Lokal adressierbare ATP Produktion zur Steuerung eines biologischen Nanoschrittmotors

Die H⁺-ATPsynthase (F_oF₁) ist das membrangebundene Enzym in der Zelle, welches chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat, ATP, erzeugt. Eine lokale pH- und elektrische Potential-Differenz über die Membran treibt die Rotation im protonen-getriebenen F_o-Motor des Enzyms an. Diese Rotation wird mechanisch in F₁-Motor übertragen, der die Katalyse durchführt. Das Enzym besteht also aus zwei gekoppelten Nanomotoren. Das produzierte ATP wird von den zellulären Enzymen zur Biosynthese und von molekularen Motoren zum gerichteten Transport verbraucht.

Um die Funktionsweise des F_o-Nanomotors verstehen zu können, soll die H⁺-ATPsynthase in geschlossenen Lipidvesikeln eingebaut und die ATP-Synthese extern geschaltet und kontinuierlich betrieben werden. Wir wollen in diesem Projekt einzelne immobilisierte Lipidvesikel adressieren, um entweder optisch mit Hilfe von Protonenpumpen im Vesikel, oder elektrochemisch mit Hilfe von Nanoelektroden, oder elektrisch mit Hilfe lokaler elektrischer Potentiale die ATP-Produktion zu steuern. Als Biosensor zum direkten optischen Nachweis der produzierten ATP-Konzentrationen setzen wir den ATP-getriebenen F₁-Motor ein, um ein gekoppeltes System von zyklischer lokaler ATP-Produktion zum kontrollierten Antrieb von biologischen Nanomotoren zu realisieren.