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RUHR UNIVERSITÄT BOCHUM I O P H Y S I K Schwerpunkt Proteine in der Biomedizin 2 I O P H Y S I K Beteiligte Gruppen MPI für molekulare Physiologie Abteilung Strukturelle Biologie Dortmund Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Biologie Lehrstuhl für Biophysik Ruhr-Universität Bochum Medizinisches Proteomcenter

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RUHR UNIVERSITÄT BOCHUM

IOPHYSIK

Schwerpunkt

Proteine in der Biomedizin

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IOPHYSIK

Beteiligte Gruppen

• MPI für molekulare PhysiologieAbteilung Strukturelle BiologieDortmund

• Ruhr-Universität BochumFakultät für BiologieLehrstuhl für Biophysik

• Ruhr-Universität BochumMedizinisches Proteomcenter

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Arbeitsgruppen am MPI

• Regulation von GTP-bindenden Proteinen (Fred Wittinghofer)

• Kerntransport und Kernporenstruktur(Dr. Ingrid Vetter)

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Fakultät für Biologie und BiotechnologieLehrstuhl für Biophysik

• Klaus Gerwert

• Eckhard Hofmann

• Carsten Kötting

• Mathias Lübben

• Jürgen Schlitter

Beteiligte Gruppen:

• Axel Mosig

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Protein Kristalle

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Das X-ray Experiment

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Elektronen-Dichte im Kristall

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Bauen sie mal ein Modell!

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Korrekt!!!!!!

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Vom Protein zur 3D-Struktur

AG ProteinkristallographieLS Biophysik

PhotosyntheseMembrantransport

Pflanzenenzymologie

Prof. E. Hofmann

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ATP-getriebene Schwermetallpumpen

1) Klonierung, Reinigung der Proteine aus thermophilen Bakterien

2) Struktur- und Funktionsuntersuchung durchKristallisation und FT-IR Spektroskopie

PD Dr. Mathias Lübben

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GPCR-Expression und biochemisch/biophysikalische Analyse

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Molecular dynamics simulation

10 x 2,8GHz Xeon (Myrinet)10 x P-III 850MHz (Myrinet)10 x K-7 1600MHz

Linux-Cluster-Pool

Software-PoolQM/MM Simulation

• EGO-CPMD• Gaussian

Molecular Dynamics Simulation

• GROMOS96• GROMACS• Charmm

Grafik / Modelling• InsightII• WebLab• Swisspdb• Molmol

PD Dr. Jürgen Schlitter

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2

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Prof. Dr. Helmut E. Meyer

Prof. Dr. Katrin Marcus

PD Dr. Kai Stühler

Ruhr-Universität Bochum

Medizinisches Proteom-Center (MPC)

2D-Gel

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Definition des Proteoms

Definition des Proteoms:

Alle PROTEine die zu einem gegebenen Zeitpunkt von allen Genen eines GenOMs exprimiert werden.

(Williams and Wilkins, 1995)

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Warum Proteomics ?

DNA, mRNA sind einfacher zu analysieren, aber...

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Differenzielle Proteomstudie

Zustand A

Zustand B

Zustand A Zustand B Zustand A Zustand B

Zustand A Zustand B

Herstellung der 2D-Gele Differenzielle Bildauswertung

Spots Ausschneiden

Protein Identifizierung und Charakterisierung

(mittels Massenspektrometrie)

Daten Interpretation und Sammlung

Der 2D-Gel Ansatz

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IOPHYSIK

ProzessierungProteintrennung

Massenspektrometrie

AutomatischeDatenbanksuche und

Datenauswertung

AS1

17-1

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AS3

4-45

AS9

8-11

2

1100 1600 2100 m/z

5000

10000

15000

20000

25000

a.i.

