Dissertations / Theses on the topic 'Molecular motors'
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Neetz, Manuel. "Collective behavior of molecular motors." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-85935.
Full textVilfan, Andrej. "Collective dynamics of molecular motors." [S.l. : s.n.], 2000. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=959980024.
Full textJaster, Nicole. "Ratchet models of molecular motors." Phd thesis, Universität Potsdam, 2003. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2005/90/.
Full textMolekulare Motoren sind Proteine, deren Hauptaufgabe es ist, andere Moleküle zu bewegen. Dazu wandeln sie die bei der ATP-Hydrolyse freiwerdende chemische Energie in mechanische Arbeit um. Die Motoren des Zellskeletts gehören zu den drei Superfamilien Myosin, Kinesin und Dynein. Ihre Schienen sind Filamente des Zellskeletts, Actin und die Microtubuli.
In dieser Arbeit werden stochastische Modelle untersucht, welche dazu dienen, die Fortbewegung dieser linearen molekularen Motoren zu beschreiben. Die Skala, auf der wir die Bewegung betrachten, reicht von einzelnen Schritten eines Motorproteins bis in den Bereich der gerichteten Bewegung entlang eines Filaments. Ein Einzelschritt überbrückt je nach Protein etwa 10 nm und wird in ungefähr 10 ms zurückgelegt. Unsere Modelle umfassen M Zustände oder Konformationen, die der Motor annehmen kann, während er sich entlang einer eindimensionalen Schiene bewegt. An K Orten dieser Schiene sind Übergänge zwischen den Zuständen möglich. Die Geschwindigkeit des Proteins lässt sich in Abhängigkeit von den vertikalen Übergangsraten zwischen den einzelnen Zuständen analytisch bestimmen. Wir berechnen diese Geschwindigkeit für Systeme mit bis zu vier Zuständen und Orten und können weiterhin eine Reihe von Regeln ableiten, die uns einschätzen helfen, wie sich ein beliebiges vorgegebenes System verhalten wird.
Darüber hinaus betrachten wir entkoppelte Subsysteme, also einen oder mehrere Zustände, die keine Verbindung zum übrigen System haben. Mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit kann ein Motor einen Zyklus von Konformationen durchlaufen, mit einer anderen Wahrscheinlichkeit einen davon unabhängigen anderen.
Aktive Elemente werden in realen Transportvorgängen durch Motorproteine nicht auf die Übergänge zwischen den Zuständen beschränkt sein. In verzerrten Netzwerken oder ausgehend von der diskreten Mastergleichung des Systems können auch horizontale Raten spezifiziert werden und müssen weiterhin nicht mehr die Bedingungen der detaillierten Balance erfüllen. Damit ergeben sich eindeutige, komplette Pfade durch das jeweilige Netzwerk und Regeln für die Abhängigkeit des Gesamtstroms von allen Raten des Systems. Außerdem betrachten wir die zeitliche Entwicklung für vorgegebene Anfangsverteilungen.
Bei Enzymreaktionen gibt es die Idee des Hauptpfades, dem diese bevorzugt folgen. Wir bestimmen optimale Pfade und den maximalen Fluss durch vorgegebene Netzwerke.
Um darüber hinaus die Geschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit von seinem Treibstoff ATP angeben zu können, betrachten wir mögliche Reaktionskinetiken, die den Zusammenhang zwischen den unbalancierten Übergangsraten und der ATP-Konzentration bestimmen. Je nach Typ der Reaktionskinetik und Anzahl unbalancierter Raten ergeben sich qualitativ unterschiedliche Verläufe der Geschwindigkeitskurven in Abhängigkeit von der ATP-Konzentration.
Die molekularen Wechselwirkungspotentiale, die der Motor entlang seiner Schiene erfährt, sind unbekannt.Wir vergleichen unterschiedliche einfache Potentiale und die Auswirkungen auf die Transportkoeffizienten, die sich durch die Lokalisation der vertikalen Übergänge im Netzwerkmodell im Vergleich zu anderen Ansätzen ergeben.
Transport processes in and of cells are of major importance for the survival of the organism. Muscles have to be able to contract, chromosomes have to be moved to opposing ends of the cell during mitosis, and organelles, which are compartments enclosed by membranes, have to be transported along molecular tracks.
Molecular motors are proteins whose main task is moving other molecules.For that purpose they transform the chemical energy released in the hydrolysis of ATP into mechanical work. The motors of the cytoskeleton belong to the three super families myosin, kinesin and dynein. Their tracks are filaments of the cytoskeleton, namely actin and the microtubuli.
Here, we examine stochastic models which are used for describing the movements of these linear molecular motors. The scale of the movements comprises the regime of single steps of a motor protein up to the directed walk along a filament. A single step bridges around 10 nm, depending on the protein, and takes about 10 ms, if there is enough ATP available. Our models comprise M states or conformations the motor can attain during its movement along a one-dimensional track. At K locations along the track transitions between the states are possible. The velocity of the protein depending on the transition rates between the single states can be determined analytically. We calculate this velocity for systems of up to four states and locations and are able to derive a number of rules which are helpful in estimating the behaviour of an arbitrary given system.
