Membrane als „Dosentelefon“

  • 01. November 2017

Zellmembrane können mechanische Krafteinwirkungen mit Schallgeschwindigkeit weiterleiten.

Für Zellen ist ein schneller Informationsaustausch lebensnotwendig. Mittels Computer­simulationen fanden Wissenschaftler nun heraus, dass sich Informationen in Form von Kraft­impulsen, in der Zellmembran über bestimmte Distanzen mit Schall­geschwindigkeit ausbreiten. Die Forscher aus Kolumbien und Deutschland vermuten, dass die Membranen diese Kraftimpulse wie ein Dosen­telefon innerhalb der Zelle weiterleiten.

Abb.: Membranen: Das Dosentelefon der Zelle? (Bild: Dimj / Shutterstock.com)

Abb.: Membranen: Das Dosentelefon der Zelle? (Bild: Dimj / Shutterstock.com)

Membranen sind unerlässliche Bestandteile aller Organismen: Sie bilden die Hülle für die lebens­wichtigen Moleküle innerhalb der menschlichen Zelle. Diese Hülle besteht aus unterschiedlichen Molekülen wie einer doppelten Lipid­schicht und Proteinen, die in dieser Lipid­schicht eingebettet sind. Dieser Membran­aufbau schützt die Zelle und sorgt für einen gut kontrollierten Informations­austausch zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle. Als Schutz­hülle sind die Membranen aber auch verschiedenen molekularen Kräften ausgesetzt: So werden sie konstant gezogen oder eingedrückt, während die Zellen sich teilen, bewegen oder absterben.

Eine große Frage war bisher, ob sich Informationen über mechanische Kraft­einwirkungen innerhalb der Membranen ausbreiten wie Schallwellen. Nun gingen Camilo Aponte-Santamaría von der Universidad de los Andes in Bogotá (Kolumbien) und die beiden HITS-Wissenschaftler Jan Brunken und Frauke Gräter (Molecular Biomechanics Gruppe) dieser Frage genauer nach. Mit Computer­simulationen fanden sie heraus, dass sich die auf die Membranen einwirkenden Kräfte mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, ähnlich der Schall­geschwindigkeit, ausbreiten.

Die genaue Nachverfolgung dieser Kräfte stellte die Forschung bislang vor große Probleme. Aponte-Santamaría, Brunken und Gräter entwickelten deshalb eine maß­geschneiderte Analyse­methode zur Kraft­berechnung. Damit konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich die Kräfte binnen einem Pico­sekunde ausbreiten und sehr viele Biomoleküle in der Membran erreichen können, bevor sie sich abschwächen.

Ein schneller Informations­austausch zwischen verschiedenen Zellen ist für das Gewebe, egal ob Gehirn oder Muskel, lebenswichtig. Die Wissenschaftler nehmen an, dass mit dieser Art der Informations­weiterleitung die Membran als eine Art Dosen­telefon der Zelle fungiert. Wie und warum die Membran tatsächlich auf diese Weise Information ultra­schnell weiterleitet, ist Aufgabe für zukünftige experimentelle Studien.

HITS / DE

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