AS1

5-21

AS6

2-6 8

AS2

2-33

AS6

2-73

AS4

6-61

AS9

7-11

2A

S97-

112

Met

Ox

AS1

5-33

AS7

4-96

AS1

15-1

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KVFGRCELAA AMKRHGLDNY RGYSLGNWVC AAKFESNFNT QATNRNTDGS TDYGILQINS RWWCNDGRTP GSRNLCNIPC SALLSSDITA SVNCAKKIVS DGNGMNAWVA WRNRCKGTDV QAWIRGCRL

1. Woche 2. Woche

Ablauf eines 1-3-wöchigen Praktikums

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Fakultät für Chemie und BiochemieRUBiospek

Struktur undModellierung

NMR Spektrum

NMR-Spektroskopie an Proteinen

Raphael Stoll

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Methodiken

• Biochemie: Genklonierung und -expression, Fermentation, Proteinreinigung, Analyse, Massenspektrometrie, Mutation

• Biophysik: Spektroskopie z.B. Fluoreszenz-, Infrarotspektroskopie, Kinetik, Interaktionsanalyse z.B. ITC, Molekularmechanik-Simulation

• Strukturbestimmung, Röntgenstrukturanalyse und NMR

• Zellbiologie

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Lehrangebotdes Schwerpunkts

Proteine-Struktur undbiologische Funktion

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Angebot im 6. Semester

• Vorlesung: „Aktuelle Methoden der Proteinbiochemie und Strukturbiologie“, 4CP, 2 SWS

• Praktikum: Praktikum zur SpezialvorlesungProteine: Struktur und biologische Funktion, 3 CP, 5 SWS

• Bachelor Arbeit: Thema aus einer Arbeitsgruppe des Schwerpunkts, 12 CP, 8 Wochen, ganztägig

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Spezial-Vorlesung: Verschiedene Dozenten

Mathias Lübben Klonierung, Expression in Escherichia coli, Proteinfaltung, Proteinaufreinigung, Protein-Quantifizierung

Klaus Gerwert Einführung in die UV/Vis-, Raman- und FTIR Spektroskopie, Kinetische Analyse mit der FTIR

Carsten Kötting Zeit- und ortsaufgelöste Spektroskopie

Ingrid Vetter,Eckhard Hofmann, Grundlagen der ProteinstrukturbestimmungRaphael Stoll

Jürgen Schlitter Protein Modelling

Katrin Marcus Protein- und Peptidtrennung

Kai Stühler Massenspektrometrie

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Das Spezial-Praktikumdes Schwerpunkts

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Proteine: Struktur und biologische Funktion

Praktikum (Konzept und Inhalte):

Methodenvorstellung am Beispiel des Bakteriorhodopsins auf zellulärer und molekularer Ebene:

• Soll Methoden- und Systemkenntnis vermitteln• Kennenlernen der Betreuer – Entscheidung für Bachelor-Arbeit

erleichtern• Zusatzbonbon: Teilnehmer erhalten 10 % Bonuspunkte für die

Klausur zur Vorlesung „Aktuelle Methoden der Proteinbiochemieund Strukturbiologie“ gutgeschrieben

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Bakteriorhodopsin - Eine lichtgetriebene Protonenpumpe

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Praktikumsversuche

Identifizierung von Proteinen mittels Proteindatenbanksuche Christian Stephan

Primärstrukturbestimmung des bR nach In-Gel-verdau und Massenspektrometrie

Kai Stühler

Gesamtmassenbestimmung von Proteinen mittels Massenspektrometrieam Beispiel des bR

Katrin Marcus

Untersuchung von bR-Mutanten mit RöntgenstrukturanalyseEckhard Hofmann

NMR-spektroskopische Untersuchungen am RetinalRaphael Stoll

Molekülgraphik und Modelling von bR mit PyMolJürgen Schlitter

UV/Vis spektroskopische Messungen des bR-PhotozyklusCarsten Kötting

FTIR-spektroskopische Untersuching von bR und kinetische AnalyseCarsten Kötting

Isolation, Charakterisierung und funktionelle Rekonstitution von Bakteriorhodopsin

Mathias Lübben

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Masterveranstaltungen 7., 8. Semester und ff.

• Modulpraktika des SP (7. Semester)

• Vorlesung: „Proteine in der Signaltransduktion“

• „Lab‐day“ nach Vereinbarung: 1 tägige Vorstellung der Arbeitsgruppen und Kurzvorträge von Studenten des 8. Semesters zu aktuellen Publikationen nach Auswahl (alternativ zur Ringvorlesung)

• Schwerpunktpraktikum (9. Semester, ff.)

• Spezialisierungspraktikum (9. Semester, ff.)

• Masterarbeit