Beyond that we have a look at decoupled subsystems, i.e., one or a couple of states which have no connection to the remaining system. With a certain probability a motor undergoes a cycle of conformational changes, with another probability an independent other cycle.
Active elements in real transport processes by molecular motors will not be limited to the transitions between the states. In distorted networks or starting from the discrete Master equation of the system, it is possible to specify horizontal rates, too, which furthermore no longer have to fulfill the conditions of detailed balance. Doing so, we obtain unique, complete paths through the respective network and rules for the dependence of the total current on all the rates of the system. Besides, we view the time evolutions for given initial distributions.
In enzymatic reactions there is the idea of a main pathway these reactions follow preferably. We determine optimal paths and the maximal flow for given networks.
In order to specify the dependence of the motor's velocity on its fuel ATP, we have a look at possible reaction kinetics determining the connection between unbalanced transitions rates and ATP-concentration. Depending on the type of reaction kinetics and the number of unbalanced rates, we obtain qualitatively different curves connecting the velocity to the ATP-concentration.
The molecular interaction potentials the motor experiences on its way along its track are unknown. We compare different simple potentials and the effects the localization of the vertical rates in the network model has on the transport coefficients in comparison to other models.
Müller, Melanie J. I. "Bidirectional transport by molecular motors." Phd thesis, Universität Potsdam, 2008. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2008/1871/.
Full textIn biologischen Zellen transportieren molekulare Motoren verschiedenste Frachtteilchen entlang von Mikrotubuli-Filamenten. Die Mikrotubuli-Filamente besitzen eine intrinsische Richtung: sie haben ein "Plus-" und ein "Minus-"Ende. Einige molekulare Motoren wie Dynein laufen zum Minus-Ende, während andere wie Kinesin zum Plus-Ende laufen. Zellen haben typischerweise ein isopolares Mikrotubuli-Netzwerk. Dies ist besonders ausgeprägt in neuronalen Axonen oder Pilz-Hyphen. In diesen langen röhrenförmigen Ausstülpungen liegen die Mikrotubuli parallel zur Achse mit dem Minus-Ende zum Zellkörper und dem Plus-Ende zur Zellspitze gerichtet. In einer solchen Röhre führt Transport durch nur einen Motor-Typ zu "Motor-Staus". Kinesin-getriebene Frachten akkumulieren an der Spitze, während Dynein-getriebene Frachten am Zellkörper akkumulieren. Wir identifizieren die relevanten Längenskalen und charakterisieren das Stauverhalten in diesen Röhrengeometrien mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen und analytischen Rechnungen. Eine mögliche Lösung für das Stauproblem ist der Transport mit einem Team von Plus- und einem Team von Minus-Motoren gleichzeitig, so dass die Fracht sich in beide Richtungen bewegen kann. Dies wird in Zellen tatsächlich beobachtet. Der einfachste Mechanismus für solchen bidirektionalen Transport ist ein "Tauziehen" zwischen den beiden Motor-Teams, das nur mit mechanischer Interaktion funktioniert. Wir entwickeln ein stochastisches Tauzieh-Modell, das wir mit numerischen und analytischen Rechnungen untersuchen. Es ergibt sich ein erstaunlich komplexes Motilitätsverhalten. Wir vergleichen unsere Resultate mit den vorhandenen experimentellen Daten, die wir qualitativ und quantitativ reproduzieren.
Qi, Fei. "Light-driven molecular rotary motors." HKBU Institutional Repository, 2017. https://repository.hkbu.edu.hk/etd_oa/434.
Full textKeller, Peter. "Mathematical modeling of molecular motors." Universität Potsdam, 2013. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2013/6304/.
Full textPérez, Carrasco Rubén. "Mechano–chemical study of rotatory molecular motors." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/108039.
Full textLos Motores Moleculares son macromoléculas biológicas que se encargan de hacer las transducciones energéticas necesarias dentro de las células. Este trabajo estudia la transformación de energía de motores moleculares rotatorios reales principalmente la F1-ATPasa, el Motor Flagelar de las Bacterias y el F0. Para estudiar la dinámica del motor se han utilizado ecuaciones de Langevin sobreamortiguadas que recogen la importancia de las fluctuaciones térmicas, así como las fuerzas externas aplicadas al motor (conservativas y disipativas) y el potencial interno del motor que contiene la información físico-química de su comportamiento. Este estudio se ha aplicado a la F1-ATPasa, que se puede estudiar tanto analíticamente, obviando las fluctuaciones térmicas como desde su naturaleza estocástica mediante potenciales intermitentes. En ambos casos, el modelo es capaz de describir la dinámica del motor y su dependencia con los diferentes parámetros controlables experimentalmente: Concentración de ATP, fuerza disipativa y fuerza conservativa. En el mismo sentido se ha diseñado una turbina nanoscópica que recoge los principios básicos de la interacción mecánica entre un flujo de iones y la rotación del motor. En ambos casos, tanto en la turbina como en el F1 se observa que el ruido térmico no afecta mucho a la velocidad del motor y en cambio produce cambios enormes en parámetros energéticos como la potencia o la eficiencia. Concretamente, el escenario clásico en que un máximo de eficiencia se obtiene para la fuerza de calado desaparece obteniendo nuevos regímenes óptimos de trabajo. Adicionalmente, se ha desarrollado un formalismo para simplificar las ecuaciones de Langevin obtenidas (límite de ruido blanco) y se ha diseñado un nuevo algoritmo para integrar ecuaciones de Langevin en las cuales el ruido multiplicativo es discontinuo en el espacio.
