Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie sind Forscher den zellulären und molekularen Vorgängen auf der Spur, die komplexe Lebensprozesse steuern. Im Grenzgebiet von Biologie, Chemie und Physik entwickeln die Wissenschaftler immer ausgeklügeltere Verfahren, um Einblicke in die Welt der Moleküle zu erlangen. Mit hochauflösenden Mikroskopen, Kernspinresonanz-Spektrometern, Elektronenmikroskopen und Höchstleistungscomputern untersuchen sie Zellen, Organellen und Proteine. Dabei gilt es, den Tricks auf die Schliche zu kommen, mit denen Zellen und Biomoleküle ihre vielfältigen Funktionen erfüllen – sei es Signale zu verarbeiten, molekulare Fracht zu transportieren oder Baupläne für die Produktion der Proteine zu erstellen. Darüber hinaus wird erforscht, wie Gene Entwicklung und Verhalten steuern, beispielsweise wie sich aus einer einzigen Eizelle ein komplexer Organismus entwickelt oder wie unsere innere Uhr „tickt“.

Kontakt

Am Faßberg 11
37077 Göttingen
Telefon: +49 551 201-1211
Fax: +49 551 201-1222

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat mehrere International Max Planck Research Schools (IMPRS):
IMPRS for Molecular Biology
IMPRS for Neurosciences
IMPRS for Physics of Biological and Complex Systems
IMPRS for Genome Science

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
Wissenschaftler entwickeln eine neue Methode, mit der sich jedes beliebige Protein aus jeder Art von Zelle direkt und schnell entfernen lässt mehr
Leseproben aus dem Jahrbuch

Leseproben aus dem Jahrbuch

Forschungsmeldung 22. Juni 2017
Unser Jahrbuch 2017 bündelt Berichte über Forschungsarbeiten der Max-Planck-Institute und vermittelt anschaulich die Vielfalt an Themen und Projekten. Wir haben sieben Beiträge ausgewählt. mehr
Synuclein verbindet Parkinson und Hautkrebs
Wissenschaftler entdecken Protein als Bindeglied zwischen Parkinson-Erkrankung und Schwarzem Hautkrebs mehr
Fluoreszenzmikroskopie: Schärfer geht es nicht
Forscher erreichen ultimative Auflösungsgrenze in der Fluoreszenzmikroskopie mehr
Chronobiologie: Innere Uhren im Takt
Zusammen mit seinem Team am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen hat Gregor Eichele viele neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die natürlichen Taktgeber unseres Körpers funktionieren. mehr
Wie Nervenzellen miteinander reden
Nervenzellen sind miteinander durch Synapsen verbunden, an denen Signale in Form von Botenstoffen übertragen werden. Wie dies genau funktioniert, hat Reinhard Jahn, Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen, erforscht. mehr
Mit dem Strom ans Ziel

Mit dem Strom ans Ziel

Forschungsmeldung 7. Juli 2016
Max-Planck-Forscher machen Netzwerk sichtbar, das lebenswichtige Botenstoffe transportieren könnte mehr
Aufbau von Cholesterin-Transporter entschlüsselt

Aufbau von Cholesterin-Transporter entschlüsselt

Forschungsmeldung 20. März 2014
Mit der dreidimensionalen Struktur des Transport-Proteins TSPO können neue Diagnostik- und Therapie-Methoden entwickelt werden mehr
Molekulare Partnerwahl ist nicht nur Formsache

Molekulare Partnerwahl ist nicht nur Formsache

Forschungsmeldung 4. März 2014
Ein molekularer Helfer beeinflusst die Verklumpung des Alzheimer-Proteins Tau mehr
Wahre Identität des Gauß-Gehirns aufgeklärt

Wahre Identität des Gauß-Gehirns aufgeklärt

Forschungsmeldung 28. Oktober 2013
Forscher enthüllen wahre Identität der Gehirne des Mathematikers Carl Friedrich Gauß und des Mediziners Conrad Heinrich Fuchs mehr
Live aus dem Hühnerei

Live aus dem Hühnerei

Forschungsmeldung 10. Juli 2013
Mit einer neuen Technik der Magnetresonanz-Tomografie können Forscher Bewegtbilder in Echtzeit aufnehmen

