title: Nano- und Mikronanostrukturen zur Untersuchung und nanotechnologischen Anwendung von Motorproteinen
creator: Plath, Nicole
subject: ddc-540
subject: 540 Chemistry and allied sciences
description: Motorproteine sind komplexe Nanomaschinen, die chemische Energie aus der Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) in mechanische Energie umwandeln und so gerichtete Bewegung mit extrem hoher Spezifität und Effizienz ausführen. Sie sind essentiell für die Funktion lebender Organismen, da sie maßgeblich an überlebenswichtigen Prozessen wie der Zellteilung beteiligt sind. Das Verständnis ihrer Funktion ist die Basis um das Potential dieser Enzyme in der Nanotechnologie zu nutzen sowie Krankheiten zu verstehen, die auf defekten Motorproteinen beruhen, und Therapien zu ihrer Heilung zu entwickeln. Trotz reger Aktivität auf dem Gebiet liegen für viele Motorproteine nur wenige Informationen bezüglich der Wechselwirkung mit anderen Proteinen und des Verhaltens bei Einwirkung chemischer Substanzen vor. Eine der Standardmethoden zur Untersuchung molekularer Motoren in vitro sind so genannte Gleitexperimente, in denen Motorproteine auf Oberflächen angebunden werden und fluoreszenzmarkierte Filamente über die Oberfläche transportieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode zur Durchführung dieser Gleitexperimente auf Oberflächen, die mit hexagonal angeordneten Goldnanopartikeln dekoriert sind, entwickelt. Die molekularen Motoren werden hierzu über Chelatisierung einer rekombinant eingeführten Histidinfunktionalisierung durch Übergangsmetallchelatoren gerichtet auf den Goldnanostrukturen immobilisiert. Die Nanopartikel dienen somit als Ankerpunkte. Das System weist den Vorteil auf, dass ein Motorprotein pro Partikel immobilisiert werden kann. Zusätzlich kann ihre Dichte über den Abstand der Partikel kontrolliert werden. Das entwickelte Substrat erlaubt die Untersuchung aller mit einer Histidinsequenz funktionalsierten Motorproteine. Seine Eignung zur Untersuchung von Motorproteinen in Gleitexperimenten wurde mittels der Untersuchung eines gut erforschten Kinesin-1 Konstrukts demonstriert. Dieses zeigte literaturbekanntes Verhalten. Zusätzlich zum Gleitexperiment wurde ein Funktionalitätsnachweis entwickelt, der die Aktivität der orientiert auf den Goldnanopartikeln angebundenen Motorproteine unter den im Gleitexperiment gewählten Bedingungen überprüft. Dieser Nachweis stellt eine wichtige Ergänzung des Gleitexperiments zur Überprüfung der Aktivität der Motorproteine auf molekularer Ebene dar. Die Kombination der beiden Methoden ermöglicht die zuverlässige in vitro Untersuchung des Verhaltens von Motorproteinen unter Sicherstellung des Erhalts ihrer Aktivität und erlaubt es so Informationen zum Verständnis molekularer Motoren zu erlangen. Molekulare Motoren zählen in vivo zu den Hauptbestandteilen gerichteter molekularer Transportsysteme. Dies prädestiniert sie für eine Verwendung zum Aufbau effizienter in vitro-Nanotransportsysteme. Das Ziel dieser Arbeit war daher neben der Entwicklung der oben genannten Methoden die Entwicklung von Templaten zur Erzeugung so genannter molekularer Fließbänder. Als molekulare Fließbänder werden unter Kontrolle der Polarität auf strukturierten Oberflächen angebundene Mikrotubuli bezeichnet, auf denen sich Motorproteine gerichtet bewegen. Im Rahmen der Arbeit wurden mikronanostrukturierte Oberflächen hergestellt, die der polaritätsorientierten Anbindung und gerichteten Polymerisation von Mikrotubuli dienen. Hierbei handelt es sich um Oberflächen auf denen nanostrukturierte Bereiche in der Dimension einiger Mikrometer bis einiger hundert Nanometer von unstrukturierten Bereichen umgeben sind. Die erfolgreiche Funktionalisierung der Goldnanopartikel mit Übergangsmetallchelatoren oder Streptavidin, die eine Anbindung von Mikrotubuli ermöglichen, wurde durchgeführt. Somit wurden erfolgreich Template zur Erzeugung molekularer Fließbänder hergestellt.
date: 2011
type: Dissertation
type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
type: NonPeerReviewed
format: application/pdf
identifier: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserverhttps://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/11840/1/datei.pdf
identifier: DOI:10.11588/heidok.00011840
identifier: urn:nbn:de:bsz:16-opus-118401
identifier:   Plath, Nicole  (2011) Nano- und Mikronanostrukturen zur Untersuchung und nanotechnologischen Anwendung von Motorproteinen.  [Dissertation]     
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rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
rights: http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/help/license_urhg.html
language: ger