Techniklexikon

Mechanochemie kontraktiler Moleküle

Laserphysik und -technik, Teilbereich der molekularen Biophysik, welcher die Umwandlung chemischer Energie in koordinierte mechanische Arbeit (makroskopische Bewegung) durch in Membranen verankerte makromolekulare Molekülkomplexe untersucht. Motilität (Fähigkeit zur Bewegung) und Kontraktilität (Fähigkeit zur Erzeugung von Kraft) sind Grundleistungen von Lebewesen. Zielgerichtete Bewegungen gibt es sowohl auf zellulärem Niveau (z.B. Bewegungen der Zellorganellen, Bildung von Ausstülpungen der Zellmembranen bei der Phagozytose) als auch auf dem Niveau von Organen und Organismen (z.B. quergestreifter Skelett- und Herzmuskel, glatte Muskulatur der Gefässwände und des Darms). Ungeachtet der verschiedenen Erscheinungsformen für unterschiedlichste mechanische Arbeitsleistungen in Bezug auf Gesamtkraft und Dauer der Krafteinwirkung sind die molekularen Mechanismen prinzipiell einheitlich. Die meisten Motilitätserscheinungen beruhen auf der Interaktion zweier Proteine, Aktin und Myosin, welche in faktisch allen Zellarten vorhanden sind. Sie liegen in den verschiedenen Muskeltypen in charakteristischer Weise vor und leisten unter Hydrolyse von ATP (Adenosin-5\'-Triphosphorsäure) zu ADP und anorganischem Phosphat mechanische Arbeit (s. Abb.). Ausserdem gibt es noch das Tubulin-Dynein-System, welches die Flagellen (Geisseln) der Bakterien und die Cilien eukaryotischer Zellen antreibt. Alle diese Systeme sind biologische Maschinen, welche mechanische Arbeit durch zyklische Konformationsänderungen leisten, die durch die direkte Hydrolyse von ATP und periodischer Änderungen des Ionengehalts im betroffenen zellulären Kompartiment (Resultat aktiver, ATP-verbrauchender Ionenpumpen) bewirkt werden.

Mechanochemie kontraktiler Moleküle: Hydration von ATP zu ADP und anorganischem Phosphat.