 

mehr

Forscher bremsen Parkinson bei Mäusen aus

Forschungsmeldung 22. April 2013
Der Wirkstoff Anle138b verhindert Verklumpung von Synuclein-Protein mehr

Achillesferse pathogener Bakterien entdeckt

Forschungsmeldung 13. Dezember 2012
Max-Planck-Forscher finden mögliches neues Angriffsziel für Antibiotika in Krankheitserregern mehr
Forscher verhindern Herzversagen bei Mäusen

Forscher verhindern Herzversagen bei Mäusen

Forschungsmeldung 27. September 2012
Zwei kleine RNA-Moleküle spielen Schlüsselrolle beim Wachstum der Herzmuskelzellen mehr
Angriffswerkzeug der Bakterien hochaufgelöst in 3D
Max-Planck-Wissenschaftler entschlüsseln Struktur bakterieller Injektionsnadeln erstmals im atomaren Detail mehr
Scharfe Live-Bilder aus dem Mäusehirn

Scharfe Live-Bilder aus dem Mäusehirn

Forschungsmeldung 2. Februar 2012
Göttinger Max-Planck-Wissenschaftler haben erstmals feinste Details von Nervenzellen im Gehirn einer lebenden Maus sichtbar gemacht mehr
MikroRNA kontrolliert Wachstum der Brustdrüse

MikroRNA kontrolliert Wachstum der Brustdrüse

Forschungsmeldung 7. November 2010
Max-Planck-Forscher entdecken neuartigen Mechanismus für die Entwicklung von Organen mehr
Auf der Spur des epigenetischen Codes

Auf der Spur des epigenetischen Codes

Forschungsmeldung 8. Oktober 2010
Testsystem an Drosophila soll den Schlüssel liefern mehr
Live-Schaltung zum schlagenden Herzen

Live-Schaltung zum schlagenden Herzen

Forschungsmeldung 30. August 2010
Max-Planck-Wissenschaftler haben mit der Magnetresonanztomografie Organe und Gelenke in Echtzeit "gefilmt" mehr
Ribosomen in Aktion "gefilmt"

Ribosomen in Aktion "gefilmt"

Forschungsmeldung 14. Juli 2010
Wissenschaftler haben erstmals die Proteinfabrik der Zelle bei der Arbeit beobachtet mehr
Wider den Jetlag

Wider den Jetlag

Forschungsmeldung 23. Juni 2010
Der Wirkstoff Metyrapon ermöglicht eine schnellere Anpassung an einen verschobenen Tag-/Nachtrhythmus mehr
Wie Bakterien Spritzen bauen

Wie Bakterien Spritzen bauen

Forschungsmeldung 13. Juni 2010
Wissenschaftler bauen Transportsystem von Bakterien im Reagenzglas mehr
Spezialist aus den eigenen Reihen

Spezialist aus den eigenen Reihen

Forschungsmeldung 6. August 2009
Bauchspeicheldrüsenzellen lassen sich zur Insulin-Produktion anregen mehr
Tricksereien an der optischen Grenze

Tricksereien an der optischen Grenze

Forschungsmeldung 19. Juni 2009
Wer an unumstößlichen Gesetzen rüttelt, hat es nicht leicht. Das musste Stefan Hell erfahren, als er die Auflösungsgrenze optischer Mikroskope umgehen wollte. Anfangs fanden seine Ideen kaum Akzeptanz – heute ist Hell Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. mehr
Vergessen und verloren - wenn Proteine unser Gehirn "abschalten" lassen
Max-Planck-Forscher erhalten wichtige neue Einblicke in die Struktur und Wirkungsweise eines Alzheimer-Proteins mehr
Genetischen Ursachen von Übergewicht auf der Spur

Genetischen Ursachen von Übergewicht auf der Spur

Forschungsmeldung 25. November 2008
Wissenschaftler haben einen neuen Regulator bei der zellulären Fettspeicherung entdeckt mehr
Superscharfer Videoclip aus der Zelle

Superscharfer Videoclip aus der Zelle

Forschungsmeldung 29. Februar 2008
Göttinger Wissenschaftler filmen erstmals einen zellulären Lebensvorgang mit Nanoauflösung mehr
Ein neues Zahnrad in der inneren Uhr

