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Überblick

Das Wichtigste in Kürze

  • Ohne molekulare Motoren könnten wir keinen Schritt gehen und keinen Atemzug tun. Für den „Nahverkehr in der Zelle“ sind dabei drei Proteinfamilien verantwortlich: die Myosine, die Kinesine und die Dyneine.
  • Alle drei Eiweiße können ihre komplizierte räumliche Struktur derart verändern, dass beispielsweise ein hebelartig hervorstehender Eiweißarm umklappt – und so einen winzigen Bewegungsimpuls erzeugt. Dabei verbrauchen die Motoren eine Art Zelltreibstoff, das Adenosintriphosphat (ATP).
  • Bestes Beispiel für die Arbeit der molekularen Motoren ist die Muskelkontraktion. Zieht sich der Muskel zusammen, gleiten die dicken (Myosin-) und dünnen (Aktin-)Filamente aneinander vorbei und schieben sich ineinander wie die Finger zweier Hände. Dadurch verkürzt sich die Muskelfaser binnen Millisekunden auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Länge.
  • Doch nicht nur der rekordverdächtige 100-Meter-Sprint, auch der Wettlauf der Spermienzellen in den Eileitern hin zum befruchtungsfähigen Ei wäre ohne die mikroskopisch kleinen Maschinchen nicht denkbar.
  • Auch innerhalb einzelner Zellen laufen ständig Transport- und Bewegungsvorgänge ab. Die Infrastruktur für diesen Zellverkehr bilden vor allem die „Mikrotubuli”; das sind winzige Eiweißröhrchen, welche die Zelle kreuz und quer durchziehen. Diese enden direkt unterhalb der Zellmembran.
  • Hier finden sich stattdessen zahlreiche Aktinfilamente, die meist ein dichtes Geflecht bilden. Zusammen mit den so genannten intermediären Filamenten bilden diese drei Filamenttypen das Zell- oder Cytoskelett.
  • Molekulare Motoren können an das Cytoskelett andocken und auf den fadenförmigen Eiweißschienen wie Draisinen auf Eisenbahngleisen hin- und herfahren.
  • Molekulare Motoren sind wie Ameisen. Sie können ein Vielfaches ihres Eigengewichts transportieren.
  • Beim Zusammenwirken vieler gleichartiger Motoren kann es zu so genannten dynamischen Instabilitäten kommen, die das Verhalten des Ensembles von einem Augenblick auf den anderen radikal umkehren, ohne dass sich die Eigenschaften der Motoren selbst ändern.
  • Molekulare Motoren arbeiten so präzise, dass man sie möglicherweise auch für miniaturisierte Herstellungsprozesse technisch nutzen könnte. Beispielsweise ließen sich DNA-Stücke an Motormoleküle koppeln, um die Strom leitenden Gen-Schnipsel zu miniaturisierten Drähten zusammenzubauen.
  • Die molekularen Helfer sollen aber auch Netzwerke aus Leiterbahnen und Transistoren für elektronische Schaltkreise im Nanoformat bauen, oder sie könnten in selbstorganisierten Strukturen patrouillieren und diese, falls nötig, reparieren. Irgendwann einmal werden vielleicht sogar ganze Nano-Fabriken mithilfe der Zellmaschinchen betrieben werden.
  • Forscher versuchen neuerdings, Nanostrukturen von der molekularen Ebene her aufzubauen – bottomup –, und nicht aus makroskopischen Strukturen herunter zu verkleinern – top-down –, wie das bis heute geschieht. Wenn es gelingt, mit molekularen Motoren Maschinen im Nanoformat herzustellen, wäre das wesentlich einfacher und sinnvoller als die bisherige Vorgehensweise.
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Stand: 23.10.2004

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Molekulare Motoren
Protein-„Maschinen“ als Triebfeder des Lebens

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Leben ist Bewegung
Myosine, Kinesine und Dyneine sorgen für zellulären Nahverkehr

Myosinmoleküle mit Hebelwirkung
Dem Mechanismus der Gleitbewegung auf der Spur

Eine Zelle ist kein Wackelpudding
„Mikrotubuli” als Infrastruktur für den Zellverkehr

Zwischen „catastrophe” und „rescue“
Zelle verlegt Transportgleise ständig neu

Zellmaschinchen betreiben Nano-Fabriken
Das Geheimnis der Asymmetrie

Gemeinsam sind wir stark
Kollektivarbeit im Nanokosmos

Wie erzeugen Nanomaschinen Kraft?
Auf der Suche nach dem Prinzip

Wie das Schwimmen in einem Sirup
Bewegung von Spermien und Pantoffeltierchen

20 Milliarden Motoren für einen US-Cent
Forscher erarbeiten Grundlagen für eine molekulare Fabrik

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