Institut für Biochemie
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wissen.leben | WWU Münster 


Aktuelles

 

JULI 2017
Biochemiker beobachten Enzyme bei der Arbeit


Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse entschlüsselt / "Wie ein Roboterarm, der in der Autofabrik ein Bauteil weiterreicht"


Florian Mayerthaler, Jennifer Rüschenbaum und Prof. Dr. Henning Mootz (v. l.) vom Institut für Biochemie der WWU. Im Hintergrund sind dynamische Strukturänderungen der Domänen bei der Peptidproduktion schematisch dargestellt.
© Dr. Wolfgang Dörner
 

Viele pharmazeutisch wichtige Wirkstoffe stammen aus Pflanzen, Pilzen oder Bakterien. Man isoliert die Substanzen aus den "biologischen Produzenten", da ihre chemische Herstellung im Labor zu aufwendig ist. Um die Naturstoffproduktion zu verstehen, analysieren Forscher die komplexen Enzym-Apparate, die in den Zellen der Organismen als Produktionsmaschinen dienen. Eine Idee ist, sich diese Mechanismen für die Herstellung neuer Wirkstoffe zunutze zu machen. Auch die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Henning Mootz am Institut für Biochemie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) widmet sich dieser Aufgabe. Nun stellen die münsterschen Biochemiker in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Princeton (USA) und der Hokkaido-Universität (Japan) grundlegend neue Erkenntnisse zum Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten dieser Enzym-Apparate vor. Die Studie ist in der Fachzeitschrift "Nature Chemical Biology" online veröffentlicht.

Die Biochemiker untersuchten die Produktion - die "enzymatische Biosynthese" - sogenannter nicht-ribosomaler Peptide. Ähnlich wie andere Peptide und Proteine in den Zellen sind diese aus einzelnen Aminosäuren aufgebaut. Die Bezeichnung "nicht-ribosomal" bezieht sich auf den Produktionsort in der Zelle. Im Gegensatz zu den meisten anderen Proteinen ist die Herstellung dieser Peptide nicht an spezielle Strukturen in der Zelle, die Ribosomen, gebunden.

Unter den nicht-ribosomalen Peptiden sind bekannte Antibiotika wie Penicillin und Vancomycin sowie Wirkstoffe, die als Immunsuppressivum oder als Krebsmedikament zum Einsatz kommen. Als Produktionsmaschinen für diese Peptide fungieren spezielle sehr große Enzyme, die "nicht-ribosomalen Peptid-Synthetasen". Sie zeichnen sich durch zahlreiche hintereinandergeschaltete Produktionseinheiten aus, fachsprachlich katalytische Domänen genannt. Ähnlich wie bei einem Fließband in einer Autofabrik trägt jede Domäne einen Teil zu der schrittweisen Herstellung des aus mehreren Bausteinen bestehenden Peptids bei. Dieses Herstellungsprinzip ermöglicht die Verwendung vieler verschiedener Peptidbausteine.

Bisher verstehen Wissenschaftler kaum, wie die einzelnen katalytischen Domänen in dieser zellulären Synthese-Maschine zusammenarbeiten. Die Münsteraner haben nun zum ersten Mal das Zusammenspiel der Domänen während der Katalyse entschlüsselt. Während einzelner Schritte der Peptidproduktion beobachteten sie dynamische Strukturänderungen der Domänen. "Das ist vergleichbar mit einem Roboterarm, der in der Autofabrik ein Bauteil zur nächsten Station weiterreicht", veranschaulicht Prof. Dr. Henning Mootz. "Wir konnten den Enzymen buchstäblich bei der Arbeit zuschauen."

Die Studie zeige einen neuen Weg zur Analyse dieser bedeutenden Enzym-Apparate, so die Forscher, und liefere grundlegende Erkenntnisse über ihre Funktionsweise. "Diese Arbeiten werden einen Beitrag dazu leisten, in Zukunft neue pharmazeutische Verbindungen biotechnologisch von Mikroorganismen herstellen zu lassen, anstatt sie aufwendig über viele Schritte künstlich herzustellen", unterstreicht Henning Mootz. Für eine Anwendung dieser grundlegenden Erkenntnisse wird allerdings noch weitere Forschungsarbeit nötig sein.

Die Forscher nutzten für ihre Untersuchungen aus Kolibakterien gewonnene nicht-ribosomale Peptid-Synthetasen. Um die molekularen Prozesse sichtbar zu machen, kombinierten sie verschiedene molekularbiologische und proteinchemische Methoden. Außerdem führten sie spektrometrische Fluoreszenzmessungen durch, um Abstände innerhalb der Enzymstrukturen zu bestimmen ? vergleichbar mit einem molekularen Zollstock. Um das Zusammenspiel der Domänen zu beobachten, bauten sie zwei fluoreszente Sonden in die katalytischen Domänen ein.

Die Arbeit wurden durch das Human Frontier Science Program (HFSP) unterstützt.

Originalpublikation:
Alfermann J. et al.: FRET monitoring of a nonribosomal peptide synthetase. Nature Chemical Biology (Published online 24 July 2017); doi:10.1038/nchembio.2435


NOVEMBER 2016
Exkursion zur Medica und Compamed, Düsseldorf

Am 16.11.2016 führte das Institut für Biochemie eine Exkursion zur MEDICA und COMPAMED durch, der größten internationalen Messe für Medizintechnik. 26 Teilnehmer, Studierende der Chemie und Wirtschaftschemie, nahmen die Gelegenheit wahr, um sich über den Stand der Medizintechnik und den Markt zu informieren. Darüber hinaus nutzten zwei Nachwuchswissenschaftlerinnen der Tomsk State University (Russland) die Exkursion, während ihres Gastaufenthalts die Breite und Vielfalt dieser dynamischen Branche kennenzulernen.
 