Li, Quan. "Integrated motions of light driven molecular motors at macroscopic scale." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAF001/document.
Full textNatural molecular motors such as ATP synthase, myosin, kinesin and dynein can convert conformationalchanges, due to chemical energy input, into directed motion for catalysis and transport. Preparing artificial molecular motors and making them work at different scales (from nano to macroscopic scale) have been long-term challenges. Herein we designed and synthesized a light driven rotary molecular motor in highly enantiopure form and in gram scale. This motor is featured by two orthogonal functionalities on its upper and lower part, allowing its further integration into polymeric materials. By performing click reaction under different concentration conditions, either an eight shaped motor-polymer conjugate or a gel containing motors as reticulation units could be obtained. Upon UV irradiation, the polymer chains could be entangled due to the rotation of this motor. For eight shaped polymer, the dimension was changed towards smaller dimension, and the morphology was changed from cycle to collapsed coils (spherical or more elongated). For the gel, due to the twisting of polymer chains induced by the rotation of the motor, it could be contracted significantly (80 %) compared with its original volume. The integration of machines which display motions out of equilibrium at nanoscale to movement in the macroscopic world which is extensively used in natural systems will open very interesting prospects in nanotechnology for further developments
Simoes, Fabio Andre Amaral Lopes. "Cytoskeleton and molecular motors in the causation of motor neuron diseases." Thesis, University of Brighton, 2018. https://research.brighton.ac.uk/en/studentTheses/2629bd8d-bbba-4360-9ba2-d77733e431ad.
Full textKlok, Martin. "Motors for use in molecular nanotechnology." [S.l. : s.n.], 2009.
Find full textÖkten, Zeynep. "Single molecule mechanics and the myosin family of molecular motors." [S.l.] : [s.n.], 2006. http://www.diss.fu-berlin.de/2006/6/index.html.
Full textHugel, Thorsten. "Towards Synthetic Molecular Motors Interfaced by AFM." Diss., lmu, 2003. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-8157.
Full textRamsdell, Talia Lynn. "Molecular Motors of ESX-Type Secretion Systems." Thesis, Harvard University, 2012. http://dissertations.umi.com/gsas.harvard:10212.
Full textSu, Xiaolei. "Regulation of Microtubule Dynamics by Molecular Motors." Thesis, Harvard University, 2012. http://dissertations.umi.com/gsas.harvard:10145.
Full textKlumpp, Stefan. "Movements of molecular motors : diffusion and directed walks." Phd thesis, [S.l. : s.n.], 2003. http://pub.ub.uni-potsdam.de/2003/0020/klumpp.pdf.
Full textKuwada, Nathan James 1983. "Simulation studies of Brownian motors." Thesis, University of Oregon, 2010. http://hdl.handle.net/1794/11298.
Full textBiological molecular motors achieve directed motion and perform work in an environment dominated by thermal noise and in most cases incorporate thermally driven motion into the motor process. Inspired by bio-molecular motors, many other motor systems that incorporate thermal motion have been developed and studied. These motors are broadly referred to as Brownian motors. This dissertation presents simulation studies of two particular Brownian motors, the feedback-controlled flashing ratchet and an artificial molecular motor concept, the results of which not only drive experimental considerations but also illuminate physical behaviors that may be applicable to other Brownian motors. A flashing ratchet rectifies the motion of diffusive particles using a time dependent, asymmetric potential energy landscape, and the transport speed of the ratchet can be increased if information about the particle distribution is incorporated as feedback in the time dependency of the landscape. Using a Langevin Dynamics simulation, we compare two implementations of feedback control, a discrete algorithm and a continuous algorithm, and find that the discrete algorithm is less sensitive to fluctuations in the particle distribution. We also model an experimental system with time delay and find that the continuous algorithm can be improved by adjusting the feedback criteria to react to the expected state of the system after the delay time rather than the real-time state of the system. Motivated by the desire to understand bio-molecular linear stepping motors, we present a bottom-up approach of designing an artificial molecular motor. We develop a coarse-grained Molecular Dynamics model that is used to understand physical contributions to the diffusive stepping time of the motor and discover that partially reducing the diffusional space from 3D to 1D can dramatically increase motor speed. We also develop a stochastic model based on the classical Master equation for the system and explore the sensitivity of the motor to currently undetermined experimental parameters. We find that a reduced diffusional stepping time is critical to maintain motor attachment for many successive steps and explore an experimental design effect that leads to motor misstepping.
