Im folgenden finden Sie Informationen zu den Lehrveranstaltungen in den Bachelor- und Masterstudiengängen Biochemie.

Im Labor der Professur für Strukturanalytik von Biopolymeren.
Prüfender Blick auf eine Kultur von E. coli-Bakterien. Photo: Universität Leipzig, BBZ

Bachelorstudiengang Wintersemester

Dieses Modul ist wahrscheinlich die erste Gelegenheit, in der Studierende der Biochemie unsere Arbeitsgruppe im Bachelorstudium kennen lernen.  

Inhalt
Wir beteiligen uns an dem Praktikum in dem Modul Strukturanalytik (5. Fachsemester) mit den Übungen X-ray I, X-ray II und X-ray III. X-ray-I und X-ray II sind eigentlich Vorlesungen, in denen die Methode der Röntgenstrukturanalyse im Vergleich zur Strukturbestimmung mittels NMR-Spektroskopie und Cryo-Elektronenmikroskopie erläutert wird. In der Übung X-ray III lernen Sie dann in Gruppen von 4 Teilnehmern die Methode in unserem Labor in der Praxis kennen, insbesondere die Kristallisation, die Datensammlung und den Modellbau.

Informationen

Alle Informationen zu dem Praktikum erhalten Sie über die Modulverantwortlichen (Prof. Dr. Tilo Pompe und Mitarbeiter). Bei Fragen zu den Übungen X-ray I-III wenden Sie sich bitte an Dr. R. Weiße (97-31312, renato.weisse@bbz.uni-leipzig.de) oder an Prof. Dr. Norbert Sträter (strater@bbz.uni-leipzig.de).

 

Bachelorstudiengang Sommersemester

Dieses Modul besteht aus Vorlesung und Seminar und es wird gemeinsam von Prof. Ralf Hoffmann und Prof. Norbert Sträter gelesen. Es ist für das 6. Fachsemester im alten Bachelorstudiengang vorgesehen und wird im SS 2021 letztmalig im Sommersemester gelesen.

Ziele

Vermittlung vertiefter Kenntnisse wichtiger bioanalytischer Forschungsmethoden

Inhalt

Thema der Vorlesung sind biochemische Grundlagen und Methoden in der Produktion und Analytik von Proteinen und DNA. Im Einzelnen werden folgende Methoden behandelt, die für das biochemische Arbeiten essentiell sind:

  • Proteinanalytik (Proteinfällung, Zentrifugation, Ultrafiltration, Dialyse, Chromatographische Methoden, Konzentrationsbestimmung, Elektrophorese, Western Blot, Immunologische Methoden, Massenspektrometrie, UVSpektroskopie, Posttranslationale Modifizierungen)
  • Nukleinsäureanalytik (Fällung und Aufreinigung, UV-Spektroskopie, Gelelektrophorese, Sequenzierung),
  • Molekularbiologie (Genklonierung, mikrobiologische Methoden, Isolierung und Amplifikation von DNA, PCR, Mutagenese, Zellanzucht)
  • rekombinante Proteinexpression (bakterielle Expression und Zellkultur, in vitro Translation, Proteinfaltung)
  • Peptide in der biochemischen Forschung (Peptidsynthese, Peptidsequenzierung)

Das 5 CP Modul besteht aus zwei Vorlesungsteilen im Umfang von je 2 SWS. Der Teil "Anorganische Biochemie" (oder "Bioanorganische Chemie") wird von Prof. Hey-Hawkins gelesen und der Teil "Strukturelle Biochemie" von Prof. Sträter. Beide Vorlesungsteile werden ab SS2021 in deutscher Sprache gehalten.

Ziel
Die Studierenden kennen den Aufbau und die Funktionsweise von Proteinen und Enzymen, sowie die Rolle von Metallionen in biologischen Systemen.
 

Inhalte

Strukturelle Biochemie:
Methoden zur Bestimmung von Proteinstrukturen, Strukturchemie von Proteinen und DNA/RNA, Visualisierung von Proteinstrukturen, charakteristische Faltungstypen und Oligomerstrukturen, Methoden zur Bestimmung von Raumstrukturen, Protein-Datenbank, Struktur und Funktion ausgewählter Systeme im Bereich der Enzyme, Membranproteine, Motorproteine, Signaltransduktion, Fiberproteine, etc., Flexibilität von Proteinen und Konformationsänderungen, Proteinfaltung, strukturbasierte Wirkstoffentwicklung

Bioanorganische Chemie:
Vorkommen und Verfügbarkeit der Elemente, Typische Bioliganden, biochemische Rolle der Metalle, Physikalische Methoden, Sauerstoffkreislauf, Eisen: Aufnahme, Transport und Speicherung, Eisenproteine, Kupferproteine, Cobalamine, ”Frühe” Übergangsmetalle: Mo, Sauerstoff-übertragende Mo-Enzyme, Stickstoff-Fixierung, Nickel - Urease / Hydrogenasen, ZinkStrukturchemie von Proteinen

Materialien
Die Materialien zur strukturellen Biochemie werden über einen passwortgeschützten Weblink zum Download bereit gestellt. Die Informationen dazu werden in der ersten Vorlesung oder per Email mitgeteilt.

Aktuelles und Ergebnisse
Die Ergebnisse der Klausur und aktuelle Informationen werden durch Aushang auf der passwortgeschützten Webseite mitgeteilt.

Bachelorarbeit

Arbeiten an der Werkbank mit Zellkulturen.
Steriles Arbeiten an der Sterilwerkbank ist essentiell für die eukaryontische Zellkultur. Photo: Universität Leipzig, BBZ

Hauptziel unserer Arbeiten ist das Verständnis der Struktur und Funktion von Proteinen auf molekularer Ebene. Die Themen der Bachelorabeiten sind methodisch überwiegend molekularbiologischer und biochemischer Natur. Die Arbeiten dienen entweder der Präparation von Protein für die Kristallisation und Strukturanalyse oder für Funktionsstudien mittels Mutagenese.

Bitte schreiben Sie eine E-mail an strater@bbz.uni-leipzig.de und wir klären die Verfügbarkeit eines Themas und Betreuers.

Organisation und Zeitpunkt

Für ein Bachelorthema mit molekularbiologischen und biochemischen Arbeitsmethoden sollte das Modul "Bioanalytische Chemie" besucht worden sein. Die Bachelorarbeit kann dann nach Ende des 5. Semesters oder während und nach dem 6. Semester durchgeführt werden. Weiterhin empfiehlt sich eine Kombination des Praktikums "Bioanalytische Chemie" mit der Bachelorarbeit, so dass ausreichend Zeit für eine Einarbeitung in die überwiegend neuen Arbeitsmethoden besteht und ein interessantes Thema im Rahmen der Bachelorarbeit erfolgreich bewältigt werden kann.

Themen und Methoden

Wir orientieren die Bachelorarbeiten recht nahe an die aktuellen Forschungsarbeiten und ein Doktorand oder Postdoc betreut intensiv die Arbeit. Daher ist es schwierig, weit im voraus die Themen im Detail zu formulieren.


Generell werden in den vergebenen Arbeiten unabhängig vom Projekt methodisch folgende Techniken erlernt und angewendet:

  • Gentechnische Arbeiten zur Erstellung von Expressionsvektoren (Konstruktdesign, Klonierungstechniken, Primerdesign, PCR, DNA-Analytik, DNA-Präparation, mikrobiologische Techniken)
  • Mutationsanalyse (Erstellung von Mutanten über Quik-Change-Mutagenese)
  • Genexpression und Optimierung der Expressionsbedingungen (Zellkulturtechniken E. coli, HEK293, Insektenzellen, Proteinanalytik, SDS-PAGE, Western Blotting)
  • Chromatographische Aufreinigung von Proteinen (in der Regel mittels Affinitätschromatographie (His-Tag, Strep-Tag, oder Tags für Antikörper-Säulen) und Größenausschlußchromatographie)
  • Biophysikalische Methoden zur Charakterisierung von Proteinen (Dynamische Lichtstreuung/Aggregation, Schmelzpunkttemperatur/Stabilität, CD-Spektrum, UV/Vis-Spektrum)
  • Proteinkristallisation
  • Enzymatische Assays (meist Ecto-Nucleotidasen, Detektion von Phosphat über Malachitgrün-Assay, ITC-Assay)
  • Bindeassays (Protein-Protein, Protein-Ligand: Mikrothermophorese, ITC, Fluoreszenzpolarisation)
  • Röntgenstrukturanalyse (in Bachelorarbeiten meist nur bei schon gut etablierten Projekten mit starker Unterstützung durch den Betreuer möglich)

Masterstudiengang Wintersemester

Das 10 CP Modul besteht aus einer 2 SWS Vorlesung und einem Computerpraktikum im Umfang von 3 Wochen. Die Vorlesung ist für das erste oder dritte Fachsemester vorgesehen. Die Vorlesung findet teilweise elektronisch und teilweise in Präsenz statt. Die Vorlesung wird in englischer Sprache gehalten. Das Praktikum findet in der Regel direkt nach Ende der Vorlesungszeit statt.

Ziel
Erlernen der Grundlagen und Methoden der Proteinkristallographie und Anwendung in der Praxis.

Inhalte
Mittels der Methode der Röntgenkristallographie können die Raumstrukturen von organischen Molekülen, anorganischen Festkörpern sowie von biologischen Makromolekülen zu atomarer Auflösung bestimmt werden. In der Vorlesung werden die für Naturwissenschaftler relevanten Grundlagen dieser Methoden praxisnah vermittelt. Der Schwerpunkt liegt auf der Biokristallographie. Es werden u.a. die folgenden Themen behandelt: Kristallisation, Kristalle, Symmetrie und Raumgruppen, Röntgenquellen und Detektoren, Datensammlung, Beugung von Röntgenstrahlen und Neutronen, Phasenproblem, Phasierung und Phasenverfeinerung, Strukturlösung von niedermolekularen Verbindungen mittels Pattersonfunktion und direkte Methoden, Strukturlösung von Biomolekülen mittels molekularem Ersatz, Schweratomersatz und anomaler Dispersion, Modellbau und
Strukturvisualisierung, Strukturverfeinerung, Validierung und Interpretation, Vergleich zur Strukturbestimmung mittels NMR oder CryoEM.

Materalien

Die Lehrmaterialien werden über einen passwortgeschützten Weblink zum Download bereit gestellt. Die Informationen dazu werden in der ersten Vorlesung oder per Email mitgeteilt.

Aktuelles und Ergebnisse

Die Ergebnisse der Klausur und aktuelle Informationen werden durch Aushang auf der passwortgeschützten Webseite mitgeteilt. Nach Abgabe des Protokolls für das Praktikum wird die Note in AlmaWeb eingetragen.

Projektarbeit

Projektarbeiten müssen immer von einem Mitglied des Instituts für Biochemie betreut werden. Sie können eine Projektarbeit ganz oder teilweise in unserem Labor daher nur in gemeinsamer Betreuung mit Kollegen/innen der Biochemie durchführen. Das führen wir in der Regel in laufenden Kooperationsprojekten durch, z.B. auf dem Gebiet der Adhäsions-GPCR zusammen mit Prof. Dr. Torsten Schöneberg oder an Chemerin, Vaspin und anderen Adipokinen zusammen mit Prof. Dr. Annette Beck-Sickinger oder Dr. Dr. John Heiker. Bitte kontaktieren Sie mich unter strater@bbz.uni-leipzig.de, wenn Sie Interesse an der Durchführung einer Projektarbeit auf diesen Gebieten in unserem Labor haben.  

 

Methoden

Wir orientieren die Bachelorarbeiten recht nahe an die aktuellen Forschungsarbeiten und ein Doktorand oder Postdoc betreut intensiv die Arbeit.
Generell werden in den vergebenen Arbeiten unabhängig vom Projekt methodisch folgende Techniken erlernt und angewendet:

  • Gentechnische Arbeiten zur Erstellung von Expressionsvektoren (Konstruktdesign, Klonierungstechniken, Primerdesign, PCR, DNA-Analytik, DNA-Präparation, mikrobiologische Techniken)
  • Mutationsanalyse (Erstellung von Mutanten über Quik-Change-Mutagenese)
  • Genexpression und Optimierung der Expressionsbedingungen (Zellkulturtechniken E. coli, HEK293, Insektenzellen, Proteinanalytik, SDS-PAGE, Western Blotting)
  • Chromatographische Aufreinigung von Proteinen (in der Regel mittels Affinitätschromatographie (His-Tag, Strep-Tag, oder Tags für Antikörper-Säulen) und Größenausschlußchromatographie)
  • Biophysikalische Methoden zur Charakterisierung von Proteinen (Dynamische Lichtstreuung/Aggregation, Schmelzpunkttemperatur/Stabilität, CD-Spektrum, UV/Vis-Spektrum)
  • Proteinkristallisation
  • Enzymatische Assays (meist Ecto-Nucleotidasen, Detektion von Phosphat über Malachitgrün-Assay, ITC-Assay)
  • Bindeassays (Protein-Protein, Protein-Ligand: Mikrothermophorese, ITC, Fluoreszenzpolarisation)
  • Röntgenstrukturanalyse (ist in Projektarbeiten meist nur bei schon gut etablierten Projekten mit starker Unterstützung durch den Betreuer und in Vorbereitung auf eine Masterarbeit möglich)

Masterarbeit

Mitarbeiter beim Befüllen eines Stickstofftanks
Flüssiger Stickstoff wird für die Lagerung von Zellkulturen und für die kristallographische Datensammlung bei tiefen Temperaturen benötigt. Photo: Universität Leipzig, BBZ.

Hauptziel unserer Arbeiten ist das Verständnis der Struktur und Funktion von Proteinen auf molekularer Ebene. Die Themen der Masterarbeiten sind methodisch überwiegend molekularbiologischer und biochemischer Natur.

Bitte schreiben Sie eine E-mail an strater@bbz.uni-leipzig.de und wir klären die Verfügbarkeit eines Themas und Betreuers.

Für ein Masterarbeit mit molekularbiologischen und biochemischen Arbeitsmethoden sollten methodisch passende Wahlpflichtmodule besucht worden sein.


Themen und Methoden

Wir orientieren die Masterarbeiten recht nahe an den aktuellen Forschungsarbeiten und ein Doktorand/in oder Postdoc betreut intensiv die Arbeit. Daher ist es schwierig, weit im voraus Themen im Detail zu formulieren.

Informationen zu unseren thematischen Forschungsprojekten finden Sie hier. Im folgenden sind einige typische methodische Aufgabenstellungen aufgeführt, die sich in ähnlicher Form für verschiedene thematische Projekte realisieren lassen.

  • Expression und Charakterisierung eines Proteins
    Essentielle Voraussetzung für die Untersuchung von Proteinen ist zunächst die Entwicklung eines effektiven Protokolls zur Präparation des Proteins in ausreichenden Mengen. Ein Projekt mit dieser Zielrichtung kann folgende Arbeitsmethoden enthalten: Konstruktdesign, Klonierung, Expressionstest und Optimierung, präparative Expression, Aufreinigung (meist Affinitätschromatographie und Größenausschlußchromatographie), bioanalytische Charakterisierung (Monodispersivität: Dynamische Lichtstreuung, Stabilität: Dynamische Scanning-Fluorimetrie, Aktivität: Enzymassay oder Bindeassay oder biologischer Assay. Wenn das Protein in gewünschter Qualität aufgereinigt wurde, schliessen sich geplanten Studien an, zum Beispiel die Kristallisation für eine Röntgenstrukturanalyse, Enzymassays und andere funktionelle Untersuchungen. Als Expressionssysteme kommen in unserem Labor vor allem die bakterielle Expression in E. coli sowie die Expression in HEK293-Zellen in Betracht.
  • Generierung von Varianten und funktionelle Studien
    Ein weiteres häufiges Szenario ist, dass für ein Protein bereits eine Aufreinigung im Labor etabliert wurde, nun aber Varianten erstellt und charakterisiert werden sollen. Die Motivation dazu kann ganz unterschiedlich sein:
    - Die Qualität des experimierten Proteins ist nicht ausreichend (Fehlfaltung, Aggregation, Ausbeute)
    - Das Protein kristallisiert und es sollen Varianten designed und experimiert werden für neue Screens
    - Auf der Basis einer Raumstruktur wurden Hypothesen für die Funktionsweise erstellt und diese Hypothesen sollen nun durch Mutationen
    getestet werden
  • Umfassende funktionelle Studien eines Proteins
    Ein weiterer typischer Typ von Themen betrifft umfassendere funktionelle Charakterisierungen eines Proteins, zum Beispiel enzymatische Charakterisierung eines Enzyms oder Ligandenbindestudien eines Rezeptors
  • Kristallographische Untersuchungen
    Bei einem gut etablierten Projekt können auch kristallographische Untersuchungen Thema einer Masterarbeit sein. Zum Beispiel die Präparation und Kristallisation eines Enzyms nach einer etablierten Prozedur und anschliessende Bindestudien von verschiedenen Substraten.

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