Nr. 2  2003    

 

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Bioenergetik Online

 

Visuelle Ergänzung zu einer Spezialvorlesung mit Schwerpunkt Proteinstrukturen.
In einer zweisemestrigen Vorlesung werden die Grundlagen von Proteinstrukturen an zahlreichen Beispielen erläutert. Durch diese online-Präsentation kann der behandelte Stoff nach Belieben visualisiert werden, was das selbständige Erarbeiten der Vorlesungsgrundlage vereinfacht. Empfohlenes Lehrbuch: INTRODUCTION TO PROTEIN STRUCTURE, von C.Branden und J.Tooze.

Es werden im Winter- und Sommersemester Spezialvorlesungen in Proteinstrukturen und Thermodynamik angeboten. Diese Vorlesung ist zum Teil als Ergänzung und Erweiterung von bestehenden Grundvorlesungen in Biochemie im Studiengang Technische Biologie, aber auch als Grundlage für das Haupt-und Nebenfach in Bioenergetik zu verstehen. Die Vorlesungen werden in der Regel auf Englisch gehalten im Stil von einem informellen Seminar d.h. es werden häufig mitten in der Vorlesung verschiedene Diskussionen mit den Studenten angeregt, wo sie aufgefordert werden, Themen auf Englisch zu formulieren. Im Ausnahmefällen und nur für Themenbereiche, welche sehr mathematisch ausgerichtet sind, wird die Vorlesung auf Deutsch gehalten.

Die Vorlesung wird in zwei Teilen gehalten: (a) Proteinthermodynamik (wird meistens im Wintersemester gehalten); und (b) Proteinstrukturmotife (wird meistens im Sommersemester gehalten)

Die Spezialvorlesung in Proteinthermodynamik schliesst sich an die Grundvorlesung in Biophysikalische Chemie an. In dieser wird das Konzept von Hydrophobizität eingeführt und als Grundlage für die Faltung von Proteinen kurz nach ihrer Biosynthese dargestellt. Die Spezialvorlesung beschäftigt sich mit der Validierung von diesem Konzept, insbesondere werden verschiedene Bestimmungsmethoden von Hydrophobizität und ihrer Widersprüche analysiert. Anschliessend werden klassische und auch aktuelle experimentelle Beispiele für die Validierung und Anwendung dieses Konzeptes für Proteine vorgeführt. Ein wichtiges Modellsystem, das hier eine besondere historische Bedeutung hat ist das Enzym T4 Lysozym.


Abb. 1

In einer Reihe von Vorlesungen wird dieses Modellsystem aus verschiedenen "Blickwinkeln" bezogen auf die Definition von Hydrophobizität und Proteinstruktur beleuchtet. Ein Ziel dieses Aufbaus ist, dass die Studenten lernen eine bestimmte Stuktur zu erkennen und verschiedene Darstellungsweisen zu interpretieren. Dies bildet die Basis für die Spezialvorlesung in Proteinstrukturmotife in den Sommersemester.

Die Spezialvorlesung in Proteinstrukturmotife schliesst sich an die Grundvorlesung in Biochemie an und hat als Ziel die Vertiefung der Betrachtung von Proteinstrukturmotifen und ihr Vorkommen in bekannten Proteinfamilien. Als erstes werden die bekannten Sekundärstrukturen nochmals vorgeführt mit Schwerpunkt auf die verschiedene Darstellungsweise und ihre physikalisch-chemische Bedeutung.


Abb. 2

Das erste Ziel hier ist, dass die Studenten lernen die verschiedenen Darstellungen, wie sie in Lehrbüchern und Fachliteratur verwendet werden, zu interpretieren.
Als nächstes Kapitel werden die einfachen Faltmotife und Supersekundärstrukturen vorgeführt, z. B. die "Rossman-fold" bestehend aus Alpha-Helices und Beta-Faltblatt, und die Zuordnung von Apha-Beta-Faltmotifen.


Abb. 3

Diese Faltmotife sind in der Fachliteratur meistens sehr stark vereinfacht präsentiert, sind aber in Wirklichkeit oft sehr schwer zu erkennen. Es werden an Beispielen von verschiedenen Proteinen die Zuordnung von Faltmotifen erarbeitet.

Das Vorkommen von gleichen Faltmotifen in diversen funktionell nicht-verwandten Proteinen bildet einerseits die Grundlagen der heutige Evolutionsforschung und andererseits Basisinformationen zur Analyse durch Bioinformatik. Es werden eine Reihe von verschiedenen Proteinfamilien vorgeführt, mit besonderem Schwerpunkt in ihrem Aufbau mit den bekannten Faltmotifen, welche im ersten Teil der Vorlesung erläutert worden sind. Beispiele hier sind die glykolytischen Enzyme, Enzyme des Tricarbonsäurezyklus, Cytochrom c, DNA-Bindungproteine und Restriktionsenzyme, Proteinkinasen, und Pyruvatdehydrogenase


Abb. 4

Die Bilder von dieser Vorlesung wurden fast ausschliesslich von einem der Autoren (R. G.) konzipiert. Aus Kostengründen können nur schwarz-weiss Skripte während der Vorlesung ausgehändigt werden. Die Strukturmotife in schwarz-weiss dargestellt verlieren einiges an Informationsgehalt und sind nach einem gewissen Zeitabstand schwierig zu interpretieren. Auf dieser Seite haben die Studenten die Möglichkeit, die Bilder in ihren Originalfarben anzuschauen und herunter zu laden.

Zur Zeit sind die angebotene Texte auf diese Seite etwas spärlich, da sie in erster Linie nur als Begleitinformation zu einer Vorlesung gedacht sind. Es ist aber geplant, die Erklärungen zu den Bildern zu erweitern, so dass die Seite als selbständige Online-Vorlesung bestehen wird.

Literatur: C. Bränden und J. Tooze (1991) INTRODUCTION TO PROTEIN STRUCTURE, Garland Publishing


[ Autor/en:  Prof. Dr. R. Ghosh, K. Kittelmann Institut:  Biologisches Institut, Abt. Bioenergetik   ] [ Druckversion ]




 © UNIVERSITÄT STUTTGART - RUS (2002)