Ein neues Zahnrad in der inneren Uhr

Forschungsmeldung 7. Juni 2007
Max-Planck-Wissenschaftler entdecken einen neuen Signalweg, auf dem ein Enzym den Biorhythmus von Säugetieren regelt mehr
Verhungern trotz Fettpolstern

Verhungern trotz Fettpolstern

Forschungsmeldung 7. Mai 2007
Fliegen mobilisieren Fettreserven über zwei Schlüsselmechanismen mehr
Der "Allen Brain Atlas" - eine molekulare Karte des Gehirns
Internationales Forscherteam veröffentlicht dreidimensionalen Atlas der Genexpression im Maus-Gehirn mehr
Reißverschluss für Zellmembranen

Reißverschluss für Zellmembranen

Forschungsmeldung 31. Juli 2006
Max-Planck-Forscher belegen, dass sich bestimmte Eiweiße in Nervenzellen schnell genug vereinigen, um den Signalaustausch zu ermöglichen mehr
Molekulares Recycling von Transportbehältern

Molekulares Recycling von Transportbehältern

Forschungsmeldung 20. Juli 2006
Göttinger Max-Planck-Forscher weisen mit neuer Technik nach, dass die Transportbehälter für den synaptischen Botenstoff aus Bestandteilen älterer Behälter zusammengebaut werden mehr
Ultrascharfes Lichtmikroskop entschlüsselt grundlegende Mechanismen der Nervenkommunikation
Göttinger Max-Planck-Forschern gelingt mit neuer Mikroskopie-Technik erstmals Nanostrukturen der biologischen Signalübertragung sichtbar zu machen mehr
Molekulare Wirkungsweise eines Naturgiftes entschlüsselt
Internationales Forscherteam macht erstmals sichtbar, wie Giftstoffe an Kaliumkanäle binden und deren interne Struktur verändern mehr
Ein Biomolekül als Lichtschalter

Ein Biomolekül als Lichtschalter

Forschungsmeldung 21. September 2005
Forscher des Göttinger Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie haben molekularen Mechanismus eines schaltbaren fluoreszierenden Proteins aufgeklärt mehr

Rasterfahndung nach Krebsgenen

Forschungsmeldung 10. August 2005
Forscherteam identifiziert bisher unbekannte Gene, die für die Signalübertragung bei Leukämie und Krebs von Bedeutung sind mehr
Die kleinste Angelrute der Welt

Die kleinste Angelrute der Welt

Forschungsmeldung 1. Juli 2005
Wissenschaftlern gelingt tiefgreifender Einblick in die Schaltstation der Proteinsynthese-Maschinerie mehr
Lichtmikroskopie in ungekannter Schärfe

Lichtmikroskopie in ungekannter Schärfe

Forschungsmeldung 2. Juni 2005
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie haben ein neues Gesetz entdeckt, wonach sich die Auflösung in der Fluoreszenzmikroskopie auf wenige Nanometer steigern läßt mehr
Molekulare Steuerung der synaptischen Plastizität
Max-Planck-Forscher enthüllen weitere molekulare Details, die die Stärke der Informationsübertragung zwischen Nervenzellen im Gehirn regeln mehr
Fette Fliegen

Fette Fliegen

Forschungsmeldung 11. Mai 2005
Max-Planck-Wissenschaftler identifizieren evolutionär konserviertes "Adipositas-Gen" in der Fruchtfliege Drosophila mehr
Der Bewegung von Atomen und Molekülen auf der Spur

Der Bewegung von Atomen und Molekülen auf der Spur

Forschungsmeldung 21. April 2005
Internationale Wissenschaftlerkollaboration, darunter das Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, stellt technische Neuerungen zur Visualisierung ultrakurzer Prozesse vor mehr
Mit Quantum Dots den Ursachen von Krankheiten auf der Spur
Max-Planck-Wissenschaftler nutzen Nanotechnologie, um zelluläre Prozesse sichtbar zu machen, die für die Entwicklung neuer Medikamente wichtig sind mehr
Molekulare Modulation der Signalübertragung

Molekulare Modulation der Signalübertragung

Forschungsmeldung 10. Februar 2004
Göttinger Max-Planck-Forscher zeigen, wie Schlüsselproteinen die Intensität chemischer Signale zwischen Nervenzellen modifizieren können mehr
Von der Chemo- zur Proteintherapie

