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Max-Planck-Wissenschaftler zeigen, dass nur wenige molekulare Motoren ausreichen, um Nanofrachten über große Entfernungen zu transportieren
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Molekularer Transport mit mehreren Motoren: Zusehen sind verschiedene gebundene Zustände eines Frachtpartikels mit mehreren molekularen Motoren, die sich entlang eines Filaments bewegen. Jeder Motor ist in der Lage, sich vom Filament zu lösen oder an dieses zu binden. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Zugmotoren, die gerade die Fracht transportieren, mit der Zeit zufällig variiert. Solange noch mindestens ein Motor gebunden ist, bleiben die ungebundenen Motoren in der Nähe des Filaments und kommen nach relativ kurzer Zeit wieder mit dem Filament in Kontakt.
Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
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Biomolekulare Motoren, die sich entlang von Filamenten des Zytoskeletts bewegen, fungieren als Frachttransporter in Zellen und biomimetischen Systemen. Schon ein einziges Motormolekül reicht aus, um Vesikelbläschen oder Latexkügelchen über einige Mikrometer zu transportieren. Ist der Weg länger, müssen mehrere Motormoleküle zusammenwirken. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben jetzt gezeigt, dass bereits sieben bis acht Motormoleküle ausreichen, um Nanofrachten über einige Zentimeter oder sogar Meter zu transportieren. Außerdem zeigen die Forscher, dass eine auf die Zugmotoren einwirkende Lastkraft die Frachtgeschwindigkeit deutlich reduziert. Die Beziehung zwischen Kraft und Frachtgeschwindigkeit ist dabei stark nichtlinear.
Molekulare Motoren sind die "Nano-Traktoren" für alle Frachten, die in den Zellen eines Organismus transportiert werden. Sie bewegen sich schrittweise entlang der Filamente des Zytoskeletts, indem sie die Energie, die durch die Hydrolyse von ATP entsteht, als eine Art Treibstoff für die Fortbewegung nutzen. Dabei bewegen sich die Motorproteine Kinesin bzw. Dynein entlang von Mikrotubuli, Myosine dagegen entlang von Aktinfilamenten. Die Schrittlänge der Motoren beträgt hier etwa 10 Nanometer. Während die Motoren an den Filamenten entlang marschieren, bewegen sie Frachtpartikel, die viel größer sind als sie selbst. Neben ihrer vitalen Bedeutung für die Funktionsweise von Zellen lassen diese molekularen Motoren viele Anwendungsmöglichkeiten erwarten. Als biomimetische Transportsysteme nehmen sie künftig sicherlich eine Schlüsselrolle in der aufkommenden Bio-Nanotechnologie ein.
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