Kako elastična je celična struktura?

Nov model fizično razlaga elastičnost mikrotubul

Model mikrotubule LBL
prebral

Imajo pomembno vlogo pri številnih funkcijah celic: mikrotubuli, celični gradniki v obliki palice. Zdaj so znanstveniki fizično razložili svoje elastično obnašanje s kombinacijo eksperimentov z eno molekulo in novim teoretičnim modelom. Rezultati, ki so lahko pomembni tudi za razvoj bioloških strojev, so bili objavljeni v trenutni številki Fizičnih preglednih pisem.

Mikrotubuli so gradniki beljakovin v citoskeletu v obliki palice, torej okostja bioloških celic. Prihajajo v različnih velikostih in arhitekturah ter igrajo ključno vlogo pri številnih funkcijah celic. Kot molekulski vlečni kabli so zelo pomembni pri celični delitvi in ​​hkrati služijo kot molekularne tirnice za prevoz snovi. Za razlago delovanja teh struktur je pomembno razumeti njihove elastične lastnosti. Do danes so znanstveniki uporabili model, po katerem izhajajo iz homogenih izotropnih palic, za katere je značilna izključno njihova upogibna moč. Eden govori o modelu "Wormlike Chain", v nemščini o: "črvi podobni verigi".

Stari model v nasprotju z opazovanji

Teoretični fizik profesor Erwin Frey z univerze Ludwig-Maximilians-University v Münchnu je zdaj skupaj s kolegi z univerze v Teksasu in iz "Evropskega laboratorija za molekularno biologijo" v Heidelbergu pokazal, da ta standardni model ne pojasnjuje elastičnega obnašanja mikrotubulov. Tako lahko opazite, da so daljše palice bolj trde od kratkih, česar pri modelu "Wormlike Chain" ni mogoče opisati.

Znanstvenikom je zdaj uspelo razviti nov model, ki upošteva molekularno strukturo mikrotubul. To so cevi s premerom približno 25 nanometrov, ki jih tvorijo majhne vzporedne palice, tako imenovani protofilamenti, ki se lahko premikajo drug proti drugemu. Molekularne sile trenja in vzmeti nastanejo med temi polovi drobnih sferičnih beljakovin. Upogibanje takšnih struktur je mogoče razumeti kot upogibanje knjige, pri čemer se strani drsita med seboj.

Upogibanje kaže na elastičnost

Za opis elastičnih lastnosti takšnih hierarhičnih molekulskih arhitektur sta Frey in njegovi sodelavci Heussinger in Bathe razvili novo poenoteno teorijo "črvičastih snopov", pri čemer so upoštevali sile trenja in vzmeti. Znanstveniki so analizirali temperaturno odvisne spremembe mikrotubul, da bi preskusili svojo teorijo v laboratoriju. Za to so jim priskrbeli fluorescenčne markerje in nato opazovali markerje pod mikroskopom. Od zamika med upogibanjem je mogoče izračunati čas vrnitve v začetni položaj - pomemben parameter elastičnih lastnosti. Za kratke mikrotubule, dolge manj kot deset mikronov, se je ta čas sproščanja kvadratno povečal z dolžino. zaslon

To kvadratno odvisnost je mogoče razložiti le z novim modelom "Wormlike Bundle". Za manjše mikrotubule krajše od pet mikrometrov rezultati kažejo, da notranje trenje dodatno prispeva k dinamiki nihanja.

Nove ugotovitve so tudi osnova za zasnovo in konstrukcijo umetnih bioloških strojev. Tako je delovanje bioloških stikal ali transportnih mehanizmov v veliki meri odvisno od elastičnih lastnosti osnovnih uporabljenih gradnikov. Uporaba teorije za ogljikove nanocevke prav tako pomembno prispeva k raziskavam teh obetavnih novih materialov.

(Univerza v Münchnu, 17. januar 2008 - NPO)