Die Exkursion ist Bestandteil der Vorlesung und des Praktikums zur Medizintechnik sowie des MSc-Moduls "Forschungsstrategien". In Projektgruppen eingeteilt bereiteten die Studierenden den Messebesuch vor und führten anhand von Interviewbögen Befragungen durch, ließen sich auf den Ständen Innovationen erläutern und beurteilten die Messeauftritte von Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Mit diesen jährlich durchgeführten Exkursionen sollen das aktuelle Meinungsbild der Branchenakteure über Marktentwicklungen und Technologietrends erfasst sowie die Bedeutung des Messeauftritts in abschließenden Berichten analysiert werden. Darüber hinaus nutzen die Studierenden den Messebesuch, um sich über Möglichkeiten von Praktika und Masterarbeiten sowie den beruflichen Einstieg zu informieren.

 
Die Studierenden und das Institut für Biochemie bedanken sich bei den nachfolgend aufgeführten Unternehmen für die freundliche Unterstützung durch Bereitstellung von Freikarten. - LH

 

Juli 2016
Internationale Zusammenarbeit
Der Biophysiker Dr. Maniraj Bhagawati forscht als Humboldt-Stipendiat an der Universität Münster

Der 31-jährige Biophysiker Dr. Maniraj Bhagawati hat ein prestigeträchtiges Forschungsstipendium von der Alexander-von-Humboldt-Stiftung erhalten. Er wird nun ab Juli 2016 in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Henning Mootz vom Institut für Biochemie der Universität Münster arbeiten.
 
Maniraj Bhagawati stammt aus Indien, wo er am renommierten Indian Institute of Technology in Kharagpur studierte. Er fertigte seine Doktorarbeit an der Universität Osnabrück im Jahr 2012 an und ging anschließend als Postdoktorand an die Berkeley Universität in Kalifornien.
 
Am Fachbereich Chemie und Pharmazie im Labor von Prof. Mootz wird er an neuen Methoden zur Manipulation von Proteinen in Zellen forschen. Durch die Entwicklung von neuen optogenetischen Techniken sollen Protein-Lokalisationen und Protein-Interaktionen kontrolliert werden. Diese interdisziplinären Arbeiten werden neue Einblicke in die Rolle verschiedener Proteine in zellulären Prozessen wie Zellwachstum, Zelldifferenzierung und Zellmigration liefern.

 

27.07.2015
Exkursion zum Chemiepark Marl 2015

 

Exkursionen zum Chemiepark Marl gehören dank der Unterstützung durch die EVONIK AG zum festen Bestandteil der Medizintechnk-Vorlesung. Am 22.07.2015 nahmen 31 Studierende der Chemie und Lebensmittelchemie, Auszubildende der Chemie und Doktoranden diese Gelegenheit wahr. Nach einem Übersichtsvortrag über den Chemiestandort besuchten die Exkursionsteilnehmer das Kunststofftechnikum und die Acrylsäureanlage. Compoundier- und Spritzgussmaschinen sowie Extruder wurden anschaulich erläutert und konnten in Betrieb beobachtet werden. Beeindruckend war die Führung durch die Acrylsäureanlage, bei der Funktionsweisen von Reaktoren und Destillationskolonnen erklärt sowie die Herausforderungen für den Betrieb einer solchen komplexen Anlage hautnah dargestellt wurden. Die Exkursion endete auf Einladung der EVONIK AG mit einem Mittagessen. Die Exkursionsteilnehmerinnen und -teilnehmer und das Institut für Biochemie bedanken sich bei der EVONIK AG (Abteilung Kommunikation und Werkführungen) für die Einladung, die Organisation und die Bereitstellung eines Busses. Unser Dank richtet sich auch an die Mitarbeiter des Unternehmens, die durch großes Engagement bei dem Einführungsvortrag und den Führungen durch die Anlagen beeindruckten.
-LH  


14.04.2015
Prof. Rentmeister erhält den Dozentenpreis des Fonds der Chemischen Industrie


02.02.2015
JCF und Evonik zeichnen herausragende wissenschaftliche Arbeiten aus

 

Das Jungchemikerforum Münster ehrte auch in diesem Jahr zusammen mit der Evonik AG besondere Leistungen im Rahmen von Master- und Doktorarbeiten aus dem Fachbereich Chemie und Pharmazie. So arbeitete Jana Böcker aus dem Institut für Biochemie in ihrer Masterarbeit an einem künstlich photoaktivierbaren Intein, das sich zur Darstellung von zyklischen Peptiden eignet. Josephin Holstein, ebenfalls aus dem Institut für Biochemie, gelang die Realisierung bioorthogonaler Reaktionen bei der sog. cap mRNA. Den Festvortrag dieser Veranstaltung hielt Dr. Mark Benecke, ein weithin auch durch seine Publikationen bekannter Kriminalbiologe. Ihm gelang es, beginnend bei der Darstellung naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen bis hin zur Traumaforschung einen weiten thematischen Bogen zu spannen, der das Publikum jederzeit begeisterte.  


 
ProTalent -
Das Stipendienprogramm der WWU

 

"Deutschlands Zukunft sind seine klugen Köpfe. Die Westfälische Wilhelms-Universität Münster hat deshalb ein eigenes Stipendienprogramm ins Leben gerufen, um ihre herausragenden Studierenden frühzeitig zu fördern und auf diesem Wege die Ausbildung qualifizierter Nachwuchskräfte zu unterstützen."
 
Unterstützt werden jeweils die besten Studierenden an den 15 Fachbereichen der WWU. Näheres hierzu finden Sie auf der Webseite von ProTalent z.B. im direkten Zugang für Studierende unter http://www.uni-muenster.de/protalent/bewerber/bewerbung.html.


 


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