Molekulare Motoren I + II: fertig? (bitte jmnd nochmal drüberschauen!! nicht sicher ob alle wichtigen punkte erfasst) (Zsm) Flashcards
Ist die Bewegung in Zellen (un)gerichtet?
sie ist gerichtet, und findet unter Energieverbrauch (ATP-Verbrauch) satt
- chemische Energie in mechanische Arbeit
was ist die zentrale Energiewährung einer Zelle?
ATP
deltag von ATP
-40-60 kJ/mol = ca 20k_BxT/Molekül ATP
Woher bekommen molekulare Motoren ihre Energie?
ATP
GTP
Ionen-Gradienten
-> umwandlung in mechanische Arbeit
TranslationsMotoren
Bewegung in eine Richtung
läuft entlang eines “Pfades”
zB Kinesin, Dynein, Myosin, Helicasen
Rotationsmotoren
normalerweise in Zellmembran eingebettet
erzeugt einen Drehmoment durch Rotation, die wiederum durch einen Protonengradienten erzeugt wird.
zB bakterielle Flagellenmotoren
Polymerisationsmotoren
mechanische Arbeit durch Polymerisation (wachstum)
zB Mikrotubuli, Actinfilamente
Was für Arten von Molekularen Motoren gibt es?
TranslationsMotoren
Rotationsmotoren
Polymerisationsmotoren
was sind molekulare Motoren?
Proteine, die fähig sind in gespeicherte Energie aus ATP,GTP oder Ionengradienten in mechanische Arbeit umzuwandeln
Welche Cytoskeltett-Motoren gibt es?
Kinesin, Dynein, Myosin
Was haben alle CytoskeltettMotoren (CM) gemiensam?
- alle haben eine Motordomäne, die chemische Energie spaltet (ATPasen), entweder am C- oder N-Terminus
- Filamentbindende-Domäne -> alle CM binden etwas
Kinesin
- Molekularer Motor/ ATPase
- 5nm Kopf: konservierte Motordomäne, in welcher sowohl die ATP-Hydrolyse und die Mikrotubuli-bindende Aktivität verankert ist (entweder am N-/C- oder in einem Mittigen Terminus)
- Neck: Verbindungsstück (Linker) zw Kopf un Schwanz
- 70nm Schwanz: eine lange , alpha-heilicale gewundene Coil-Domäne mit der Cargo-bindenden Domäne am Ende
- Bewegung Richtung Mikrotubuli (+)-Ende (erkennt Polarität)
- hoch progressiv: läuft weit
- auch genannt - konvertionelles Kinesin
Wo können sich die Motordomänen von Kinesin befinden? Wo liegen sie üblicherweise?
am häufigsten: am N-terminalen Ende -> läuft richtung (+)
am C-Terimalen Ende (bei 2 bekannten Kinesinen) -> läuft Richtung (-)
mittig zw N- und C (internal): läuft nicht, Mikrotubuli zerfällt
Worauf laufen Kinesine?
auf Mikrotubuli
wie sind Mikrotubuli aufgebaut?
- lineare, polare Filamente
- realtiv steif und innen hohl
- Polymerisiertes alpha/beta-Tubulin
- 13 Protofilamente
- 8nm Länge pro Tubulin (Schrittlänge von Kinesin)
- “Stabiles (-)-Ende”, hoch dynamisches (+)-Ende
- hoch progressiv (Wachstum oder Abbau)
- kann durch Polymerisation kraft entwickeln
Wie groß ist die Schrittlänge von Kinesin?
8nm
Was ist ein beliebter Angriffspunkt für Medikamente?
Tubulin (verhindern Polymerisation oder Erhöhen Stabilität)
Wohin läuft Dynein?
richtung (-)-Ende
wie viel Kraft kann ein einzelnes Mikrotubuli generierien und durch was?
durch Polymeristaion (Wächst gegen etwas): Piconewton-Bereich (mehrere pN)
Wie findet die Zelle ihre Mitte?
Mikrotubuli wachsen aus Centrosom, stoßen gegen Zellmembran/wand, drücken Centrosom -> solange bis alle Tubuli die gleiche Kraft auf Centrosom auswirken
Worauf läuft Myosin?
Actin-Filamenten
Actin
- hydrolysiert ATP/ADP
- langes Filament, nicht hohl
- Polarität: ATP-bindende Seite ist (-) //
- zwei Protofilamente umwinden sich (wie in einer alpha Helix): Twist wiederholt sich alle 37nm
- flexibel
- sehr selten einzeln vorliegend, eher im Kollektiv = Aktinnetzwerk
AFM
Atomic force Microskopie
Während der Messung wird eine an einer Blattfeder(Cantilever) – befestigte nanoskopisch kleine Nadel zeilenweise in einem definierten Raster über die Oberfläche einer Probe geführt. Durch die Oberflächenstruktur der Probe biegt sich dabei die Blattfeder positionsabhängig unterschiedlich weit. Diese Verbiegung bzw. Auslenkung der Spitze kann mit kapazitiven oder typischerweise optischen Sensoren gemessen werden und ist ein Maß für zwischen der Spitze und der Oberfläche wirkende atomare Kräfte. Neben den anziehenden, langreichweitigen Van-der-Waals- und Kapillarkräften treten starke abstoßende Kräfte mit geringer Reichweite auf. Dies sind zum einen quantenmechanisch begründete Abstoßungen aufgrund des Pauli-Prinzips, zum anderen eine Coulomb-Abstoßung der Kernladung, die beim Überlappen der Elektronenhüllen an Bedeutung gewinnt. Die Überlagerung dieser Kräfte wird häufig mit dem Lennard-Jones-Potential beschrieben.