Von der Chemo- zur Proteintherapie

Forschungsmeldung 14. Juli 2003
Max-Planck-Wissenschaftler finden neuen Ansatz, mit dem molekulare Engpässe der Chemotherapie bei Virus-Infektionen und Krebs überwunden werden können mehr
Licht schafft Ordnung

Licht schafft Ordnung

Forschungsmeldung 25. April 2003
Internationaler Forschergruppe gelingt mit "Röntgen-Schnappschüssen" erstmals der Nachweis lichtgesteuerter Umstrukturierungen in Materialien mehr
Eizellen und Spermien sind während ihrer Entwicklung sehr empfindlich. Wenn beispielsweise das Erbgut nicht korrekt auf die einzelnen Keimzellen verteilt wird, sind die daraus hervorgehenden Embryonen oft nicht lebensfähig oder weisen schwere Defekte auf. Melina Schuh vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen will herausfinden, warum der Reifeprozess einer Eizelle so fehleranfällig ist. Ihre Erkenntnisse könnten eines Tages ungewollt kinderlos gebliebenen Paaren helfen.

Dass Ärzte heute viele Krankheiten besser diagnostizieren können als vor 30 Jahren, verdanken sie und ihre Patienten der Magnetresonanztomografie – und nicht zuletzt Jens Frahm. Die Forschung des Direktors der gemeinnützigen Biomedizinischen NMR Forschungs GmbH am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen hat die Aufnahmen aus dem Körper entscheidend vereinfacht. Jetzt bringt das Göttinger Team den Bildern sogar das Laufen bei.

Wie unterschiedlich die innere Uhr von Menschen ticken kann, dafür ist Ludwig II. von Bayern ein eindrucksvolles Beispiel: Historischen Quellen zufolge ging der Monarch üblicherweise nachts seinen Regierungsgeschäften nach, den Tag dagegen verschlief er weitgehend. Ob der Märchenkönig unter einer Störung litt, die seinen Schlaf-Wach-Rhythmus durcheinandergebracht hat, darüber kann zwar auch Gregor Eichele nur spekulieren. Zusammen mit seinem Team am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen hat er aber viele neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die natürlichen Taktgeber unseres Körpers funktionieren.
Im Kampf gegen Hirntumore entwickeln Forscher eine neue Strategie: Sie markieren Krebszellen mit fluoreszierenden Nanopartikeln.
Zur Person: Stefan Hell
Doktorand/-in
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen 21. September 2017

Hin zu disease modifying therapies von neurodegenerativen Erkrankungen

2017 Ryazanov, Sergey;  Leonov, Andrei; Griesinger, Christian
Neurobiologie Strukturbiologie Zellbiologie
Neurodegenerative Erkrankungen gehen mit der Aggregation von meist intrinsisch ungefalteten Proteinen einher. Aufgrund der Kenntnis der Strukturbiologie dieser Proteine war es möglich, Oligomere als attraktives Target für disease modifying therapies zu identifizieren und mit anle138b eine Substanz zu finden, die die erforderlichen Eigenschaften zur Beeinflussung der Aggregation hat und oral bioverfügbar ist. mehr

Der schlafende Wurm

2017 Bringmann, Henrik
Neurobiologie Zellbiologie
Wie und warum wir schlafen ist immer noch ein Rätsel. Schlaf ist wichtig für unsere Gesundheit. Doch wir wissen nicht, wie der Schlaf seine regenerierenden Kräfte entfaltet. Die Forschungsgruppe Schlaf und Wachsein widmet sich diesen grundlegenden Fragen. Untersucht wird zurzeit der Schlaf in einem, molekularbiologisch betrachtet, sehr einfachen Modellorganismus: dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Die Forscher konnten zeigen, dass nur ein einzelnes Neuron für das Schlafen dieser Würmer notwendig ist und das Einschlafen von einem definierten molekularen Mechanismus kontrolliert wird. mehr

