Die Mechanik des Lebens: Physik und Mathematik von Ionenkanälen

Beschreibung:

Ionenkanäle sind porenbildende Proteine, die den Transport von Ionen wie Calcium und Natrium durch Zellmembranen ermöglichen. Sie sind Taktgeber für viele lebenswichtige Funktionen wie der Signalübertragung im Nervensystem und der Muskelkontraktion. Die Fehlfunktion von Ionenkanälen kann daher schwerwiegende Folgen haben, etwa Herzrhythmusstörungen, Epilepsie, Mukoviszidose und andere Krankheiten. Aufgrund dieser zentralen Rolle sind sie ein vielversprechendes Ziel für die Entwicklung neuer Therapien und Medikamente, was ihre Erforschung bedeutsam macht.

Die komplexe Dynamik von Ionenkanälen zu verstehen, ist aufgrund des vielschichtigen Zusammenspiels elektrischer, chemischer und mechanischer Kräfte jedoch sehr anspruchsvoll. Mathematische Modelle und numerische Simulationen bieten wertvolle Werkzeuge, um diese Dynamik zu analysieren und experimentelle Daten gezielt zu interpretieren.

In diesem Vortrag werfen wir zunächst einen Blick auf die grundlegenden Eigenschaften von Ionenkanälen und ihre Schlüsselrolle im Ionentransport. Anschließend wird erläutert, wie wir mithilfe der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik ein mathematisches Modell entwickeln können, um diese Prozesse zu beschreiben. Abschließend wird veranschaulicht, wie das Modell in der Praxis genutzt werden kann. Es ist erstaunlich vielseitig und reicht von der Analyse einzelner Ionenkanäle bis hin zur Beschreibung komplexer Netzwerke in Zellen.

Referierende:

M.Sc. Christine Keller, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS), Berlin