Betreuer: Christian Fleck

Präsentation zum Thema: "Betreuer: Christian Fleck"—  Präsentation transkript:

1 Betreuer: Christian Fleck
Motorproteine Tim Meyer - Betreuer: Christian Fleck

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

3

4

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

6 Struktur der Motorproteine

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

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)

12

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

14

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 = µATP µADP µP fext : Externe Kraft auf Protein Wi(x) : Chemische Potential des Motors im Zustand i an Position x -> Enthält die Symmetrie des Filaments wi(x) : Übergangsrate zwischen den Zuständen

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

22 Beispiel:

23 Stochastische Beschreibung
Pi(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 (x) -> Abhängig von ATP/ADP Konzentration
Definition: (x) -> Abhängig von ATP/ADP Konzentration -> Maß für die Abweichung vom „detailed Balance“ Zustand Omega ist proportional zu µATP->Konzentration bei deltaµ groß!!

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

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

28 Erklärung Tau1/2 nicht zu groß und nicht zu klein!

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: w(x,x‘) : (x->x‘) -> Bewegung ohne Diffusionsschritt wäre möglich Das ist wesentlich effizienter! Kombination sind auch möglich

31 Beispiel (ohne Diffusion):

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

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