Protonen als sensitive Reporter von molekularen Zusammenhängen

2016 Linser, Rasmus
Chemie Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Genetik Neurobiologie Plasmaphysik Quantenphysik Strukturbiologie Teilchenphysik Zellbiologie
Viele Proteine, zu denen Informationen zum Verständnis ihrer biologischen Funktion gewonnen werden sollen, sind herkömmlichen Methoden nicht zugänglich. Die Forschungsgruppe befasst sich daher mit der Entwicklung und Anwendung von kernmagnetischer Resonanzspektroskopie zur Charakterisierung von Struktur und Dynamik von Proteinen der Festphase. Durch Methodenentwicklung in der Festkörper-NMR können bereits bestehende Möglichkeiten zum Verständnis von Proteinen verbessert werden mit dem Erfolg, weitere Proteine unter atomarer Auflösung zu charakterisieren. mehr

Wie Gene aktiv werden

2016 Cramer, Patrick
Genetik Strukturbiologie Zellbiologie
Um die Erbinformation in lebenden Zellen zu nutzen, müssen Gene aktiviert werden. Die Gen-Aktivierung beginnt mit einem Kopiervorgang, der Transkription, bei dem eine Genkopie in Form von RNA erstellt wird. Der Kopiervorgang und die Kopiermaschinen, als RNA-Polymerasen bezeichnet, konnten nun in atomarem Detail beschrieben werden. Die Forschung wendet sich jetzt den Prozessen zu, die den Kopiervorgang regulieren und so die Genaktivität steuern können. mehr

Bündelung von Wasserstoffatomen zu kurzen Pulsen

2015 Schwarzer, Dirk; Wodtke, Alec
Chemie
Mithilfe ultrakurzer Laserpulse können heute lichtinduzierte chemische Prozesse mit extrem hoher Zeitauflösung vermessen werden. Die meisten chemischen Reaktionen werden jedoch nicht durch Licht, sondern durch Stöße ausgelöst. Werden zeitaufgelöste Stoßexperimente durchgeführt, ist man entsprechend auf extrem kurze Atom- bzw. Molekülpulse angewiesen. Sehr intensive ultrakurze Wasserstoffatompulse wurden erstmals durch Bündelung auf 1,2 Nanosekunden komprimiert. mehr
Die Forschungsgruppe Genexpression und Signalwirkung befasst sich mit den vielfältigen Funktionen von Mikro-RNAs (miRNAs) unter Stressbedinungen oder im Krankheitsfall. Dank miRNAs können Fehler oder zufällige Schwankungen bei der Genexpression abgefedert werden mit dem Vorteil, dass Zellen sich korrekt spezialisieren und ihre Eigenschaften bewahren. Dies garantiert, dass jede Zelle über ihr jeweils optimales Repertoire an Proteinen verfügen kann und somit ihre spezifischen Aufgaben erfüllt. Als Modellorganismus dienen Fruchtfliegen der Art Drosophila melanogaster. mehr
Im letzten Jahrzehnt hat sich die magnetische Resonanzspektroskopie von Festkörpern (Festkörper-NMR) zu einer wichtigen Methode in der Strukturbiologie entwickelt, da man mit ihr strukturelle Informationen über Systeme erlangen kann, die entweder unlöslich sind oder sich nur schwer kristallisieren lassen. So können beispielsweise funktionale filamentartige Proteinanordnungen untersucht werden, wie die Nadel des bakteriellen Typ-III-Sekretionssystems – aufgebaut aus Hunderten von Kopien eines einzelnen kleinen Proteins. mehr

Das Ribosom: ein vielseitiges Mega-Ribozym

2014 Rodnina, Marina V.
Strukturbiologie Zellbiologie
Das katalytische Zentrum der Ribosomen besteht aus Ribonukleinsäure (RNA). Die Katalyse erfolgt überwiegend durch Orientierung der Substrate. Das Zentrum ist sehr flexibel: Neben der Verknüpfung von Aminosäuren zu Proteinen katalysiert es die hydrolytische Freisetzung der fertigen Proteine und akzeptiert auch unnatürliche Aminosäuren. Dies wird ausgenutzt für die gezielte Herstellung von Proteinen mit besonderen Eigenschaften. Die Peptidverknüpfung erfolgt üblicherweise spontan. Nur für die Verknüpfung von mehreren Prolinresten wird ein spezieller Translationsfaktor benötigt. mehr
Nervenzellen sind miteinander durch Synapsen verbunden, an denen Signale in Form von Neurotransmittern übertragen werden. Transmitter werden in der Senderzelle in synaptischen Vesikeln gespeichert und durch Calcium-abhängige Exocytose freigesetzt. Es konnte ein quantitatives Modell eines synaptischen Vesikels erstellt werden. Zudem wurden die für die Exocytose verantwortlichen SNARE-Proteine in ihrer Struktur aufgeklärt. Durch Einbau dieser Proteine in künstliche Membranen konnte ihre Regulation durch Calcium besser verstanden und Teilschritte der Membranfusion aufgeklärt werden. mehr

