Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05

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Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05 episodes

December 22, 2000 Schottky Massenmessungen mit TCAP Datenaufnahmesystem am Experimentierspeicherring der GSI
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December 22, 2000 Cavity QED with many atoms
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December 18, 2000 Kraftspektroskopie an lebenden Zellen
Das Kraftmikroskop hat sich in vieler Hinsicht als effizientes Gerät für
Untersuchungen und Manipulationen auf molekularer Ebene erwiesen. Dabei wird
selbst unter physiologischen Bedingungen eine Auflösung erreicht, die
Proteinsubstrukturen erkennen läßt. Als Kraftspektroskop kann es mechanische
Eigenschaften wie Dehnungsverhalten und Reißfestigkeit einzelner Moleküle, die
zwischen der Sensorfeder und der Unterlage eingespannt werden, untersuchen.
Sogar die Bindungskräfte zwischen einem Molekül am Kraftsensor und einem
anderen am Substrat können mittels Kraftspektroskopie mit etwa 3 pN Genauigkeit
ermittelt werden. Von besonderem Interesse solcher Untersuchungen sind Moleküle
mit spezifischer Affinität nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip, wie Rezeptor-Ligand-
Systeme und Adhäsionsmoleküle.
Bisher waren hauptsächlich wasserlösliche Moleküle solchen Messungen zugänglich.
Bindungen zwischen amphiphilen Proteinen oder Membranproteinen zu messen, die
durch hydrophobe Wechselwirkungen in der Membran verankert sind, erfordert
neue Konzepte. Diesen Molekülen gilt das Augenmerk dieser Arbeit. Da die
Verankerung in sogenanten „supported bi-layern“ und Vesikeln nicht immer zum
gewünschten Erfolg führt, wird hier eine ungewöhnliche, aber sehr natürliche
Alternative vorgestellt:
Das Adhäsionsmolekül wird nicht aufwendig isoliert und der Meßmethode
zugänglich gemacht, sondern bleibt in seiner natürlichen Umgebung, der Zelle,
wohingegen die Methode angepasst wird. Dies ist durch die Befestigung einer Zelle
am Kraftsensor eines Kraftspektroskopes geglückt und es gelang damit erstmals die
Adhäsionskraft eines einzelnen Adhäsionsmoleküls in einer lebenden Zelle zu
messen.
So einfach diese Methode beschrieben ist, so viele Unwägbarkeiten treten dabei
durch die hohe Komplexität der Zelle und der Zelloberfläche im Besonderen auf.
Daher wird einleitend eine grobe Einführung in die Funktionen und den Aufbau
einer Zelle und die üblichen Meßmethoden im Bereich der Zelladhäsionsmessung
vorgestellt. Die Beschreibung der Meßmethode und der Umrüstung des
Kraftmikroskopes zum Zelladhäsionskraftspektroskop sind durch technische Details
im Anhang vervollständigt. Etwas aufwendig ist die Zusammenstellung der Daten,
Theorien und Annahmen zum Aufbau eines semi-empirischen Modells zur
Beschreibung der Adhäsionskraftmeßkurven beim Trennen adhärierender Zellen,
auf der Basis vieler unabhängiger Einzelmolekülbindungen. Mit dem
Zelladhäsionkraftspektroskop wurden dafür die Youngs-Moduli und die viskoelastischen
Kelvin-Modell-Parameter verschiedener Zellen in dem eigens
entwickelten „visko-elastic-response-mode“ vermessen. Ebenso wurden die
Einflüsse der Zellkontaktkraft und der Kontaktzeit, sowie der Zuggeschwindigkeit
auf die Zelladhäsionsantwort studiert und in Formeln gefaßt. Das Modell simuliert
diese Meßdaten in guter Übereinstimmung und gibt dadurch einen Einblick in die
physikalischen Randbedingungen für das einzelne Adhäsionsmolekül während
solcher Experimente unter Berücksichtigung des zelltypischen Phänomens der
Tetherbildung. Insbesondere kann damit die Bindungsdichte bei Adhäsionen auf
verschiedenen Oberflächen berechnet werden. Demnach schließt eine Epithelzelle
etwa vier Bindungen pro Quadratmikrometer mit einer Glasoberfläche, zwei mit
einer anderen Epithelzelle und nur 0,8 mit einer passivierten Oberfläche.
Mit kraftspektroskopischen Messungen der Adhäsionskräfte bei der Einnistung eines
Trophoblasten in die Gebärmutter an einem naturnahen Laborsystem kann eine
andersartige - mit dem Modell unabhängiger Bindungen nicht beschreibbare -
Wechselwirkung identifiziert werden. Die Meßergebnisse deuten auf einen
kooperativen Prozeß der molekularen Adhäsionsinselbildung hin. Kontrollmessungen
an funktionalisierten Oberflächen erhärten diese Hypothese. Mit ersten
Ergebnissen von Adhäsionsmessungen zwischen Knochenzellen und potentiellen
Implantatoberflächen wird neben dem Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit auch
der des Meßmediums nachweisbar, wodurch die Gen
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December 18, 2000 Chemical evolution and galaxy formation
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December 15, 2000 Strahlungsreprozession in massearmen Doppelsternen
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December 14, 2000 Applications of the weak gravitational lens effect
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December 07, 2000 Kraftinduzierte Sekundärstrukturänderungen in einzelnen Molekülen
In dieser Arbeit wurde die in den letzten Jahren entwickelte Technik der auf
dem Kraftmikroskop basierenden Einzelmolekül-Kraftspektroskopie auf zwei
spezielle Systeme angewendet: Poly(ethylen Glycol) (PEG) und das Membranprotein
Bakteriorhodopsin. Im Vordergrund stand dabei die Analyse der mechanischen
Stabilität von Sekundärstrukturen.
PEG ist aufgrund seiner ungewöhnlich hohen Wasserlöslichkeit eines der
wichtigsten Polymere mit einer Vielzahl von technischen Anwendungen. Es wurden
Messungen zur Elastizität einzelner PEG in Abhängigkeit des Lösungsmittels
durchgeführt. Mit diesen Messungen konnte der genaue molekulare Mechanismus
nachvollzogen werden, der zu der hohen Wasserlöslichkeit führt. Zudem konnte
gezeigt werden, wie mit einem einfachen Modell neben Konformationsänderungen
auch Konformationsenergien des Polymers quantitativ bestimmt werden können.
Die Kraftspektroskopie als Instrument zur Untersuchung von mechanisch
induzierten Strukturänderungen, z.B. der Proteinentfaltung, wurde bisher immer
nur auf polymere Strukturen angewendet. Ziel der Messungen an Bakteriorhodopsin
war es zu zeigen, dass sich diese Technik auch auf Moleküle anwenden lässt, die
nicht aus sich wiederholenden Einheiten aufgebaut sind. Es konnte der genaue
Entfaltungsweg von Bakteriorhodopsin mit all seinen stabilen Zwischenstrukturen
bestimmt werden. Mechanismen der Stabilisierung wie die Nachbarschaft von
Helices, hydrophobe Wechselwirkung und der Einfluss räumlicher Einschränkung
konnten dabei in ihren Auswirkungen auf die Stabilität der Proteinstruktur
beobachtet werden.
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October 20, 2000 Der strahlungsbedingte Zerfall stratosphärischer Filamente in der Troposphäre
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October 19, 2000 Magnetische Mikrofallen für Rubidiumatome
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August 08, 2000 Protondissoziative Photoproduktion von Phi-Mesonen am H1-Experiment bei HERA
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