Praktikum Biochemie im Modul Biochemie und Biophysikalische Chemie (MSc Chemie)
Leitung: Prof. Dr. Daniel Kümmel, Prof. Dr. Henning Mootz
In diesem Kurs wird Ihnen ein fortgeschrittenes Wissen in den Bereichen RNA- und Protein-Biochemie, chemische Biologie und Zellbiologie vermittelt. Nach erfolgreichem Modulabschluss verfügen Sie über wichtige Voraussetzungen für die Durchführung selbstständiger wissenschaftlicher Arbeiten in der Forschung oder der industriellen Applikation.
Im Vorlesungsblock werden spezielle Themen der molekularen Zellbiologie, z.B. Enzymmechanismen und Transportprozesse in Zellen vertieft. Im Bereich der RNA-Biochemie werden Sie an den aktuellen Stand der Forschung herangeführt. Hierzu gehören neben RNA-Metabolismus auch nicht kodierende RNAs wie siRNA, snRNAs, snoRNAs sowie aktuelle Methoden wie RNA-Interferenz und CRISPR/Cas. Darüber hinaus erhalten Sie Einblicke in Bereiche der chemischen Biologie, in biomolekulare Markierungschemie und Protein-Engineering.
Im Folgenden wird anhand einiger Beispiele der praktische Teil des Kurses veranschaulicht. So erfolgt u.a. eine Einführung in die Grundlagen der Zell- und Gewebekultur. Wie Sie auch den Darstellungen unserer Arbeitsgebiete auf dieser Webseite entnehmen können, gehört der Umgang mit tierischen Zellen und damit insbesondere auch deren Kultivierung zum alltäglichen 'Handwerk' mehrerer Arbeitsgruppen. Betrachtet man die Einsatzgebiete von Zellkulturen, wird ersichtlich, dass damit, angefangen etwa bei Testsystemen zur Charakterisierung und Entwicklung pharmakologischer Wirkstoffe (bei denen gleichzeitig Tierversuche vermieden werden können) über die Toxizitätsprüfung von Lebensmitteln und Kosmetika bis hin zur Gewinnung allgemeiner Erkenntnisse über Zellfunktionen (also reiner Grundlagenforschung), dem Wissenschaftler ein äußerst vielseitiges Werkzeug an die Hand gegeben wird.
Sie erlernen daher den experimentellen Umgang mit Zellkulturen, Gerätschaften, Kulturmedien sowie Präparations- und Konservierungsmethoden und sind schließlich in der Lage, anhand eines einfachen Cytotoxizitätstests den Einfluss einer weitverbreiteten 'Droge' auf lebende Zellen zu untersuchen.
Darüber hinaus werden spezielle Methoden behandelt, die zur Reinigung, Markierung und Analyse von Biomolekülen oder zur Etablierung von Assays im Hochdurchsatz dienen. Affinitäts-, Gelfiltrations- und Ionenaustausch-Chromatographie werden mit modernen Chromatographiegeräten durchgeführt, um Proteine, Antikörper oder markierte/native Proteine zu reinigen.
Bei der Proteinbiosynthese wird die genetische Information der Boten-RNA-Moleküle (mRNA) übersetzt (Translation). Mit welcher Effizienz dieser Vorgang abläuft, hängt stark von einem strukturellen Element der mRNA, der sog. 5'-Kappe ab. Durch die Codierung von Reporterproteinen (z.B. Luciferase) kann der Effekt von Modifikationen in diesem Bereich auf die Translationseffizienz bestimmt werden. Dadurch erhält man Aussagen darüber, ob und in welcher Weise systematische Veränderungen des Moleküls die Proteinbiosynthese beeinflussen.
Die bei diesem Versuch gewonnene mRNA wird in einem weiteren Experiment auch dazu verwendet, um mittels einer modernen Methode die Expression eines Gens zu verfolgen. Es ist dies die reverse Transkription in Kombination mit der quantitativen Real-Time-PCR (qRT-PCR). Bei dieser PCR-Variante werden interkalierende Farbstoffe eingesetzt, sodass die Menge an gebildeten Produkten in Echtzeit über Fluoreszenzmessungen bestimmt werden kann. Im Praktikumsversuch wird diese Methode genutzt, um die Menge ausgewählter mRNAs in Total-RNA eukaryotischer Zellen zu bestimmen.
Um biologische Probleme zu lösen, seien es Sequenz-Vergleiche, Sequenz-Aufbau und -Annotation oder Struktur-Vorhersage, werden vermehrt informationsverarbeitende Verfahren eingesetzt, was sich auch in der Einführung von Begriffen wie z.B. in silico Transkription und Translation manifestiert. Erste Einblicke in dieses expandierende Gebiet werden in diesem Kurs vermittelt, indem die Teilnehmer lernen, aus zur Verfügung stehenden Datenbanken Informationen über Protein-Sequenzen zu extrahieren und wissenschaftlichen Grundsätzen entsprechend darzustellen.
Weitere Informationen zum Kurs werden im LearnWeb bereitgestellt.