Committee in charge: Stephen Kevan, Chairperson, Physics; Heiner Linke, Member, Physics; John Toner, Member, Physics; Raghuveer Parthasarathy, Member, Physics; Marina Guenza, Outside Member, Chemistry
Oriola, Santandreu David. "Self-organization and cooperativity of cytoskeletal molecular motors." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2016. http://hdl.handle.net/10803/396083.
Full textEls enormes progressos de les nanotecnologies durant les últimes dècades han permès un estudi quantitatiu dels fenòmens biològics fins arribar a l'escala d'una sola molècula. La possibilitat de visualitzar, manipular i mesurar fenòmens biològics a escala molecular obre un nou món per a la física, que pot aplicar els seus mètodes de modelització per a explicar i predir fenòmens abans inabastables des d'un punt de vista tecnològic. És en aquest marc on disciplines com ara la física estadística de no equilibri, la física no lineal o la ciència de materials tous conflueixen i juguen un paper clau. La complexitat dels sistemes biològics rau comunament en fenòmens col.lectius en situacions allunyades del equilibri, autoregulats mitjançant xarxes bioquímiques complexes les quals requereixen d'un alt grau d'autoorganització, la qual cosa implica tant fluxes de matèria i energia com d'informació. Tot i així, els nivells d'autoorganització i autoregulació involucrats en funcions cel.lulars tals com la motilitat i el tràfic intern, estan encara molt lluny d'una comprensió quantitativa satisfactòria des d'un punt de vista físic. Tals processos requereixen no només d'una visió qualitativa i descriptiva sinó també d'una perspectiva físico-matemàtica per a la seva completa comprensió. El present treball versa sobre l'estudi de l'acció col.lectiva de motors moleculars del citoesquelet, amb la finalitat de contribuir en la comprensió de la generació de força i moviment dins la cèl.lula. La tesi està estructurada en dues parts: la primera part correspon a l'estudi del transport intracel•lular degut a l'acció cooperativa de motors, en particular, l'estudi es centra en la kinesina monomèrica KIF1A, la qual constitueix un exemple notable de motor Brownià en el context biològic. En primer lloc es duu a terme un estudi teòric exhaustiu sobre l'acció col.lectiva d'aquests motors i posteriorment es validen experimentalment els resultats predits anteriorment mitjançant experiments d'extracció de tubs de membrana. En la segona part, s'estudia la generació d'inestabilitats dinàmiques degudes a l'acció cooperativa de motors moleculars. En particular, es tracten el casos d'oscil.lacions espontànees generades per un sistema in vitro d'actina i miosina, i el batec autoorganitzat de fagels degut a l'acció de dineïnes axonèmiques.
Berger, Florian. "Different modes of cooperative transport by molecular motors." Phd thesis, Universität Potsdam, 2012. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2012/6031/.
Full textLastentransport mittels Motorproteinen ist ein grundlegender Mechanismus aller eukaryotischen Zellen und wird üblicherweise von mehreren Motoren kooperativ durchgeführt, die zu einer oder zu verschiedenen Motorarten wie Kinesin, Dynein oder Myosin gehören. Diese Motoren befördern Lasten wie zum Beispiel RNAs, Proteinkomplexe oder Organellen entlang Filamenten, von denen sie nach einer endlichen zurückgelegten Strecke abbinden. Es ist ein zentrales und herausforderndes Problem zu verstehen, wie diese Motoren wechselwirken und wie ihre Bewegungen koordiniert und reguliert werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine allgemeine theoretische Herangehensweise zur Untersuchung solcher Transportprozesse beschrieben, die es uns ermöglicht, das Verhalten von intrazellularem Transport, ausgehend von den Transporteigenschaften einzelner Motoren und ihren Wechselwirkungen, zu verstehen. Wir befassen uns mit zwei Arten kooperativen Transports, die auch kürzlich in verschiedenen in vitro-Experimenten untersucht wurden: (i) gleichgerichteter Transport mit zwei identischen Motorproteinen und (ii) kooperativer Transport mit aktiv schreitenden und passiv diffundierenden Motoren. Beim Lastentransport mit zwei identischen Motoren sind die Motoren elastisch gekoppelt, was eine Verminderung ihrer Geschwindigkeit und/oder ihrer Bindezeit am Filament hervorrufen kann. Wir zeigen, dass solch eine elastische Kopplung im Allgemeinen zu vier verschiedenen Transportcharakteristiken führt. Zusätzlich zu einer schwachen Kopplung, können bei Kinesinen und Dyneinen eine starke Kopplung und ein verstärktes Abbinden auftreten, wohingegen bei Myosin Motoren eine verminderte Geschwindigkeit vorhergesagt wird. All diese Transportcharakteristiken, die wir mit Hilfe analytischer Rechnungen und Zeitskalenargumenten herleiten, können durch Änderung der elastischen Kopplung experimentell untersucht werden. Zusätzlich erklären wir anhand der Zeitskalenargumente, warum frühere Untersuchungen zu unterschiedlichen Erkenntnissen über die Auswirkung und die Wichtigkeit der gegenseitigen Beeinflussung der Motoren gelangt sind. Auf diese Art und Weise liefert unsere Theorie eine allgemeine und vereinheitlichende Beschreibung des dynamischen Verhaltens von zwei elastisch gekoppelten Motorproteinen. Die zweite Art von Transport, die in dieser Arbeit untersucht wird ist der Lastentransport durch aktiv ziehende und passiv diffundierende Motoren. Obwohl die passiven Motoren nicht zum aktiven Transport beitragen, verlängern sie stark die zurückgelegte Strecke auf dem Filament. Denn wenn ein aktiver Motor abbindet, wird das Lastteilchen immer noch am Filament durch den passiven Motor festgehalten, was dem abgebundenen Motor die Möglichkeit gibt, wieder an das Filament anzubinden und den aktiven Transport fortzusetzen. Für dieses kooperative Verhalten entwickeln wir eine stochastische Beschreibung und leiten explizit die verlängerte Transportstrecke für einen aktiv ziehenden und einen passiv diffundierenden Motor her. Wir verallgemeinern unsere Beschreibung für den Fall von mehreren ziehenden und diffundierenden Motoren und finden ein exponentielles Anwachsen der zurückgelegten Strecke in Abhängigkeit von der Anzahl der beteiligten Motoren.
