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Neue biophysikalische Forschungsergebnisse zur Wechselwirkung zwischen Membran und Proteinen

24.10.2012
Wie Proteine und Viruskapside – komplexe Proteinstrukturen, die das Erbgut von Viren umhüllen – sich in der Nähe einer schwingenden Zellmembran strukturieren, das simuliert Physiker Richard Matthews mit hoch entwickelten Computerberechnungen.
Matthews forscht als Lise-Meitner-Fellow in der Gruppe Computergestützte Physik der Universität Wien unter der Leitung von Christos Likos, Professor für Multiscale Computational Physics. Die Ergebnisse sind für das bessere Verständnis von biophysikalischen Vorgängen von Bedeutung und erscheinen in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters.

"In unserer aktuellen Publikation stellen wir neue Ergebnisse einer computergestützten Untersuchung vor, die den Einfluss von Membranen auf wichtige biologischen Vorgänge darstellt", erklärt Richard Matthews, Lise-Meitner-Fellow an der Universität Wien und Erstautor der Studie. Gegenstand der Untersuchung ist die "Selbstassemblierung" – auch Selbstorganisation – winziger Partikel. Damit wird der Prozess einer Struktur- und Musterbildung, die ohne menschliche Einwirkung erfolgt, bezeichnet. Im konkreten Fall geht es um die Erforschung des Prozesses der Wechselwirkungen zwischen Membran und Proteinen, der die Bildung geordneter Strukturen in der Zelle beeinflusst.
In den vergangenen Jahren wurde viel zum Prozess der Selbstassemblierung geforscht. Es gibt beeindruckende Beispiele davon in der Natur, von winzigen Motoren (z.B. bei Flagellen) bis hin zu Virsukapsiden mit perfekten sphärischen Formen. Bisher war man in der Lage, einfache Modelle "selbstassemblierender" Objekte nachzubauen und erhielt so Einblick in deren wichtigsten, experimentell beobachtbaren Eigenschaften. In der Natur gehen solche Prozesse jedoch nicht isoliert vor sich, sondern stehen in Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung. Das bedeutet oft bei der Selbstassemblierung, dass sie auf bzw. in der Nähe von einer Membran stattfindet, was bis dato bei dem Aufbau von einfachen Modellen nicht berücksichtigt wurde.

Hoch entwickelte Simulationsmethoden
Ziel der Forschung ist es, die allgemeinen Eigenschaften dieser faszinierenden Vorgänge zu erforschen und sie mit neuen Berechnungsmethoden zu beschreiben. Dazu ist es nötig, den gesamten Prozess am Computer zu modellieren. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe sind zur Berechnung Hochleistungscomputer erforderlich. "In unserer Arbeit haben wir hoch entwickelte Simulationsmethoden angewendet und konnten so herausfinden, wie die Wechselwirkungen mit einer Membran die Selbstassemblierung beeinflussen", führt Biophysiker Richard Matthews aus. "Wir stellten fest, dass eine Membran die Selbstassemblierung fördert, und dass in unserem Modell Strukturen vorkommen, die der Natur sehr ähnlich sind."

Publikation:
Influence of Fluctuating Membranes on Self-Assembly of Patchy Colloids. Richard Matthews and Christos N. Likos. Physical Review Letters. Oktober 2012.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.178302

Wissenschaftliche Kontakte:
Dr. Richard James Matthews
Computergestützte Physik
Universität Wien
1090 Wien, Sensengasse 8
T +43-(0)1-4277-73233
richard.matthews@univie.ac.at

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Christos N. Likos
Computergestützte Physik
Universität Wien
1090 Wien, Sensengasse 8
T +43-1-4277-732 30
T +43-1-4277-732 31
christos.likos@univie.ac.at

Rückfragehinweis:
Mag. Veronika Schallhart
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
Universität Wien
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart@univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at

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