Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2008

Molekulare Fluktuationen in Metabolischen Netzwerken

Prof. Dr. Klaus Mecke
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Theoretische Physik

Prof. Dr. Terence Hwa
University of California, San Diego
Department of Physics, M/C 0374

Um ein besseres Verständnis der Vorgänge in lebenden Zellen zu bekommen, ist es notwendig, metabolische Prozesse auf molekularer Ebene zu verstehen. Immer genauere Messmethoden (z.B. Protein-Chip-Technologien) erlauben es, diese Vorgänge experimentell aufzuschlüsseln, wodurch auch der Bedarf an quantitativen theoretischen Modellen steigt, um z.B. thermische Fluktuationseffekte in Zellen beschreiben zu können. Metabolische Reaktionen laufen einerseits deterministisch ab, sind aber, bedingt durch die niedrigen Molekülkonzentrationen in Zellen, auch durch zufällige Störungen beeinflusst, die unter Umständen auch zu qualitativ neuen Phänomenen führen können. Dies macht eine Modellierung durch stochastische Differentialgleichungen notwendig. Wir wollen molekulares Rauschen in solchen Prozessen modellieren, die aus einer Abfolge von Redox-Prozessen an räumlich getrennten Enzymen und dazwischen stattfindenen Transportprozessen bestehen. Ein typischer derartiger Prozess ist die Atmungskette. Wir wollen ermitteln, wie insbesondere zufällige Störfaktoren diesen Prozess beeinflussen. Unsere theoretischen Modelle sollen mit Experimenten am bakteriellen Modellsystem E. coli verglichen werden.

Abschlussbericht
Das BaCaTeC-Projekt 'Morphometry of Biomaterials' machte einen Besuch von Patrick Levi (Erlangen) in San Diego (Terence Hwa) möglich, um seine Theorie zu Fluktuationen in metabolischen Prozessen mit Experimenten am bakteriellen Modellsystem E. coli vergleichen zu können. Die Ergebnisse sind ein wesentlicher Bestandteil der Doktorarbeit von Patrick Levi geworden, siehe http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2009/1245/. Leider konnten weitere Besuche nicht realisiert werden.