Khataee, Gavgani Hamidreza. "Theoretical Investigation of Intracellular Transport by Molecular Motors." Thesis, Griffith University, 2016. http://hdl.handle.net/10072/368174.
Full textThesis (PhD Doctorate)
Doctor of Philosophy (PhD)
School of Information and Communication Technology
Science, Environment, Engineering and Technology
Full Text
Craig, Erin Michelle. "Models for Brownian and biomolecular motors /." Connect to title online (Scholars' Bank) Connect to title online (ProQuest), 2008. http://hdl.handle.net/1794/8565.
Full textTypescript. Includes vita and abstract. Includes bibliographical references (leaves 164-171). Also available online in Scholars' Bank; and in ProQuest, free to University of Oregon users.
Grover, Rahul. "Transport by kinesin motors diffusing on a lipid bilayer." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-200330.
Full textBrunner, Christian J. "Cargo transport on engineered surfaces powered by molecular motors /." Zürich : ETH, 2007. http://e-collection.ethbib.ethz.ch/show?type=diss&nr=17388.
Full textPilizota, Teuta. "A programmable optical angle clamp for rotary molecular motors." Thesis, University of Oxford, 2006. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.670185.
Full textAugulis, Ramūnas. "Molecular aggregates, dendrimers, and motors optical dynamics and control /." [S.l. : [Groningen : s.n.] ; University Library Groningen] [Host], 2008. http://irs.ub.rug.nl/ppn/.
Full textWang, Lina. "Motors Involved in Neurofilament Transport." The Ohio State University, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1322540609.
Full textCraig, Erin Michelle 1980. "Models for Brownian and biomolecular motors." Thesis, University of Oregon, 2008. http://hdl.handle.net/1794/8565.
Full textBiological molecular motors, which use chemical energy from ATP hydrolysis to generate mechanical force, are involved in a variety of important mechanical processes in eukaryotic cells, such as intracellular transport, cell division and muscle contraction. These motors, which produce motion on the nanoscale, operate in the presence of substantial thermal noise. In this dissertation, two approaches are used to model the physics of nanoscale motors: (1) A theoretically established type of Brownian motor called the "flashing ratchet" is studied. This motor transports diffusive particles in a preferred direction. (2) A coarse-grained mechanical model for the biological molecular motor myosin-V is developed, and used to study the role of Brownian diffusion, and the interaction between chemical and mechanical degrees of freedom, in the transport mechanism of this motor. In chapter III, Brownian dynamics simulations and analytical calculations demonstrate that the average velocity of rigid chains of particles in a flashing ratchet reverses direction in response to changing the size of the chain or the temperature of the heat bath. Recent studies have introduced policies for "closed-loop" control of a flashing ratchet, in which the system is controlled based on information about its internal state (such as the positional distribution of particles). In chapter IV, the effect of time delay on the implementation of closed-loop control of a flashing ratchet is investigated. For a large ensemble, a well-chosen delay time improves the ratchet performance (increasing the velocity) by synchronizing into a quasi-stable mode that takes advantage of the semi-deterministic nature of the time development of average quantities for a large ensemble. I n chapter V, a coarse-grained mechanical model is presented for the transport mechanism of myosin-V, which walks along intracellular filaments. The model is well constrained by experimental data on the mechanical properties of myosin V and on the kinetic cycle. An experimentally motivated model for the intramolecular coordination of the motor's steps is proposed and tested.
Adviser: Heiner Linke
Knight, Alexander Edward. "The diversity of myosin-like proteins." Thesis, University of Cambridge, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.337071.
Full textMalgaretti, Paolo. "Facing the environment: hydrodynamics and confinement modulate molecular motors dynamics." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/133402.
