Ordnung durch Bewegung

Max-Planck-Wissenschaftler zeigen, wie molekulare Motoren in einer Filamentflüssigkeit Ordnung schaffen können.

Moleküle in biologischen Zellen halten einen hohen Grad an räumlicher Ordnung aufrecht, obwohl sie sich ständig in Bewegung befinden. Auf den ersten Blick scheint dies grundlegenden physikalischen Prinzipien zu widersprechen, die Bewegung mit Unordnung in Verbindung bringen. Tatsächlich ist Erwärmung der einfachste Weg, um Moleküle in Bewegung zu versetzen, was zum Schmelzen von Kristallen oder dem Verdampfen von Flüssigkeiten führt, also einer Zerstörung der räumlichen Anordnung der Moleküle. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben nun an einem einfachen biomimetischen Modellsystem den entgegengesetzten Effekt gezeigt - das Eintreten räumlicher Ordnung durch molekulare Bewegung. In dem Modellsystem sind molekulare Motoren auf einer Oberfläche verankert und befinden sich in Kontakt mit einer ungeordneten Flüssigkeit von Proteinfilamenten des Zytoskeletts, die von den molekularen Motoren über die Oberfläche gezogen werden. Mit Computersimulationen zeigen die Wissenschaftler, dass diese Filamentflüssigkeit einen Phasenübergang zu einer nematischen geordneten Flüssigkristallphase, in der sich die Filamente parallel anordnen, durchläuft, wenn man die Dichte an molekularen Motoren erhöht. Dieser Ordnungseffekt kommt durch das Wechselspiel zwischen Motoraktivität und abstoßenden Wechselwirkungen zwischen Filamenten zustande und dürfte helfen, grundlegende Musterbildungsprozesse in biologischen Zellen zu verstehen (Physical Review Letters 96, 258103, 30. Juni 2006).

Quelle: Pressemitteilung Informationsdienst Wissenschaft e.V.

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http://goto.mpg.de/mpg/pri/20060724/