| PDF - Veröffentlichte Version schwarz-weiß (13MB) | |
| PDF - Veröffentlichte Version Farbscan (72MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-42455
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.4245
| Dokumentenart: | Hochschulschrift (Dissertation) |
|---|---|
| Seitenanzahl: | 150 gez. Bl. |
| Datum: | 1976 |
| Zusätzliche Informationen (Öffentlich): | (Nicht f. d. Austausch.) |
| Institutionen: | Medizin > Zentren des Universitätsklinikums Regensburg > EHealth Competence Center |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Nein |
| Dokumenten-ID: | 4245 |
Zusammenfassung
THESEN Zur Dissertation "Zum Mechanismus der Informationsverarbeitung und Energiewandlung in biologischen Rezeptoren. Ein allgemeines membranstrukturbezogenes Transducermodell" von Bernd Blobel 1. Die Untersuchung und Aufklärung der Funktionsprinzipien bei der Informationsverarbeitung und Energiewandlung in biologischen Rezeptoren, die in eine Modellbildung mündet, hat folgende wesentliche ...
Zusammenfassung
THESEN
Zur Dissertation "Zum Mechanismus der Informationsverarbeitung und Energiewandlung in biologischen Rezeptoren. Ein allgemeines membranstrukturbezogenes Transducermodell"
von Bernd Blobel
1. Die Untersuchung und Aufklärung der Funktionsprinzipien
bei der Informationsverarbeitung und Energiewandlung
in biologischen Rezeptoren, die in eine Modellbildung
mündet, hat folgende wesentliche Zielstellungen
und Bedeutungen:
- Durch die physikalisch begründete Modellierung lassen
sich Rückschlüsse auf den realen Mechanismus ziehen
und Voraussagen für zu erwartende experimentelle
Befunde ableiten beziehungsweise experimentelle Analysen
stimulieren.
- Aus Erkenntnissen über Wirkprinzipien in biologischen
Strukturen, die technischen Bauelementen in vielen
Fällen hinsichtlich Empfindlichkeit, Miniaturisierung
und Energiebedarf, Zuverlässigkeit und Realisierung
des Bausteinprinzips noch weit überlegen sind, lassen
sich grobe Funktionsketten für die technische Nutzung
biologischer Mechanismen und Prinzipien entwickeln.
2.1. Die bereits in der Literatur vorliegenden, annähernd
geschlossenen und zum Teil physikalisch begründeten
Transducermodelle für Mechanorezeptoren kann man im
wesentlichen auf zwei Grundmodelle zurückführen.
- Auf das auf der Dehnung eines isolierten Loches in
einer HOOKEschen Membran basierende Poren-Transducermodell,
- Auf das "elektrohydraulische Transducermodell" nach
TEORELL.
2.2. Da die vorliegenden Modelle nicht oder nur unzureichend die modernen Vorstellungen über die Struktur biologischer Membranen berücksichtigen, geraten sie Widerspruch zu einer großen Zahl aktueller experimenteller Befunde der Membranologie beziehungsweise können diese Ergebnisse nur unzureichend simulieren.
3.1. Entsprechend aktuellen Erkenntnissen hat die biologische Membran eine grob symmetrische Grundstruktur, die eine funktionslose Membran im thermodynamischen Gleichgewicht darstellt.
3.2. Gitter- oder Strukturproteine, die neben den Lipiden Bestandteil der Grundstruktur sind und für die verschiedenen biologischen Membranen eine im wesentlichen gleiche Primärstruktur besitzen, bestimmen den Ordnungszustand der Membran.
3.3. Durch Anlagerung von für eine jeweilige Punktion verantwortlichen Funktionsproteinen und anderen Gruppen und deren Wechselwirkung mit der Lipid-Doppelschicht der
Grundstruktur erreicht die Natur die großartige Flexibilität der biologischen Membran.
Aus diesen strukturellen Befunden lassen sich durch eine systematische Struktur-Funktions-Analyse folgende Aussagen über den Transduktionsprozeß in biologischen Rezeptormembranen ableiten:
4.1. An die Grundstruktur der Transducermembran sind spezifische Rezeptorproteine angelagert. Der Begriff "Rezeptorproteine" wurde gegenüber der NACHMANSOHNschen Bedeutung erweitert.
4.2. Der Transduktionsprozeß in biologischen Rezeptoren gliedert sich in Teiltransduktionsmechanismen, das heißt: im Verlauf der Transduktion tritt mindestens eine Zwischenenergieform auf.
5.1. Der Rezeptorinput, im Transformer vorverarbeitet, steuert nicht direkt die Membranpermeabilität für die verschiedenen Ionenarten, sondern wird über die Rezeptorproteine in die Zwischenenergieformen umgewandelt. Diese Zwischenenergieform bestimmt ihrerseits die Lipidstruktur und damit die Permeabilitätscharakteristika und also im weiteren Mechanismus die elektrischen Parameter der Transducermembran.
5.2. Die Spezifität des Transducers für den rezeptoradäquaten Stimulus hängt von den jeweiligen Rezeptorproteinen und von der Art ihrer Kopplung untereinander sowie mit intra- und extramembranen Strukturen ab.
5 .3. Eine nichtadäquate Beeinflussung des Transducers
(z.B. Temperatur-, pH-Wert- oder Milieuänderungen)
kann in allen Funktionseinheiten erfolgen. Es können
dabei in Abhängigkeit von den Einflußgrößen und von
den Systemparametern sowohl Aktivierungen als auch
Hemmungen des Transduktionsprozesses beziehungsweise verschiedener Teilmechanismen auftreten.