Full textEl objetivo de esta tesis es la caracterización de la interacción entre la dinámica interna de los motores y el entorno en que los motores moleculares se mueven. Hemos caracterizado dos escenarios diferentes para los cuales las propiedades locales del fluido afectan significativamente a la dinámica general de los motores. Como primer caso hemos estudiado la dinámica de varios motores moleculares que se desplazan a lo largo de un filamento común. Mientras se desplazan, los motores moleculares generan flujos citoplasmáticos locales que afectan el estado local del fluido. Por lo tanto la dinámica interna de los motores moleculares se ve afectada por el acoplamiento hidrodinámico entre los motores. Hemos caracterizado el acoplamiento hidrodinámico entre motores moleculares en dos escenarios diferentes. Por un lado hemos encontrado que el acoplamiento hidrodinámico entre motores proporcionados por el citoplasma puede afectar fuertemente a su velocidad global. Las variaciones locales en la densidad de motores pueden crecer y llevar a la formación de clusters que aceleran la velocidad de los motores y que conducen a la aparición de estructuras estables. Cuando varios motores están empujando una carga común, la naturaleza fluida de la membrana que envuelve la carga proporciona un acoplamiento hidrodinámico adicional entre los motores. En este escenario, hemos observado que el acoplamiento hidrodinámico entre los motores que tiran en direcciones opuestas, puede conducir a la ruptura de la simetría así como la biestabilidad incluso para tamaños de sistemas comparables con situaciones biológicas relevantes. Por lo tanto, las interacciones hidrodinámicas representan una alternativa para el control de la dinámica de la carga. Como segundo caso hemos estudiado la dinámica de un motor molecular singlo en movimiento en un fluido intrínsecamente inhomogéneo en el cual, la inhomogeneidad del líquido se induce por la presencia de confinamientos geométricos. Si el espacio local disponible varia, surgen fuerzas adicionales de la naturaleza entrópica. La interacción entre el movimiento a saltos del motor y la modulación en el confinamiento puede conducir a nuevos regímenes dinámicos, distintos de los que ocurren en el caso de partículas bajo fuerzas constantes o motores moleculares desplazando en un entorno homogéneo.
Wickham, Shelley. "DNA origami : a substrate for the study of molecular motors." Thesis, University of Oxford, 2011. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.561126.
Full textAhmadi, Aphrodite. "Hydrodynamics and rheology of mixtures of biopolymers and molecular motors." Related electronic resource: Current Research at SU : database of SU dissertations, recent titles available full text, 2008. http://wwwlib.umi.com/cr/syr/main.
Full textCuratolo, Agnese. "Collective behaviours in living systems : from bacteria to molecular motors." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC244/document.
Full textThe first part of my thesis is devoted to studying the self-organization of engineered strains of run-and-tumble bacteria Escherichia coli. This project, carried out in collaboration with synthetic biologists at Hong Kong University, has as its objective the exploration and decipherment of a novel self-organization mechanism in multi-species bacterial colonies. This was inspired by the fascinating question of how bacterial ecosystems comprising several species of bacteria can self-organize in space. By considering systems in which two strains of bacteria mutually regulate their motilities, I was able to show that reciprocal density control is a generic pattern-formation pathway: if two strains tend tomutually enhance their motility (strain A moves faster when strain B is present, and conversely),they undergo a pattern formation process leading to demixing between the two strains. Conversely, mutual inhibition of motility leads to pattern formation with colocalization. These results were validated experimentally by our biologist collaborators. Subsequently, I extended my study to systems composed of more than two interacting species, finding simple rules that can predict the spatial self-organization of an arbitrary number of species whose motility is under mutual control. This part of my thesis opens up a new route to understand the self-organization of bacterial colonies with competing strains, which is an important question to understand the dynamics of biofilms or bacterial ecosystems in soils.The second problem treated in my thesis is inspired by the collective behaviour ofmolecular motorsmoving along microtubules in the cytoplasm of eukaryotic cells. A relevant model for the molecularmotors’ motion is given by a paradigmatic non-equilibrium system called Asymmetric Simple Exclusion Process (ASEP). In this one-dimensional lattice- based model, particles hop on empty neighboring sites at constant rates, with a leftright bias that drives the systemout of equilibrium. When connected at its ends to particle reservoirs, the ASEP is a prototypical example of one-dimensional boundary driven phase transitions. Realistic examples, however, seldom involve only one lane: microtubules are made of several tubulin tracks to which the motors can attach. In my thesis, I explained how one can theoretically predict the phase behaviour of complex multilane systems, in which particles can also hop between parallel lanes. In particular, I showed that the onedimensional phase transition seen in the ASEP survives this additional complexity but involves new features such as non-zero steady transverse currents and shear localization
Clayton, Joseph Emerson. "Barcoding the actin track: Differential regulation of myosin motors by tropomyosin." ScholarWorks @ UVM, 2016. http://scholarworks.uvm.edu/graddis/638.
Full textLichtenthäler, Daniel Gomes. "Movimento bidirecional no transporte intracelular mediado por motores moleculares." Universidade de São Paulo, 2007. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-27022008-142311/.
