Polymere Konzepte in zellulären Funktionen

Wissenschaftlicher Fokus

Wesentliche biologische Prozesse wie die Transkription von DNA zu RNA und die Translation zu Proteinen (wie rechts dargestellt) werden durch das Zusammenspiel mehrerer Biomoleküle in einer komplexen Umgebung gesteuert und hängen davon ab. Die Wechselwirkungen der Biomoleküle umfassen ein breites Spektrum von Wechselwirkungstypen, das von dimeren Wechselwirkungen über große Komplexe bis hin zur Hierarchie des Ein- und Auspackens des Genoms reicht. In diesem Sonderforschungsbereich (SFB) werden Biowissenschaftler und Polymerwissenschaftler gemeinsam Biomoleküle als Biopolymere untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf ihrer polymeren Natur liegt. Wie neuere Forschungen zeigen, führt die polymere Natur von Biopolymeren zu Phänomenen wie Phasentrennung, Phasenübergängen und komplexen Organellenarchitekturen in Zellen, deren Auswirkungen auf die zellulären Funktionen noch nicht vollständig verstanden sind. Durch die Anwendung theoretischer und experimenteller Konzepte aus der Polymerwissenschaft wird diese Initiative es den Wissenschaftlern ermöglichen, neue Perspektiven auf biologische Phänomene zu gewinnen und damit neue Wege zum Verständnis der molekularen Grundlagen zellulärer Dysfunktion bei Alterung und altersbedingten Krankheiten wie neurodegenerativen Störungen und Krebs zu eröffnen.

Von der DNA über die RNA bis zu den Proteinen: Wesentliche biologische Prozesse, die von Biopolymeren gesteuert werden. © Nike Heinß/SFB1551

Sehr unterschiedliche biochemische Strukturen, von Aminosäuren bis hin zu ganzen Nukleosomen, können aus Sicht der Polymerwissenschaftler als Kügelchen mit unterschiedlichen Größen und Eigenschaften verstanden und modelliert werden. © Nike Heinß/SFB1551

Polymere bestehen aus ähnlichen kleinen Einheiten - den Monomeren. In der Biologie kann ein Monomer von einer Aminosäure über kleine Domänen (wie Ubiquitin) bis hin zu ganzen Nukleosomen reichen. Wie links dargestellt, können diese Einheiten aus der Sicht eines Polymerwissenschaftlers als Elemente einer Polymerkette mit unterschiedlicher Größe und Eigenschaften modelliert werden. So kann es für sehr unterschiedliche Biomoleküle gemeinsame Verhaltensweisen oder Eigenschaften geben, die auf ihre polymere Natur zurückzuführen sind. Durch die Bildung interdisziplinärer Teams zielt der SFB 1551 darauf ab, das Wissen und den Werkzeugkasten der Polymerwissenschaftler für die Untersuchung komplexer Heteropolymere in komplexen Systemen auf allen Längenskalen zu erweitern und das Verständnis der Biologen dafür zu vertiefen, wie polymere Konzepte zelluläre Funktionen steuern. 

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