskel-Myosin

16 Zusammenfassung: Bisher: Biochemie Als nächstes: Versuch die Bewegung physikalisch zu beschreiben.

17 Probleme: Jeder Schritt ist reversibel Struktur der Proteine ist sehr komplex Oft hat man nur Vermutungen wie es funktioniert

18 Vorgehensweise Vereinfachte allgemeine Annahmen Überlege ob/wie damit Bewegung erzeugt werden kann

19 Annahmen: Filament ist periodisch und fest Protein nimmt verschiedene Zustände ein System ist isotherm Bewegung ist 1-dimensional

20 Definition einiger Größen µ = µ ATP - µ ADP - µ P f ext : Externe Kraft auf Protein W i (x) : Chemische Potential des Motors im Zustand i an Position x -> Enthält die Symmetrie des Filaments i (x) : Übergangsrate zwischen den Zuständen

21 2-Zustandsmodell Es gibt zwei Zustände: 1.Protein ist an Filament gebunden 2.Protein hat sich von Filament gelöst Übergänge möglich durch: Thermische Anregung Verbrauch von ATP

22 Beispiel:

23 Stochastische Beschreibung P i (x,t) : Wahrscheinlichkeit das Protein am Ort x zur Zeit t im Zustand i zu finden. Zeitliche Entwicklung der Wahrscheinlichkeits- dichten durch Fokker-Planck-Gleichung -> analog zur Diffusionsgleichung

24 Fokker-Planck-Gleichungen Strom J setzt sich zusammen aus: Diffusion Kraft durch das Potential W Externe Kraft

25 Definition: (x) -> Abhängig von ATP/ADP Konzentration -> Maß für die Abweichung vom detailed Balance Zustand

26 Wie erhält man die mittlere Geschwindigkeit? Bewegung nur wenn: Potential asymmetrisch > 0 (ATP wird verbraucht)

27 Betrachte (x): Zwei Extremfälle: (x) ist homogene Verteilung (x) ist punktuelle Verteilung -> Modell der active sites

28 Erklärung

29 Zusammenfassung active sites erhöhen die Geschwindigkeit -> Theorie wird bekräftigt Bewegung wird durch Diffusion angetrieben! -> thermal ratchet

30 Wie kann man power stroke berücksichtigen? -> nicht lokale Übergangsraten: (x,x) : (x->x) -> Bewegung ohne Diffusionsschritt wäre möglich Das ist wesentlich effizienter! Kombination sind auch möglich

31 Beispiel (ohne Diffusion):

32 Was passiert, wenn mehre Motoren zusammenarbeiten? z.B.: im Muskel Modell: Motoren sind zufällig an starrem Filament befestigt Verbindung ist fest oder elastisch Kollektive Effekte

33

34 1.Fall: symmetrisches Potential

35 2.Fall: asymmetrisches Potential

36 Variante des Modells Wieder feste Verbindung zum Motor Aber keine freie Bewegung des Filaments

37 Es kommt zu Oszillationen des Filaments:

38 Zusammenfassung 2-Zustanzmodell liefert gutes Modell für Beschreibung der Motorproteine Ist ein Ansatz um künstliche mikroskopische Motoren zu bauen


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