Full textIn this work we present a theoretical model to describe aspects of the bidirectional movement performed by intracellular structures (vesicles, organelles, viruses etc, to which we refer here simply as \"vesicles\"), observed essentially at in vivo experiments. This nondifusive movement is characterized by rapid inversions in direction and is capable of creating concentration gradients of the transported cargo. The phenomenon of intracellular transport is known to be mediated by motor proteins (such as kinesins and dyneins) whose own unidirectional motion along protein laments is well characterized (kinesins moves to the plus-end direction while dyneins moves to the minus-end direction of the microtubules) and is usually modeled by a stochastic dynamics describing the behavior of a Brownian particle in the presence of a time dependent asymmetrical potential held (see Astumian [26], Adjari and Prost [22], Magnasco [23]). More recently, it appeared in the literature works attempting to describe the movement of interacting motor proteins, since it was realized that collective e_ects emerging from this situation may be relevant to the transport phenomena along microtubules. An approach to describe the behavior of such interacting motor particles is based on existing models for \\driven di_usive systems\". In particular, the continuum versions of the totally asymmetric exclusion processes\" (TASEP) or the asymmetric exclusion processes\" (ASEP) have been used to study the behavior of motors density along microtubules by analyzing the steady state solutions to the corresponding Burgers equation (Parmeggiani et al. [33]). Up to now, however, there are no attempts in the literature to approach in this context the questions related to the bidirecionality of vesicles transported by these interacting motors. The idea we present here is to associate this odd movement to the movement of shock waves presented by the transient solutions of Burgers equation for certain initial conditions. Accordingly, the vesicles accompanying (sur_ng) the shocks fronts would play the role of their microscopic analogous \\particles of second class\" introduced long ago in the literature [36], [37], [38] to study the kinetics of the shocks that are also present in the discrete versions of the TASEP and ASEP. In this regard, it is natural to think that the considered initial conditions, namely perturbations to the motor density with respect to a steady state, can be created in the real systems simply by the interaction with the vesicle. It might then be the case also to propose that the geometry of the vesicle plays an important role to direct its own movement within intracellular environment. This seems to be, for example, an attractive alternative for explaining aspects of virus movement inside the cell.
Hartman, Adam Z. "Effects of nanoconfinement on molecular motors : collective kinesin behavior, external modulation, and applications to molecular transport." View abstract/electronic edition; access limited to Brown University users, 2008. http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:3318324.
Full textChandrashaker, Akhila. "Systems analysis of early endosome motility through identification of molecular motors." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2010. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-61594.
Full textHuber, Ludwig Alexander [Verfasser], and Henry [Akademischer Betreuer] Dube. "Indigoid molecular motors and switches / Ludwig Alexander Huber ; Betreuer: Henry Dube." München : Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität, 2019. http://d-nb.info/123320050X/34.
Full textLin, Ying. "Progress toward synthetic molecular motors : directed single bond rotation in a prototypical biaryl lactone system /." view abstract or download file of text, 2007. http://proquest.umi.com/pqdweb?did=1324377621&sid=1&Fmt=2&clientId=11238&RQT=309&VName=PQD.
Full textTypescript. Includes vita and abstract. Includes bibliographical references (leaves 109-124). Also available for download via the World Wide Web; free to University of Oregon users.
Jannasch, Anita. "High performance photonic probes and applications of optical tweezers to molecular motors." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2017. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-103696.
Full textLee, Huan Fang. "The role of microtubules and their associated molecular motors in autophagosome biogenesis." Thesis, University of Cambridge, 2015. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.708628.
Full textOruganti, Baswanth. "Computational Design of Molecular Motors and Excited-State Studies of Organic Chromophores." Doctoral thesis, Linköpings universitet, Bioinformatik, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-132611.
Full textHill, David Brooks. "Changes in the number of molecular motors driving vesicle transport in PC12 /." Electronic thesis, 2003. http://dspace.zsr.wfu.edu/jspui/handle/10339/206.
Full textHernandez-Lopez, Rogelio Antonio. "Mechanistic Studies of the Microtubule-Based Motors Dynein and Kinesin-8." Thesis, Harvard University, 2015. http://nrs.harvard.edu/urn-3:HUL.InstRepos:17467496.
Full textChemical Physics
Bierbaum, Veronika. "Chemomechanical coupling and motor cycles of the molecular motor myosin V." Phd thesis, Universität Potsdam, 2011. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2011/5361/.
Full textDie hier vorgelegte Arbeit entwickelt unter Verwendung vieler verschiedener Aspekte der statistischen Physik eine Theorie der chemomechanischen Kopplung für den Energieumsatz des molekularen Motors Myosin V. Das Myosin V ist sowohl in chemokinetischen wie in Einzelmolekülexperimenten grundlegend untersucht worden. Seine Schrittgeschwindigkeit ist in Abhängigkeit verschiedener externer Parameter, wie der Nukleotidkonzentration und einer äußeren Kraft, experimentell bestimmt. Darüber hinaus ist eine große Anzahl verschiedener chemokinetischer Raten, die an der enzymatischen Reaktion des Moleküls beteiligt sind, quantitativ erfasst. Unter der Wirkung externer Kräfte, die seine Anhaltekraft überschreiten, verhält sich der Motor wie eine Ratsche: Für Kräfte, die entlang der Schrittbewegung des Motors wirken, hängt seine Geschwindigkeit von der ATP-Konzentration ab, für rückwärts angreifende Kräfte jedoch ist die Bewegung des Motors unabhängig von ATP. Auf der Grundlage der chemischen Zustände des Motors wird eine Netzwerktheorie aufgebaut, die die experimentellen Beobachtungen des Schrittverhaltens für Myosin V einschließt. Diese Netzwerkbeschreibung dient als Grundlage für einen Markovprozess, der die Dynamik des Motors beschreibt. Die Verwendung diskreter Zustände bietet den Vorteil der direkten Erfassung der chemischen Kinetik des Moleküls. Darüber hinaus werden chemische und mechanische Eigenschaften des Motors in gleichem Maße im Modell berücksichtigt. Durch die Erfassung der Enzymkinetik mittels eines stochastischen Prozesses lässt sich die Motordynamik mit Hilfe des stationären Zustands der Netzwerkdarstellung beschreiben. Um diesen zu bestimmen, verwenden wir eine graphentheoretische Methode, die auf Kirchhoff zurückgreift. Wir zeigen in Einklang mit den Gesetzen der Thermodynamik für Nichtgleichgewichtssysteme, dass das Schrittverhalten des Motors von mehreren chemomechanischen Zyklen beeinflusst wird. Weiterhin untersuchen wir das funktionale Verhalten mechanischer Schrittraten in Abhängigkeit der äußeren Kraft unter Verwendung einer geeigneten Fokker-Planck-Gleichung. Hierfür wird auf die Theorie einer kontinuierlichen Beschreibung von molekularen Methoden zurückgegriffen. Wir berechnen Größen wie die mittlere Schrittgeschwindigkeit, das Verhältnis von Vorwärts- und Rückwärtsschritten, und die Lauflänge des Motors in Abhängigkeit einer äußeren angreifenden Kraft sowie der Nukleotidkonzentration, und vergleichen diese mit experimentellen Daten. Für Kräfte, die kleiner als die Anhaltekraft des Motors sind, unterscheidet sich der chemomechanische Zyklus grundlegend von demjenigen, der für große Kräfte dominiert. Diese Eigenschaft resultiert in einem Schrittverhalten, das mit den experimentellen Beobachtungen übereinstimmt. Es ermöglicht weiterhin die Zerlegung des Netzwerks in einzelne Zyklen, die die Bewegung des Motors für verschiedene Bereiche externer Kräfte erfassen. Durch die Erweiterung unseres Modells auf Markovprozesse mit absorbierenden Zuständen können so die Wartezeitenverteilungen für einzelne Zyklen des Motors analytisch berechnet werden. Sie erteilen Aufschluss über die Koordination des Motors und enthalten zudem direkte Informationen über seine Rückwärtsschritte, die experimentell nicht erfasst sind. Für das gesamte Netzwerk werden die Wartezeitenverteilungen mit Hilfe eines Gillespie-Algorithmus bestimmt. Unsere Theorie liefert eine einheitliche Beschreibung der Eigenschaften von Myosin V, die in Einzelmolekülexperimenten erfasst werden können.
Dahl, Bartholomew James. "The design and synthesis of prototypical artificial molecular motors : studies of directed bond rotation in chiral biaryls /." view abstract or download file of text, 2007. http://proquest.umi.com/pqdweb?did=1288652831&sid=3&Fmt=2&clientId=11238&RQT=309&VName=PQD.
Full textTypescript. Includes vita and abstract. Includes bibliographical references (leaves 151-165). Also available for download via the World Wide Web; free to University of Oregon users.
Ziebert, Falko. "Modeling pattern formation in biopolymer systems induced by reaction kinetics and molecular motors." [S.l.] : [s.n.], 2006. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=981270492.
Full textBerger, Florian [Verfasser], and Reinhard [Akademischer Betreuer] Lipowsky. "Different modes of cooperative transport by molecular motors / Florian Berger. Betreuer: Reinhard Lipowsky." Potsdam : Universitätsbibliothek der Universität Potsdam, 2012. http://d-nb.info/102441311X/34.
Full textClemmens, John Scott. "Engineering surfaces for directed motion of motor proteins : building a molecular shuttle system /." Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 2003. http://hdl.handle.net/1773/8024.
Full textLombardo, Andrew Thomas. "Cargo Transport By Myosin Va Molecular Motors Within Three-Dimensional In Vitro Models Of The Intracellular Actin Cytoskeletal Network." ScholarWorks @ UVM, 2018. https://scholarworks.uvm.edu/graddis/860.
Full textSasai, Masaki, Tomoki P. Terada, and Mitsunori Takano. "Unidirectional Brownian motion observed in an in silico single molecule experiment of an actomyosin motor." National Academy of Sciences, 2010. http://hdl.handle.net/2237/20619.
Full textHaley, Natalie Emma Charnell. "Structures and mechanisms for synthetic DNA motors." Thesis, University of Oxford, 2017. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:7bcdd990-cb31-40f2-b85b-4a9a1630eafb.
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