Makromolekulare Maschinen in 3D: Die komplexe Welt der Komplexe

2013 Stark, Holger
Strukturbiologie Zellbiologie

Makromolekulare Komplexe sind kleine Nanomaschinen und übernehmen die wichtigsten Aufgaben biologischer Prozesse. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie können die dreidimensionalen (3D-) Strukturen dieser makromolekularen Maschinen hochaufgelöst untersucht und dynamische Vorgänge visualisiert werden. Das "Filmen" dieser Nanomaschinen trägt erheblich zum Verständnis molekularer Vorgänge auf struktureller Ebene bei.

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Nanopartikel auf der Waage

2012 Burg, Thomas
Materialwissenschaften
Viele Fragen in Forschung und Technik beschäftigen sich mit der Untersuchung von Nanopartikeln synthetischen oder biologischen Ursprungs. Aufgrund ihrer Größe von weniger als hundert Nanometern entziehen sich diese Objekte oft konventionellen Charakterisierungsmethoden. Nanofluidische Resonatoren ermöglichen es seit wenigen Jahren, die Masse einzelner Nanopartikel in Flüssigkeit zu messen und deren Größenverteilung in komplexen Proben zu charakterisieren. Die Informationen helfen dabei, grundlegende Prozesse in Biophysik, Medizin, Biologie und Biotechnologie zu verstehen und zu kontrollieren. mehr

Struktur und Funktion von Spleißosomen

2012 Lührmann, Reinhard
Chemie Strukturbiologie
Eukaryotische prä-mRNA enthält nichtkodierende Regionen (Introns), welche entfernt werden müssen, bevor die mRNA in der Proteinbiosynthese verwendet werden kann. Dieses sogenannte Spleißen wird im Zellkern durch das Spleißosom katalysiert, eine molekulare Maschine hoher Komplexität und Dynamik, die aus zahlreichen Protein- und RNA-Komponenten besteht und auf jedem zu entfernenden Intron jeweils neu gebildet wird. Untersucht werden die Struktur und Funktion des katalytischen Arbeitszyklus des Spleißosoms mit biochemischen, molekularbiologischen, genetischen sowie strukturbiologischen Methoden. mehr
Chemische Umwandlungen der Materie sind häufig in komplizierter Weise aus Elementarreaktionen zusammengesetzt. Diese können im Labor isoliert und in ihrem zeitlichen Ablauf, ihrer Kinetik und Dynamik charakterisiert werden. Datenbanken der Resultate für Tausende von Elementarreaktionen sind die Basis für die Modellierung komplexer natürlicher Systeme bzw. für die Optimierung technischer Prozesse. Als Beispiele werden die Reaktion von Wasserstoffatomen mit molekularem Sauerstoff, der Zerfall von Molekülionen sowie die Reaktionen von Elektronen mit Schwefelhexafluorid in der Gasphase betrachtet. mehr
Die Synthese chemisch markierter RNA ist häufig Voraussetzung für biophysikalische Untersuchungen von RNA und RNA-Protein-Interaktionen. Die Festphasensynthese ermöglicht den positionsspezifischen Einbau modifizierter Nukleotide in relativ kurze RNAs. Längere modifizierte RNAs sind durch kombinierte chemische und enzymatische Verfahren zugänglich. DNA-Enzyme sind katalytisch aktive DNAs, die durch In-vitro-Selektion aus Zufallsbibliotheken isoliert werden. DNA-Enzyme können für die Ligation von RNA-Fragmenten eingesetzt werden und werden für die direkte Modifikation von RNA entwickelt. mehr
Mittels eines neuen NMR-spektroskopischen Verfahrens gelang es, nicht nur die Durchschnittsstruktur des Proteins Ubiquitin zu bestimmen, sondern ein Strukturensemble des gelösten Proteins, das die Fluktuationen insbesondere in dem bisher unzugänglichen Zeitbereich zwischen 5 milliardstel und 50 millionstel Sekunden zugänglich macht. Dieses Ensemble erlaubt wichtige Rückschlüsse auf den Mechanismus der Protein/Protein-Erkennung mit potenziellen Konsequenzen für die Beeinflussung von Protein/Protein-Komplexen, was letztlich eine neue Dimension in der Pharmakaentwicklung bedeuten könnte. mehr

