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 Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise