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Motorproteine

Motorproteine. Tim Meyer - 14.06.2006 Betreuer: Christian Fleck. Wo werden Motorproteine gebraucht?. Muskelbewegung Transport in Zellen (z.B. Nervenzellen) Fortbewegung von Bakterien. Myosin, Kinesin und Dynesin. 3 Gruppen von Motorproteinen Bewegen sich entlang von Filamenten

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Presentation Transcript

  1. Motorproteine Tim Meyer - 14.06.2006 Betreuer: Christian Fleck

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

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

  4. Struktur der Motorproteine

  5. Wie werden sie angetrieben? • „Treibstoff“: • Ionengradient • ATP-Hydrolyse: • ATP --------> ADP + P

  6. Filamente • „Fäden“, an denen die Proteine entlangwandern • 2 Arten: Actin und Microtubuli

  7. Aktin

  8. Microtubuli

  9. Funktionsweise der Motoproteine • Erste Möglichkeit: Protein macht „Schritte“. (Myosin)

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

  11. Muskel-Myosin

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

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

  14. Vorgehensweise • Vereinfachte allgemeine Annahmen • Überlege ob/wie damit Bewegung erzeugt werden kann

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

  16. 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

  17. 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

  18. Beispiel:

  19. 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

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

  21. Definition: (x) -> Abhängig von ATP/ADP Konzentration -> Maß für die Abweichung vom „detailed Balance“ Zustand

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

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

  24. Erklärung

  25. Zusammenfassung • „active sites“ erhöhen die Geschwindigkeit -> Theorie wird bekräftigt • Bewegung wird durch Diffusion angetrieben! -> „thermal ratchet“

  26. 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

  27. Beispiel (ohne Diffusion):

  28. 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

  29. 1.Fall: • symmetrisches Potential

  30. 2.Fall: • asymmetrisches Potential

  31. Variante des Modells • Wieder feste Verbindung zum Motor • Aber keine freie Bewegung des Filaments

  32. Es kommt zu Oszillationen des Filaments:

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

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