Molekulare Motoren

Question 1

Was ist wichtig bei der Energie, die bei ATP-Hydrolyse frei wird?Wie wird dieser Prozess beschrieben?

Answer 1

• kann genutzt werden, um gegen thermodynamisches Gleichgewicht zu arbeiten -d.h. stochastische Prozesse werden überwunden
• durch k_BT
• > impliziert Wettkampf zwischen deterministischen und thermischen Kräften

Question 2

Welche technischen Herausforderungen können Motorproteine überwinden?

Answer 2

-Diffusion(Nanoscale) -aktiver Transport(micro scale) -druck abhängigen Flüssigkeitsfluß

Question 3

Was sind molekulare Motoren?Welche Arten gibt es?

Answer 3

• Translationsmotoren: bewegen sich in einem 1-dimensionalem Modus entlang einer linearen Schiene(Kinesin,Dynein,Myosin)
• Rotationsmotoren und Polymeristionsmotoren(nicht in Vorlesung behandelt)

Question 4

Wie ist Kinesin aufgebaut?Wohin bewegt es sich?

Answer 4

• konservierte Kopfdomäne->ATP und Mikrotubuli binding findet hier statt
• Nacken/Neck->Verbindungsstück
• Stiel/Stalk(->lange alpha-helikale coiled coil-domain)
• cargo Bindungs Domäne
• bewegt scih zum +Ende des Mikrotubulis
• hohe Prozessivität

Question 5

Was versteht man unter konventionellem Kinesin?

Answer 5

• es gibt 40 versch. Kinesine mit 14 Familien
• konventionelles -> schnelle axonale Transportvorgänge
• light chain-> Fracht-bindende Domäne

Question 6

Was sind Mikrotubuli?

Answer 6

• lineare,polare Filamente
• bestehend aus alpha und beta tubulin
• 13 Protofilamente
• Gitterkonstante 8nm
• stabiles (-) Ende und dynamisches (+)-Ende

Question 7

Was bedeutet invertiertes Assay?

Answer 7

• molekularer Schienentransport
• Kinesine auf Oberfläche befestigt-> ransportieren Mikrotubuli
• ungerichtete Bewegung(random walk)
• >guiding durch chemische Grenzfläche oder topographische Wand

Question 8

Welche mechanischen Eigenschaften besitzt ein molekularer Motor?

Answer 8

• Geschwindigkeit(nm/s)
• Laufweite(nm)
• Schrittweite(Distanz pro ATP-Hydrolyse)
• Prozessivität-Anzahl Schritte bevor Motor vom Filament abfällt
• stall Force/kritische Kraft(N)-> höchste Kraft die Motor aufbringen kann ohne rückwärts zu rutschen
• >z.B. Cargo entgegen einer Flussgeschwindigkeit zeiehen-> Kraft begrenzt

Question 9

Wie kann man Kräfte von einzelnen molekularen Motoren messen?

Answer 9

• mit optischen Fallen
• sehr starker Laser Strahl wird mit Linse(hohe numersiche Apertur)
• Bead(dielektrisches Partikel)->im Fokus erfährt rücktreibende Kraft
• je stärker Laser, umso stärker wirkt optische Falle
• Kinesin an Bead über Cargo-Binde-Domäne gebunden-> auf Mikrotubulus
• Kraft, die KInesin aufbringt-> Auslenkung des Beads-> Auslenkung ist mikroskopisch messbar

Question 10

Was hat es mit der Kraftgeschwindigkeitsabhängigkeit auf sich?

Answer 10

-wenn Kraft maximal ist kann Geschwindigkeit nicht maximal werden und umgedreht

Question 11

Wie kann man die Geschwindigkeit eines molekularen Motors erhöhen?

Answer 11

-höhere ATP-Konzentration-> Geschwindigkeit erhöht sich bis zu einem spezi. Sättigungsgrad

Question 13

Was sind die mechanische Eigenschaften des unbeladenen Kinsesins?

Answer 13

• 800 nm/s(in vivo) vs. 2000nm/s(in vitro)
• Schrittlänge 8nm
• Lauflänge 1µm->sehr prozessiv
• stall force 5-7 pN

Question 14

Wie funktioniert die Bewegung von Kinesin?

Answer 14

• Kinesine benutzen Nukleotide,um zwischen hoher und geringer MT-Affinität zu wechseln
• bevor Kinesin an Mikrotubuli bindet-> beide Köpfe haben ADP gebunden
• wenn ein Kopf auf Kinesin trifft-> bindet und setzt ADP frei und ATP bindet
• >Nukleotidaustausch führt dazu, dass Necklnker sich bewegt und 2. Kopf an nächster Mikrotubuli-bindestelle bindet
• der erste Kopf hydrolysiert ATP -> wird frei
• 2. Kopf setzt ADP frei und bindet ATP ->usw. usw.

Question 15

Was sind die Eigenschaften von Dynein??

Answer 15

• 2 AAA Kopfdomaänen
• Übergang Linker zwischen verbogener und gerader Konformation-> entscheidene Rolle in Mechanik der Bewegung
• bewegt sich zum (-)Ende des Mikrotubulus

Question 17

Wie funktioniert die Bewegung beim Dynein?

Answer 17

• Dyneins Kopfgruppen sind MT gebunden
• Nukleotid induzierte Affinitäten, sorgen dafür, dass die beiden Köpfe unteschiedlich stark gebunden sind.
• Der sich lösende Kopf sucht diffusive nach einer neuen Bindungsstelle, was in einer Bewegung von 8 nm führt.
• Die Diffusionsabhängigkeit sorgt für verschiedene Schrittweiten (4- 24nm)

Question 18

Unterschied axonemales und zytoplasmisches Dynein?

Answer 18

Axonomiales Dynein:

• bewirkt gleiten der MT übereinander . - Nur in Ciliaten und Flagella Strukturen gefunden -

Zytoplasmische Dynein: - In allen Tieren - Bewegung von Organellen und Cargo

-> Zentrosom Aufbau, Spindel Funktion

Question 19

Wie funktioniert Myosin?

Answer 19

• Kopf bindet filamentöses Aktin und läuft zum plus + Ende
• Nacken – ist Linker und überträgt die Kraft, welche in der katalytischen Domain erzeugt wurde.
• Schwanz – Interaktion mit andern Myosinen und dem Cargo

Question 20

Was hat es mit Zipper und Shear-Konfiguration auf sich?

Answer 20

• beim AUseinanderziehen von DNA an Wasserstoffbrücken
• Shear-Konfiguration stabiler, da alle aufeinmal auf einmal aufgebrochen werden müssen
• Zipper hintereineander-> wenig Kraft
• kann im Zusammenhang mit inverted assays zur Konzentrierung von Molekülen an bestimmten Orten verwendet werden->gerichteter Transport

Question 22

Wozu können Nanomaschinen genutzt werden?

Answer 22

• Transport von Viren
• bestimmte Stoffe in Vesikeln

Question 23

Wie lässt sich die Effizienz molekularer Translationsmotoren bestimmen?

Answer 23

Question 24

D,t Diagramm?

Answer 24