Bioenergetik Online

100-online – e-letter – Ausgabe 2/2003
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 ([email protected]), K. Kittelmann
Institut: Biologisches Institut, Abt. Bioenergetik
Projekt URL: www.uni-stuttgart.de/bio/Institut/bioenerg/structbiol/index.htm