Cell & Mechanobiology Flashcards
What ist single molecule diffusion?
Particle tracking methode–> Position von Molekülen & Diffusionskoeffizienten zu bestimmen. ( Mass für die Beweglichkeit von Teilchen, random walks)
Was ist MSD und wann ist eine Kraft aufgewendet worden?
MSD (mean square displacement) = to determine if a particle is spreading solely due to diffusion , or if an advective force is also contributing.
–> Wenn LINEARE ANSTIEG: nur Braun´sche Molekularbewegungen, keine Kraft involviert!
MSD : 4x D x t (lag)
lp = Persistence length
Lp = Maß für die Steifigkeit einer Polymerkette. Es ist die Länge, über welche die Richtungskorrelation der Segmente in der Kette verloren geht.
Lp = Kb /KB x T –> Kb= E (Young Modul) x l (length)
Lc= Contour length
Lc = Legt of a polymer at maximum physical possible extension.
Lc = n (Number of segments) x l (length)
Welche Modellen gibt es, um Polymerketten zu beschreiben?
- Gaussian Chain –> rigid connected segments approx. in random walk with a Gaussian probability distribution.
- Freely- jointed-Chain –> Polymers as random walks and neglects any interactions among monomers. => Self avoiding and imposes maximum length! (Agrees with GC for small forces)
- Worm- Like Chain–> Polymer as a flexible rope. Semi flexible Polymer and Stiffness with segments pointing in roughly same direction.
How much force is required to stretch a typical strand of DNA by 10% of its contour length?
R/ Lc = 0,1 –> 10% , KBT : 4 pNm Lp: 50 nm –> GC zuerst Rechnen und dann alle andere Modelle. Am Ende in ein Diagramm die Vergleichen und den best fit finden. für DNA best fit: WLC- Model!
Erklären Sie den Mechanismus von Optical trapping / Optical tweezers und was damit ausrechnet werden kann?
Concept: light carries Momentum proportional of its energy and in the direction of propagation.
- Transparent Sphere –> Movement in all directions
- Through movement of laser –> Momentum in the system = movement in a diff. direction. Ball moves in the opposite direction in order to cancel out laser momentum.
* Laser wird auf den Linse fokussiert. Dielektrische Partikeln nähe vom Fokus wird durch Momemtum (IMPULS) d. Lichts immer wieder in der Mitte gezogen.
–> DNA Extension.
- DNA Fixierung
- durch optical trapping, die maximale Extension erreichen -> lineares Molekül.
- Messen und vlg. in Modellen.
Wie funktioniert die Entfaltung von Proteinen durch Kraft?
Abhängig von Cryptic Binding sites von Proteinen, die nur bei Krafteinwirkung wirksam sind.
–> Folgt unterschiedliche Zustand vom Molekül
–> externally applied force shifts the equilibrium positioned can cause a jump from one state to another. (Energy landscapes)
Bsp. an PrP (Prion)
Aufbau von Kollagen
Tropocollagen -> micofibril -> subfibril -> fibril -> fascicle -> tendon.
Struktur:
- Gly-Pro-Hyp
- alpha chains
- Major tripple Helix
- Fibril –> INTRA & INTER molecular crosslinks !
Fibrillogenesis
- mRNa Transcription
- ER
- alpha Peptide
- Golgi Modifikationen
- Pro-Kollagen
- Self assembly into fibrils
Was für ein polymer chain passt am besten für Kollagen?
- WLC model - pro Faser: 200-300 MPa
Fibronectin
Glykoprotein in ECM, binds to Integrins ( recepto proteins)
Warum und wie funktioniert Fibronectin als Mechanotransducer?
Konformationsänderungen führen zu Änderungen der Eigenschaften:
- Collagen binding
- Matrix remodeling
- Binding of bacterial peptides
- Stem cell differentiation
Model of fibronectin structure
- Dimmeren ( 133 nm )
- Überlappen zwischen Disulfide Gap zwischen drin in Dimmeren (95 nm)
- Fibrillen N- Overlap ( 38 nm) in Disulfide benachbarte Dimmeren.
Mechanobiology
Wie sich physikalische Kräfte und Veränderungen in der Zelle und im Gewebe auf Entwicklung, Physiologie und Krankheiten auswirken.
Mechanotransduction Beispiele!
Physikalische Kraft wir zur biochem. Antwort –> mechanosignaling
-BSP:
- Blutdruckautoregulation
- Zellbewegung (Krebsmetastasen)
- Knochen &
- Gewebe Remodeling
Mechanosensing
Protein oder Zeltstruktur reagiert auf physikalischem Reiz, zeigt Mechanotransduction.
Schritte von Mechanosensing bis Cellular Response.
- MECHANOSENSING –> Zellen testen ihre Umgebung (Adhäsion Rezeptoren, Membranproteinen)
- SIGNAL TRANSDUCTION –> Mech. Signal wird über Netzwerk weitergeleitet. ( Cytoskellet als Kanal)
- SIGNAL INTEGRATION AM NUKLEUS –> Ansammlung von Signalen (Chromatinneuanordnung, Öffnung nukleare Pore)
- CELLULAR RESPONSE –>ms bis s (Zellform, -schicksal, -bewegung, -wachstum)
Tensegrity
Cellular model of mechanotransduction
–> mechanische Stabilität ist im GG zwischen Tension (Mikrotubuli) und Spannung (Actin-filamenten)
Woraus besteht den fokalen Adhäsionskomplex?
zur Mechanosensing
–> Integrinen binden am ECM und stopfen die Lücke zur intrazell. Proteinkomplexe.
–> Komplex mit Talin, etc am Zeltperipherie, welches Actin-Filamenten binden kann.
Wie werden mechanische Signale im Adhäsionskomplexen weiter gegeben?
- Zytoskelett
- Protein- Protein Interaktionen & Signaltrasduction cascaden.
Was kann Kraft bei Adhäsionskomplexen bewirken?
- Proteinkonformationsänderung
- Änderung der Membranspannung
- Auf/Abbau eines Rezeptor/Ligand Komplex
- Entstehen von Molekülcluster
Wie reguliert Kraft die Genexpression? (Signal Integration am Nukleus)
A. Kraftabhängige Signaltransduction :
–> Zytosolische Signalkaskade, initiiert von Kraft aus Zeltperipherie. => Aktivierung von TF
+ mechanosensitive Kanälen -> Innenfluss kinase pathway
+ Kinase Signalkaskade -> mechanosensitive Zellen deformieren & allosterische Veränderungen führen zu Kinase signal.
B. Direkte Kraftübertragung am Nukleus
–> Kraft wird von Zytoskelett auf Nukleusskelett übertragen, somit zwingt biochemischen Veränderungen einzugehen.
+ LINC -Complex (linkers of the nucleo & cytoskeleton), in perinuclear space forming a bridge that connects both skeletons. = changes in actin cytoskeletal organization
