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

Share |

Newsletter

Haben Sie Interesse am kostenlosen wöchentlichen oder monatlichen pro-physik.de-Newsletter? Zum Abonnement geht es hier.

COMSOL NEWS 2018

COMSOL Days

Lesen Sie, wie Ingenieure in einer Vielzahl von Branchen präzise digitale Prototypen erstellen, um die Grenzen der Technologie zu überschreiten und den Bedarf an physischen Prototypen zu reduzieren, sowie Simulationsanwendungen zu erstellen, mit denen Kollegen und Kunden weltweit neue Ideen testen können.

comsol.de/c/7bzn

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer