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Max-Planck-Wissenschaftler identifizieren Parameter, die die Bildung von Filamentbündeln kontrollieren
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Drei in der Computersimulation beobachtete Schnappschüsse eines Bündels, das sich aus 20 Filamenten zusammensetzt: (a) Loses Bündel bei einer Vernetzerkonzentration, die nur leicht über dem Schwellwert liegt; (b) und (c) zeigen zwei verschiedene Konformationen ein und desselben Bündels, segregiert in drei kleinere Subbündel, beziehungsweise in einer kompakten, etwa zylindrischen Form.
Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
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Biomimetische Systeme aus steifen Polymeren oder Filamenten und quervernetzenden Molekülen sind in der Lage, komplexe Filamentnetzwerke und -bündel auszubilden. Diese Filamentbündel kann man sich als geflochtene Zöpfe auf der Nanoskala vorstellen, deren Eigenschaften im wesentlichen von der Anzahl der verflochtenen Filamente bestimmt werden. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben jetzt gezeigt, dass sich wegen der thermischen Bewegung der Filamente Bündel erst dann bilden, wenn die Konzentration der vernetzenden Moleküle einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Dieser hängt von der Anzahl der Filamente ab, bleibt aber auch für Bündel aus zahlreichen Filamenten endlich. Verringert man die Konzentration der Quervernetzer, separieren sich die Bündel in kleinere Subbündel oder lösen sich in einem abrupten Phasenübergang komplett auf.
Biologische Zellen sind mechanisch stabil, da sie Aktinfilamente und Mikrotubuli besitzen, die Netzwerke und Bündel ausbilden. Diese Architekturen werden von quervernetzenden Proteinen, die zwei klebende Enden besitzen und damit verschiedene Filamente aneinander binden können, zusammengehalten und kontrolliert. Will man die für diese Prozesse verantwortlichen Kräfte verstehen, um beispielsweise die mechanischen Eigenschaften der Architekturen zu optimieren, muss man biomimetische Modellsysteme studieren, die allein aus Filamenten und quervernetzenden Proteinen bestehen. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Vernetzung mehrerer Filamente zu dicken Bündeln oder "Nanozöpfen", die steifer sind und eine größere externe Last tragen können als ein einzelnes Filament.
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