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 Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics