Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Weg in die Zelle

17.02.2012
Mathematiker des MATHEON helfen bei der Erklärung der Funktionsweise des Eiweißmoleküls Dynamin

„Man kann sich einen aufgeblasenen Luftballon auf einer Luftpumpe vorstellen. Nur sehr viel kleiner. Wenn man nun mit einer Schlinge den Hals des Luftballons abschnürt, wird er von der Pumpe getrennt und kann sich frei bewegen“. So in etwa lässt sich einer der molekularen Vorgänge beschreiben, mit denen sich der FU-Mathematiker Dr. Frank Noe im MATHEON-Projekt A19, Modeling and optimization of functional molecules, beschäftigt. Konkret geht es dabei um die „Molekulare Struktur und den Mechanismus von Dynamin“.


Modell der Funktionsweise von Dynamin
Noe

Dynamin ist ein Eiweißmolekül und „die Schlinge“, die den Ballon von der Halterung trennt. Diese Trennung ist notwendig, damit das Vesikel, so heißt der Ballon wissenschaftlich, seine Aufgabe als Transportmittel von Boten- oder Nährstoffen in die Körperzellen wahrnehmen kann. Zunächst lagern sich die zu transportierenden Stoffe in einem Vesikel ab, das sich aus der Zellhülle einstülpt, danach dockt das Dynamin-Molekül an den Hals des Vesikels an und bildet eine Spirale darum. Schließlich trennt es diesen Hals durch. Das Vesikel ist nun frei und kann die Nährstoffe in die Zellen transportieren.

Dieser Vorgang ist schon länger bekannt, aber die molekularen Details der Arbeitsweise des Dynamins waren bislang ungeklärt. Einer Forschergruppe am Max-Delbrück-Zentrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin ist es nun gelungen, „Schnappschüsse“ der molekularen Feinstruktur zu bekommen. Mit Hilfe der mathematischen Forschungen von Frank Noe und seinen Kollegen im MATHEON gelang es, diesen statischen Strukturen Leben einzuhauchen.

„Ohne mathematische Methoden wäre es nicht möglich gewesen, die Abläufe bei der Durchtrennung des Vesikelhalses zu simulieren“, erklärt der Mathematiker.

Denn die Simulation des molekularen Prozesses ist äußerst aufwendig: „Eine Simulation hat 250.000 Teilchen, ein Rechenschritt dauert selbst auf einem Großrechner 1 Sekunde. Allerdings müssten wir Millionen von Rechenschritten durchführen um den Prozess direkt zu simulieren. Das würde Jahrzehnte dauern, obwohl die Abschnürung in der Zelle nur Millisekunden braucht.“ Mithilfe der mathematischen Methoden, die im MATHEON entwickelt wurden, konnte der Abschnürvorgang in viele kleine Simulationen aufgeteilt und somit beherrschbar gemacht werden.

Im Fall von Dynamin hat dies zur Folge, dass man die genaue Vorgehensweise dieses Moleküls nun erstmals in seinen einzelnen Abläufen darstellen konnte. Dabei hat sich gezeigt, dass das Molekül einer bestimmten Dynamik folgt. „Wir konnten drei wesentliche Zustände des Moleküls feststellen“, sagt der Mathematiker und beschreibt den Ablauf so: „Dynamin-Moleküle legen sich zunächst einzeln an den Vesikel-Hals und verbinden sich dann zu mindestens eineinhalb bis zwei engen Windungen. Dann geht dieses Gebilde wie eine Sprungfeder auf und dreht sich dabei in sich. Dadurch wird das zähflüssige Material des Vesikelhalses quasi abgerissen.“

Für die Medizin ist das Verständnis dieses Vorgangs vor allem wichtig, weil er einer der Angriffspunkte für Gifte und Krankheiten ist. „Beispielsweise greifen viele Nervengifte an dieser Stelle an und blockieren damit die Nervenfunktion“, weiß Frank Noe. Aber auch neurodegenerative Krankheiten wie Parkinson beeinflussen die Vesikelaufnahme in Nervenzellen. „Wenn wir die Arbeitsweise von Dynamin besser verstehen, können wir auch neue Ansatzpunkte für die Frühdiagnostik oder die medizinische Behandlung finden“, so Dr. Noe.

Die Zusammenarbeit von Medizinern, Strukturbiologen und Mathematikern wird auf diesem Gebiet natürlich fortgesetzt. „Mit unseren mathematischen Forschungen im MATHEON-Projekt können wir sicherlich auch weiterhin wertvolle Erkenntnisse befördern und beisteuern“, so Frank Noe.

Diese Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Nature“ in der Ausgabe 477 auf Seite 556 veröffentlicht. Weitere Informationen über diese Arbeiten erhalten sie unter
http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7366/full/nature10369.html
sowie
http://www.biocomputing-berlin.de/biocomputing/en/projects/matheon_project_
a19_modelling_and_optimization_of_functional_molecules
Auch Frank Noe gibt Ihnen gerne weitere Auskünfte unter Telefon: 030 838 75354 oder Email: noe@math.fu-berlin.de

Rudolf Kellermann | idw
Weitere Informationen:
http://www.matheon.de/
http://numerik.mi.fu-berlin.de/Forschung/Noe/index.php

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie