DNA

RNA

Protein

Selbst-Assemblierung /Selbst-Organisation

V H V H

Die Helix als gängiges Model der Selbst-Assemblierung

Actin

minus Ende

plus Ende

links rechts gewunden

Die Helix als gängiges Model der Selbst-Assemblierung

Die Selbst-Assemblierung des Taback-Mosaik-Virus

Oligomerere

Ende bei neutralem pH Ende bei neutralem pH

Elongation bei saurem pH Elongation bei neutralem pH

Untereinheit

Hexagonal gepacktes Blatt

Helicale Röhre

Prinzip der dichtesten Packung

Zellbiologische Beispiele hexagonaler Packung

Membranproteine Clathrin-Packungen unterhalb der Membran

Geometrische Formen bei der Selbst-Assemblierung geschlossener Strukturen

60 Untereinheiten können symmetrisch angeordnet eine Kugel um schließen. Fussball, Buckminsterfullerene C60

Kugelige Strukturen aus mehr als 60 Untereinheiten?

Tomatenzwergbusch Virus: 180 Untereinheiten

Die unterschiedlichen Farben kennzeichnen die leicht abweichenden Umgebungen in die sich die 180 Untereinheiten einpassen müssen. Blau 5-fach Eckpunkt. Rot/grün 6-fach Eckpunkt.

Schalendomäne

Verbindungsarm

Stacheldomäne

RNA-bindende Domäne

Ein komplexer Pathway für die Selbst- Assemblierung des Bakteriophagen T4

Organisieren des Cytoplasmas

Chemischer Gradient Mechanische Einwirkung Filamentstrukturen

Reicht das Konzept der Selbst-Assemblierung für die Bildung lebender Strukturen?

Lösliche Untereinheiten in der T-Form

Polymere sind eine Mischung aus T-Form und aus D-Form

Polymerisation, dann Hydrolyse des Nucleotides

Wachsen am plus Ende ist schnell Wachsen am minus Ende ist langsam

Polymerdynamik durch Nucleotidhydrolyse

α - und β -Tubulin bilden Microtubuli Röhren

i

Innerer Hohlraum

Ein + Ende bindendes Protein zeigt die Dynamik der Mikrotubuli

Wachstum mit GTP Kappe

Verlust der GTP Kappe

Schnelles Schrumpfen; Katastrophe

Wiederaufbau der GTP Kappe; Rettung

Wachstum mit GTP Kappe

Wechsel zwischen Katastrophe und Rettung

GTP Tubulin Dimer

austauschbares GTP

Gestrecktes Protofilament

GTP Hydrolyse verändert die Konformation und schwächt die Bindung im Polymer

Depolymerisation

GDP Tubulin Dimer

GDP/GTP Austausch

Strukturelle Unterschiede zwischen wachsendem und schrumpfenden Mikrotubuli

Dynamsiche Instabilität der Microtubuli Röhren

Wachstum Schrumpfen

GTP Kappe

GDP Bereich weniger stabil

Strukturelle Unterschiede zwischen wachsendem und schrumpfenden Mikrotubuli

Beobachtung der dynamischen Instabilität in lebenden Zellen

Längenfluktuation ermöglicht Abtasten des zell. Raums

Centrosome

Mikrotubuli

Chromosom

Kinetochor

Polymere die an Nukleotide binden sind weit verbreitet

Aktin

FtsZ ParM

Konzept der Selbstorganisation auch für: ER, sekretorisches System, Plasmamembran,etc