Module 21-M-B2.1 Protein Crystallography, 10 CP

Bei erfolgreichem Abschluss dieses Moduls sind die Studierenden in der Lage, die Prinzipien der Röntgenkristallographie, einschließlich Symmetrie in Kristallen und der Theorie der Röntgenbeugung, theoretisch darzulegen. Sie können Experimente zur Expression, Reinigung und Kristallisation von Proteinen planen. Sie können die Funktionsweise moderner Röntgenquellen und Detektoren erklären und deren Einsatzmöglichkeiten beschreiben. Die Studierenden können die theoretischen Grundlagen der Datensammlung und -auswertung in der Röntgenkristallographie beschreiben sowie die Schritte zur Lösung des Phasenproblems erläutern. Sie sind in der Lage, die Prinzipien des Modellbaus und der Verfeinerung zu erklären und die Zuverlässigkeit eines Modells zu bewerten. Aufgrund ihres Verständnisses aller für die Bestimmung einer Proteinstruktur mittels Röntgenkristallographie notwendigen Schritte sind die Studierenden in der Lage, Fachartikel zu diesem Thema informiert zu lesen und kritisch zu bewerten. Sie können methodische Probleme identifizieren und potenzielle Lösungsansätze diskutieren.
Nach Abschluss des Praktikums sind die Studierenden außerdem in der Lage, selbstständig Proteine zu reinigen und zu kristallisieren. Für die Datenprozessierung, den Modellbau, die Verfeinerung und die Validierung können die Studierenden das passende Programm auswählen, die notwendigen Einstellungen in den Programmen durchführen und die Ausgabe der Programme adäquat nutzen sowie eventuelle Fehlermeldungen der Programme interpretieren. Die in Datenbanken verfügbare Strukturinformation können sie mithilfe von Visualisierungssoftware darstellen und funktionell interpretieren.

Vermittelt wird ein vertieftes Verständnis der räumlichen Struktur von Proteinen und der Röntgenkristallographie. Die Studierenden werden mit folgenden Inhalten vertraut gemacht: Expression und Reinigung von Proteinen; Kristallisation; Symmetrie (Bravais-Gitter Punktgruppen, Raumgruppen); Theorie der Röntgenbeugung (Bragg-Gleichung und Ewald-Konstruktion, Fourier-Transformation); Experimentelle Voraussetzungen (Röntgenquellen, Detektoren, Datensammlung); Datenauswertung; Phasenproblem; Phasenbestimmung (MR, MIR, MAD); Phasenverbesserung; Modellbau; Verfeinerung; Zuverlässigkeit des Modells, räumliche und mechanistische Interpretation des Strukturmodells.

Im Praktikum werden Methoden der Proteinexpression, Proteinreinigung und Kristallzüchtung vermittelt. Nach der Aufnahme von Röntgendaten wird am Computer selbständig das Phasenproblem gelöst, eine dreidimensionale Elektronendichtekarte errechnet und ein Strukturmodell erstellt, verfeinert und interpretiert. Verlauf und Ergebnisse werden bewertet und protokolliert. In einem praktikumsbegleitenden Seminarvortrag stellen die Studierenden eine Orginalarbeit vor.

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