Durch das punktweise Aufzeichnen der Auslenkungen bzw. Kräfte lässt sich wie bei einem Digitalfoto eine Abbildung der Probenoberfläche erzeugen.
was misst das AFM?
- Zelluläre Elastizität
- zeitabhängiges Zellverhalten
- (nicht)bindende Kräfte von Ligand/Rezeptor
wie schnell können sich zellen bewegen?
E. coli: 16-30 μm - 8-15 körperlängen/s
Hs ESC: 0,1 μm - 0,23 körperlängen/s
Was für Funktionen hat Actin?
Zellbewegung, Zellteilung (Abschnüren), Muskelzellen
Was für Funktionen haben Mikrotubuli?
Zellteilung, intrazellulärer Transport
Wie lange können Actinfilamente werden?
35 nm bis zu 100 μm
Wie lange können Mikrotubuli werden?
< 1 μm bis zu > 1mm
wie weit läuft ein Kinesin?
ca 1 μm
Was ist das besondere an Kinesin 13?
hat eine internale Motordomäne: zersetzt Tubuli
Welches Kinesin wandert nicht und warum?
Kinesin 13
hat eine internale Motordomäne
Welches Kinesin hat 4 Motordomänen? Was ist die Fkt dahinter?
Kinesin 5
kann Mikrotubuli auseinanderschieben/verankern
Was ist da besondere an Kinesin 5?
4 Motordomänen
kann Mikrotubuli auseinanderschieben/verankern
Wofür werden Kinesin 13/5 besonders gebraucht?
Mitose
für den Mikrotubuli umbau
was sagt das AntennenModel aus?
befasst sich mit der Längenkontrolle von Mikrotubuli:
je länger das Mikrotubuli, desto mehr Kinesine 8 werden akkummuliert, diese laufen zum (+) Ende, sammeln sich und Depolarisieren dort das MT
Mikrotubuli-Disassemblierung ist proportional zu Mikrotubuli-Länge + längenunabhängige Polymeristationsrate -> definierte Länge
Worauf laufen Dyneine?
Mikrotubuli
Dynein
- Homodimer aus 2 Motordomänen (aus: Hexamer AAA-Ring - Stalk, Buttres, Linker)
- verursacht Gleiten auf Mikrotubuli
- hydrolysiert ATP
- axonemales Dynein
- cytoplasmatisches Dynein
Welche Funktionen hat Dynein?
Mitose, intrazellulären Transport, Cilien/Flagellen-Bewegung
axonemales Dynein
verursacht Krümmung des Mikrotubuli in den Axonems von Cilien/Flagellen
verbindet Cilien /Flagellen mit MT
(verbindet MT in Cilien/Flagellen miteinander) R
nur in Zellen mit diesen Strukturen!
cytoplasmatisches Dynein
im Cytoplasma
zuständig für Organellenbewegung
essentiell für CentrosmomenAssemblierung und Spindelfunktion
Wie ist die Schrittlänge eines Dyneins?
vielfaches von 8nm
Unterschied: Cilien/Flagellern
veraltete Einteilung:
Flagellen: wenig lange
Cilien: viele kurze, überall
-> gleiche Strukturen (Unterschied zwischen Bakteriellen Flagellen!!!)
Cilien/Flagellen in Euka
Mikrotubuli-basiierendes Cytoskeltett = Axonem
Myosin
- basic Eigenschaften der Actin-Bindung
- ATP Hydrolyse
- Kraft Entwicklung
welche Fkt. hat Myosin?
- Muskelkontraktion
- große Bandbreite an actinbasierenden Bewegungen
Was sind die Unetrschiede zwischen Myosin I/V
Schrittlänge
Schrittlänge Myosin I
10nm
Fkt Myosin II
konventionelles:
Muskelkontraktion
(Hexamer, MD: Aktinbindend, ATPase)
Schrittlänge Myosin V
36nm
Bakterielle Flagellum
- Energie aus Protonengradient -> Umsetzung DER Energie mit Protonenpumpe
- ähnlich wie ATPase
- andere Struktur als in Euka
- keine MT
Cytoskelettmotoren: Parameter?
- Geschwindigkeit [nm/s]
- Laufweite [nm]
- Schrittlänge [nm] (zurückgelegte Distanz pro ATP Hydrolyse)
- Prozessivität (max mögliche Schrittzahl)
- Tragkraft
optical trap / optische pinzette
ist ein photonisches Gerät zur Manipulation, d. h. zum Festhalten und Bewegen, kleinster Objekte. Die Funktion beruht darauf, dass Licht auf mikroskopische Objekte (z. B. Mikrokugeln, einzelne biologische Zellen, Zellorganellen oder gar Atome) eine Kraft ausübt, und dadurch die Objekte zum Fokus eines stark fokussierten Lichtstrahls gezogen werden.
