Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteine in der Zelle diffundieren ähnlich wie „harte Kugeln“

05.07.2011
Forscher aus Tübingen und Grenoble liefern neuen Erklärungsansatz für das Gedränge in lebenden Zellen.

Eine hohe Konzentration von Makromolekülen in der Zellflüssigkeit ist für die Funktion von lebenden Zellen von entscheidender Bedeutung. In der wässrigen Lösung innerhalb von Zellen herrscht ein Gedränge großer Moleküle und ein fein abgestimmtes System von Reaktions- und Transportprozessen auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen. Dieses Wechselspiel umfasst insbesondere die Diffusion – also die durch die Umgebungswärme bewirkte Zufallsbewegung – von Proteinen als sowohl begrenzenden als auch antreibenden Faktor.

Forscher der Universität Tübingen, der Universität Oxford und des Institut Laue-Langevin in Grenoble haben erstmalig die sogenannte Selbstdiffusion von Proteinen in hochkonzentrierten wässrigen Lösungen des globulären Modell-Proteins "Bovine Serum Albumin" auf einer Zeitskala von Nanosekunden und einer Längenskala von Nanometern mit quasielastischer Neutronenstreuung vermessen. Das räumliche Gedränge bei hoher Proteinkonzentration bremst die Proteindiffusion schon innerhalb dieser kurzen Zeitspanne auf ein Fünftel des Wertes in einer verdünnten Lösung ab.

Die Proteinkonzentration innerhalb der Zelle wirkt somit als ein Regler, mit dem Zellprozesse wie unspezifischer Transport kontrolliert werden können.

Die Proteindiffusion auf diesen Zeitskalen in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration ist vergleichbar mit theoretischen Vorhersagen für „harte Kugeln“. In einem solchen Hartkugelmodell aus der Kolloidphysik werden ideale, nicht verformbare Kugeln angenommen, die nur durch hydrodynamische Kopplung in ihrer flüssigen Umgebung und direkte Stöße wechselwirken.

Es zeigt sich, dass sich die Diffusion von Proteinen mit der Kolloidphysik von Kugeln im Gedränge anderer Kugeln gut beschreiben lässt: Schon nach der kurzen Zeit einiger Nanosekunden werden die Proteine durch hydrodynamische Kopplung abgebremst. Auf längeren Zeitspannen kommen weitere Wechselwirkungen wie elektrostatische Abstoßung und direkte Stöße hinzu, die die Diffusion weiter verlangsamen.

Obwohl Proteine eine weiche und unregelmäßige Struktur besitzen und eine spezifische biologische Funktion haben, lässt sich ihre Diffusion mithin erstaunlicherweise allein mit grundlegenden physikalischen Theorien beschreiben. Dieses biophysikalische Resultat könnte das Verständnis von unspezifischen, doch wichtigen Transportprozessen in der Zelle befruchten.

Die Studie erscheint in der Woche vom 4.Juli 2011 in den Proceedings of the National Academy of Sciences (USA): F. Roosen-Runge, M. Hennig, F. Zhang, R.M.J. Jacobs, M. Sztucki, H. Schober, T. Seydel, F. Schreiber (2011): Protein self-diffusion in crowded solutions, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (http://www.pnas.org/content/early/recent)

Kontakt:
Prof. Dr. Frank Schreiber
Universität Tübingen
Institut für Angewandte Physik
Biologische und weiche Materie
Auf der Morgenstelle 10
72076 Tübingen
Tel: 07071 - 29 76058
Fax: 07071 - 29 5110
frank.schreiber@uni-tuebingen.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kupferhydroxid-Nanopartikel schützen vor toxischen Sauerstoffradikalen im Zigarettenrauch
30.03.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung
30.03.2017 | Universität Basel

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: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE