Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

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Strukturbiologie

Die Strukturbiologie liefert notwendige Informationen über Struktur und Dynamik biologisch und medizinisch relevanter Moleküle, die für das Verständnis der dem Leben zugrunde liegenden Mechanismen auf allen Ebenen (vom Molekül über Organellen, Zellen, Geweben, bis hin zum Organismus) essentiell sind.

Die Fähigkeit, Struktur- und Dynamik-Informationen über Proteine in atomarer Auflösung zu erhalten erlaubt z.B. die Optimierung von Biomolekülen in industriell und gesellschaftlich relevanten Bereichen als Basis für eine zukunftsorientierte und funktionsfähige Bioökonomie.

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Wissenschaftliche Themenschwerpunkte

Die Problemstellungen und wissenschaftlichen Themenfelder im QT Strukturbiologie werden weitgehend durch die einzusetzenden Methoden definiert:

  • Röntgenstrukturanalyse: Proteinkristallographie ist die meist verwendete Technik, um statische, hochaufgelöste Strukturen von großen Makromolekülen zu erhalten. Diese detaillierten Strukturinformationen führen z.B. zur Aufklärung von katalytischen Mechanismen oder zur Identifikation von Substrat- und Inhibitor-Bindungsstellen. Derzeit besteht die größte Herausforderung, die Strukturen von supramolekularen Komplexen und molekularen Maschinen zu bestimmen. Zusätzlich bleibt die Vorhersage von Konformationsänderungen, die Bestimmung von Determinanten der Affinität und Spezifität von Protein-Protein-Interaktionen, sowie die Strukturbestimmung von Reaktionsintermediaten eine wichtige Aufgabe.

  • Biomolekulare NMR-Spektroskopie: Die Strukturbestimmung von kleinen und mittelgroßen Proteinen ist schon seit Jahren eine Standardaufgabe der Flüssig-NMR-Spektroskopie. Zusätzlich wurde in den letzten Jahren die Charakterisierung der Dynamik dieser Biomoleküle auf verschiedensten Zeitskalen perfektioniert. Dies ist sicher eine der größten Stärken der NMR. Auch die Charakterisierung von Protein-Ligand-Interaktionen ist durch eine Vielzahl verschiedenster Experimente möglich. Die derzeitigen Herausforderungen bestehen im Verschieben der Molekulargewichtsgrenze der zu untersuchenden Makromoleküle nach oben, der strukturellen Charakterisierung von Membranproteinen, von Fibrillen-bildenden Proteinen und von intrinsisch unstrukturierten Proteinen. Selbst die Strukturbestimmung von niedrig populierten Konformationen geriet in den letzten Jahren in die Reichweite dieser Technik. In den letzten Jahren entwickelte sich die Festkörper-NMR-Spektroskopie soweit, dass es nun prinzipiell möglich ist, die Struktur und Dynamik von Proteinen zu untersuchen, die weder kristallisieren noch löslich sind und deshalb nicht den beiden oben genannten Techniken zugänglich sind.

  • Moleküldynamik und -simulation: Durch die ständige Erhöhung der Leistung von Computern und die Nutzung von Höchstleistungsrechnern wurden die Simulationstechniken zu einer effizienten Methode, die Dynamik von Proteinen in immer längeren Zeitskalen zu simulieren. Für eine echte Simulation von Biomakromolekülen in biologisch relevanten Zeitskalen (Mikro- bis Millisekunden) ist es zwar noch ein weiter Weg, schon jetzt lassen sich aber wertvolle Informationen aus den Simulationen gewinnen.
Poster: Strukturbiologie-Arbeitsgruppen an der HHU
Übersicht aller Arbeitsgruppen im BioSC