6.1. Die Zustandsänderungen der Transducer-Teilsysteme
lassen sich in Übereinstimmung mit experimentellen Befunden im allgemeinen durch ein Zwei-Zustände-Modell ("Alles—oder-Nichts-Prinzip") beschreiben.
6.2. Während der Exitation perzipieren die Rezeptorproteine Energie in Form von:
- Mechanischer Energie δW (z. B. für Mechanorezeptoren).
- Chemischer Energie μdn (Adξ) (z. B. für Chemorezeptoren,
für Rezeptoren bei Milieuänderung unter Voraussetzung
indirekter (mittelbarer, durch Liganden vermittelter) Kopplung).
- Wechselwirkungsenergie da (z. B. dz für Photorezeptoren).
6.3. Die Kopplung zwischen dem treibenden Prozeß (I) in den Rezeptorproteinen und dem getriebenen Prozeß (II) in
der Lipidstruktur kann
- als direkte (unmittelbare) Kopplung
z<sub>II</sub> = f(dU<sub>I</sub> = f<sub>1</sub> (dz<sub>I</sub>)) und oder dF<sub>II</sub> = f(dU<sub>I</sub>)
- als indirekte (mittelbare) Kopplung
dξ<sub>II</sub> = f(dU<sub>I</sub>) beziehungsweise dn<sub>II</sub> = f(dU<sub>I</sub>) erfolgen.
7.1. Bei der Behandlung der mittelbaren Kopplung der Prozesse in der Rezeptorproteinstruktur mit den Prozessen
in der Lipidstruktur über Liganden variabler Mikrobereichs-Konzentration sind die Varianten der internalen und der externalen Anlagerung der Rezeptorproteine an die Grundstruktur der Membran zu unterscheiden.
7.2. Eine Kompartmentanalyse bei mittelbarer Kopplung der
Teilprozesse führt unter Berücksichtigung des Konzentrationsgradienten des Liganden im einfachsten Fall
auf ein System nichtlinearer Differentialgleichungen
erster Ordnung.
8.1. Die Dynamik des Transducers ohne Berücksichtigung des
Transformers wird bestimmt durch:
- Die Kopplung der Rezeptorproteine untereinander sowie
mit intra- und extramembranen, eigentlich dem Transformer
zuzurechnenden Strukturen.
- Die Kopplungebedingungen des Rezeptorprotein-Lipid-
Systems.
- Die Eigendynamik der Rezeptorprotein- und der Lipidstruktur.
- Die Dynamik des passiven und aktiven Ionentransportes
durch die Transducermembran.
- Die Rückkopplungen der Encoderregion und synaptische
Einflüsse auf den Transducer.
8.2. Für die Geschwindigkeitsempfindlichkeit von Mechanorezeptoren lassen sich zusätzlich zu den bekannten
möglichen Ursachen (Verhalten des Muskels bzw. des
umgebenden Gewebes, Rückkopplung des Encoders, Akkumulation von für die Potentialentstehung wesentlichen
Ionen) aus der durchgeführten Modellierung folgende
weiteren interessanten Faktoren ableiten:
- Grenzphasenabhängige Geschwindigkeitsempfindlichkeit im Verlauf der Phasenänderung in der Lipidstruktur der Membran.
- Ligandenakkumulation im Steuerkompartment bei mittelbarer Kopplung der Prozesse in den Rezeptorproteinen
mit denen in der Lipidstruktur.
- Rückkopplung der Rezeptorproteinmatrix auf die
mechanischen Transducermembranparameter.
8.3. Für das stationäre Verhalten des allgemeinen Transducermodells kann man näherungsweise verallgemeinerte
Input-Output-Beziehungen in Abhängigkeit von den jeweiligen konkreten Kopplungs- und somit Transduktionsmechanismen ableiten. Diese Beziehungen vermeiden wesentliche Mängel der "klassischen" Input-Output-Relationen vor allem bezüglich des Gültigkeitsbereiches und ermöglichen eine gute Annäherung an experimentell ermittelte Werte.
9.1. Die Struktur-elektrische Transduktion in der Transducermembran läßt sich durch ein Elektrodiffusionsmodell bei gleichzeitiger Berücksichtigung des aktiven Transportes beschreiben.
9.2. Infolge der bei vielen dendritentragenden Rezeptoren
vorhandenen strukturellen und funktionellen Heterogenität
der Transducermembran (Vorhandensein elektrisch
erregbarer Membrananteile) am Meßort muß bei der Anpassung
der Transducermodellsimulation an experimentelle
Werte eventuell der Anteil elektrisch erregbarer Membranregionen am dynamischen Verhalten, des Rezeptors,
dargestellt durch das Generatorpotential, berücksichtigt
werden. Bei Messungen im Soma des Dehnungsrezeptors
des Krebses betragt dieser Anteil ca. 50%.
Eine Erweiterung auf ein Modell mit verteilten Parametern
wäre dabei nach genauerer Vorgabe von gemessenen Modellparametern zu empfehlen.
10. Die postulierten Teilprozesse können bereits zum Teil
durch in jüngster Zeit gewonnene experimentelle Befunde von natürlichen und synthetischen Membranen gestützt werden.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 15:00
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik