Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Immer schön auf Abstand bleiben

18.10.2006
Dresdner Max-Planck-Forscher haben herausgefunden, warum sich biologische Lasten beim Transport durch die Zelle nicht verhaken

Wie sich Transportproteine in der Zelle bewegen können, ohne anzustoßen oder hängen zu bleiben, haben Wissenschaftler des Dresdner Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) zusammen mit einem Kollegen von der University of Florida, USA, erforscht. Mit einer hochsensitiven Mikroskopiermethode konnten die Forscher beschreiben, wie das Motorprotein Kinesin-1 mit seinen "Transportschienen", den Mikrotubuli, im Nanometer-Maßstab zusammenwirkt: Das Motorprotein hält den Abstand zu den Mikrotubuli auf 17 Nanometer und kann dadurch seine Ladung ohne anzuecken ans Ziel bringen (PNAS, 24. Oktober 2006).


Künstlerische Darstellung des Transports von Mikrotubuli auf einer Fläche voller Kinesin-Motorproteine. In der Originalveröffentlichung konnte für genau diesen Vorgang der Abstand von 17 Nanometern zwischen Mikrotubuli und Oberfläche gemessen werden. Bild: Jacob Kerssemakers

In der Zelle geht es zu wie am Hamburger Hafen. Handelswaren kommen an, müssen zugeordnet, zwischengelagert und losgeschickt werden. Im Großen wie im Kleinen ist es von großer Bedeutung, Stau und Kollisionen zu vermeiden, denn diese Transportprozesse sind lebenswichtig für jeden Organismus.

Für den Transport in der Zelle sorgen Motorproteine, die wie kleine Containerwagen ihre Waren hin und her befördern. Sie benötigen Transportschienen, ohne die sie ziellos im Zytoplasma treiben würden. Diese Rolle übernehmen unter anderem die Mikrotubuli, lange fadenförmige Strukturen mit etwa 25 Nanometer Durchmesser und mehreren Mikrometern Länge, die sich durch die ganze Zelle ziehen. Die Motorproteine, für die Kinesin-1 ein bereits gut erforschtes Beispiel ist, bestehen aus Kopfgruppe, Mittelteil und Schwanz. Sie sind erheblich kleiner als ihre Transportschienen.

... mehr zu:
»Kinesin-1 »Motorprotein »Nanometer »Zelle

Transportiert Kinesin-1 einzelne Zellorganellen oder anderes Cargo, bewegt sich seine Kopfgruppe schrittweise auf einem Mikrotubulus vorwärts - die Schrittweite und die genaue Koordination solcher Schritte wurden bereits eingehend untersucht. Auch ist bekannt, wie Kinesin die Ladung an seinen Schwanz bindet. Doch wie stellen die kleinen Motorproteine sicher, dass sich beim Transport nichts verhakt? Entscheidend dafür ist: Auf wie viele Nanometer Abstand zu den Miktrotubuli hält Kinesin-1 die Ladung während des Transports? Liegt hierin die bislang ungeklärte Rolle des Teils zwischen Kopf und Schwanz?

Nur: Nanometer kann man nicht einfach mit dem Lineal messen. Für den am MPI-CBG in Dresden arbeitenden Wissenschaftler Jacob Kerssemakers aus der Nachwuchsgruppe von Stefan Diez sowie Jonathon Howard (MPI-CBG) und Henry Hess (University of Florida, USA) war es eine große technische und methodische Herausforderung, einen Vorgang in dieser kleinen Dimension zu analysieren.

Dieses Kunststück gelang ihnen mit einer hoch-sensitiven, indirekten Mikroskopiemethode, bei der die Forscher Moleküle, die sie vorher mit einem fluoreszierenden Farbstoff versehen hatten, über einen reflektierenden Silizium-Spiegel gleiten ließen. Nun leuchteten die Moleküle in Abhängigkeit ihres Abstandes zur Oberfläche durch Interferenzeffekte unterschiedlich stark (Fluorescence Interference Contrast: FLIC), der Abstand wird also indirekt durch die Leuchtkraft bestimmt.

Da sich die großen Mikrotubuli-Filamente mit dieser Methode besser als einzelne Kinesin-1 Moleküle erfassen lassen, bestückten die Forscher sie mit dem Farbstoff. "Das ganze System musste also auf den Kopf gestellt werden", so Kerssemakers. Die Forscher vermaßen also nicht direkt den Abstand des Motorproteins vom Mikrotubulus, sondern den Abstand, auf den Kinesin-1 die Transportschienen von der reflektierenden Oberfläche hält. Dafür überzogen sie die Spiegelfläche des FLIC-Mikroskops mit den Motorproteinen, die quasi einen "Kinesin-Rasen" bildeten. Die "Kinesin-Halme" hielten darauf aufgebrachte Mikrotubuli von sich weg - genau auf den Abstand, mit dem die Ladung sonst entlang der Schienen gleitet.

Nach exaktem Kalibrieren des Messsystems berechneten die Wissenschaftler schließlich den Abstand. Es sind 17 Nanometer, auf die Kinesin-1 die Mikrotubuli hält bzw. auf die es seine Ladung von den Mikrotubuli entfernt. Dieser Wert kommt nicht von ungefähr: Die meisten Teile, die in der Zelle zu Hindernissen werden, sind kleiner als dieser Zwischenraum. So scheinen es die raffinierten Motorproteine zu schaffen, Cargo ohne jegliche Widerstände oder Verhakungen zum Ziel zu bringen. Diese Erkenntnis bringt wahrlich Licht in

einen weiteren Abschnitt der dunklen Transportwege in der Zelle.

Originalveröffentlichung:

Jacob Kerssemakers, Jonathon Howard, Henry Hess und Stefan Diez
The distance that kinesin-1 holds its cargo from the microtubule surface measured by fluorescence interference contrast microscopy

PNAS, S. 15812-15817, 24. October 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Kinesin-1 Motorprotein Nanometer Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie