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Movements of molecular motors : diffusion and directed walks

  • Movements of processive cytoskeletal motors are characterized by an interplay between directed motion along filament and diffusion in the surrounding solution. In the present work, these peculiar movements are studied by modeling them as random walks on a lattice. An additional subject of our studies is the effect of motor-motor interactions on these movements. In detail, four transport phenomena are studied: (i) Random walks of single motors in compartments of various geometries, (ii) stationary concentration profiles which build up as a result of these movements in closed compartments, (iii) boundary-induced phase transitions in open tube-like compartments coupled to reservoirs of motors, and (iv) the influence of cooperative effects in motor-filament binding on the movements. All these phenomena are experimentally accessible and possible experimental realizations are discussed.
  • Bewegungen von prozessiven molekularen Motoren des Zytoskeletts sind durch ein Wechselspiel von gerichteter Bewegung entlang von Filamenten und Diffusion in der umgebenden Lösung gekennzeichnet. Diese eigentümlichen Bewegungen werden in der vorliegenden Arbeit untersucht, indem sie als Random Walks auf einem Gitter modelliert werden. Ein weiterer Gegenstand der Untersuchung sind Effekte von Wechselwirkungen zwischen den Motoren auf diese Bewegungen. Im einzelnen werden vier Transportphänomene untersucht: (i) Random Walks von einzelnen Motoren in Kompartimenten verschiedener Geometrien, (ii) stationäre Konzentrationsprofile, die sich in geschlossenen Kompartimenten infolge dieser Bewegungen einstellen, (iii) randinduzierte Phasenübergänge in offenen röhrenartigen Kompartimenten, die an Motorenreservoirs gekoppelt sind, und (iv) der Einfluß von kooperativen Effekten bei der Motor-Filament-Bindung auf die Bewegung. Alle diese Phänomene sind experimentell zugänglich, und mögliche experimentelle Realisierungen werden diskutiert.

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Metadaten
Author:Stefan KlumppORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-0000806
Advisor:Arkady S. Pikovsky, Joachim Krug, Reinhard Lipowsky
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2003
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2003/07/04
Release Date:2005/02/10
Tag:Diffusion; Gittermodelle; Phasenübergänge; Random Walks; Staus; aktive Prozesse; kooperative Phänomene; molekulare Motoren
active processes; cooperative phenomena; diffusion; lattice models; molecular motors; phase transitions; random walks; traffic jams
RVK - Regensburg Classification:UP 7500 , WE 5300
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik