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Kollegs

Lebenswissenschaftliches Kolleg VII

Prof. Dr. Holger Kress

Arbeitsgruppe Biologische Physik, Universität Bayreuth

Arbeitsgruppe

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Biophysik zellulärer und molekularer Maschinen

Bereits in den 1940er Jahren warf der Physiker Erwin Schrödinger in seinem Buch

What

Is Life?

die Frage auf, ob Physik und Biologie miteinander vereinbar sind, also ob leben-

de Organismen mit den Gesetzmäßigkeiten der Physik beschrieben werden können. Wäh-

rend zu Schrödingers Zeit noch sehr wenig über den Aufbau und die Funktionsweise von

Zellen bekannt war, wissen wir heute, dass Zellen hochstrukturierte Gebilde sind, in denen

unterschiedliche molekulare Maschinen verschiedene Aufgaben verrichten. Die dabei ab-

laufenden biologisch relevanten Prozesse lassen sich vielfach tatsächlich auch physikalisch

beschreiben. Beispielsweise wandeln bei intrazellulären Transportprozessen oder bei der

Transkription von DNA in RNA einzeln messbare molekulare Motoren chemische Energie in

mechanische Arbeit um.

Aber nicht nur auf der Skala einzelner Moleküle, sondern auch auf der Ebene ganzer Zellen

erlauben physikalische Beschreibungen ein erweitertes und vertieftes Verständnis biologi-

scher Vorgänge. Zum Beispiel ermöglichen bei der Chemotaxis, der Bewegung von Zellen

entlang von chemischen Konzentrationsgradienten, zelluläre Signalverarbeitungsprozesse

die Detektion von Konzentrationsunterschieden selbst bei sehr schwachen chemischen Si-

gnalen nahe der physikalischen Nachweisgrenze. Die für die resultierende Bewegung der

Zellen nötigen Kräfte lassen sich biophysikalisch messen und modellieren.

In dieser Arbeitsgruppe werden wir zum einen physikalische Grundlagen und biophysika-

lische Modelle zur Beschreibung molekularer und zellulärer Maschinen behandeln. Zum

anderen werden wir verschiedene moderne experimentelle Methoden zur Untersuchung

einzelner Zellen und Moleküle (u. a. Fluoreszenzmikroskopieverfahren inkl. höchstauflösen-

de Lichtmikroskopie, optische und magnetische Pinzetten, Zugkraftmikroskopie) diskutieren

und zum Teil praktisch kennenlernen.

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