Elektronenspins als Sonden in Biomolekülen

2010 Tkach, Igor und Bennati, Marina
Ungepaarte Elektronen weisen ein magnetisches Moment auf, das etwa drei Größenordnungen stärker ist als das Moment eines Protons. Mit Methoden der Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie (EPR) kann dieses Moment in hochempfindlichen Messungen als Sonde dienen, um strukturelle Informationen auf der atomaren bis hin zur Nanometerskala zu gewinnen. Solche Experimente liefern Auskunft darüber, wie komplexe Biomoleküle ihre Struktur verändern, während sie ihre speziellen Aufgaben erfüllen. Die Methode der Multifrequenz-EPR-Spektroskopie wurde entwickelt, um enzymatische Reaktionen in Proteinen und Oligonukleotiden zu untersuchen. mehr
Die DNS in allen Zellen unseres Körpers liegt im Komplex mit basischen Proteinen, den sogenannten Histonen, vor. Diese organisieren und schützen die Erbinformation und sind darüber hinaus elementar an der Regulation aller biologischen Prozesse, die die DNS betreffen, beteiligt. Eine Vielzahl unterschiedlicher post-translationaler Histonmodifizierungen (PTHM) steuert hierzu die Verfügbarkeit der DNS. Während viele PTHMs inzwischen biologischen Vorgängen und Signaltransduktionswegen zugeordnet werden konnten, sind ihre molekularen Wirkmechanismen meist nach wie vor nicht geklärt. mehr
Der Zellkern verfügt über keine eigene Proteinsynthese, sondern importiert alle benötigten Proteine aus dem Zytosol. Umgekehrt versorgt er das Zytosol mit Ribosomen, mRNAs und tRNAs. Sämtlicher Kern-Zytoplasma-Transport wird durch die Permeabilitätsbarriere der Kernporen kontrolliert. Diese Permeabilitätsbarriere ist ein „intelligentes“ Hydrogel mit erstaunlichen Materialeigenschaften. Es unterdrückt den Durchtritt von inerten Makromolekülen, erlaubt aber einen bis zu 20.000fach schnelleren Einstrom derselben Moleküle, wenn diese an einen passenden Kern-Transport-Rezeptor gebunden sind. mehr
Unlösliche oder nichtkristalline Moleküle sind an vielen chemischen oder biophysikalischen Prozessen beteiligt. Dazu gehört z.B. die funktionale Kontrolle von Membranproteinen durch externe Liganden oder die Bildung von Proteinaggregaten im Zusammenhang mit der Alzheimer´schen oder Parkinson’schen Krankheit. In solchen Systemen bietet die Festkörper-NMR (Kernspinresonanz) die Möglichkeit, strukturelle und/oder dynamische Information auf atomarer Ebene zu erhalten. mehr
Zirkadiane Uhren steuern zahlreiche physiologische Prozesse wie beispielsweise Schlaf- und Wachzustand, Blutdruck und Körpertemperatur. Sie ermöglichen den Organismen die Einregelung auf den 24-stündigen Tag/Nachtrhythmus der Erdumdrehung. Fast alle Lebewesen besitzen eine zirkadiane Uhr. Bei vielzelligen Organismen beherbergen beinahe alle Zelltypen ihren eigenen Oszillator. Der Uhrenmechanismus besteht aus einem stabilen Netzwerk von Genen und Proteinen, die sich einerseits wechselweise regulieren und damit den konstanten Gang der Uhr garantieren, es der Uhr aber andererseits auch ermöglichen, sich auf Änderungen im Licht- und Nahrungsrhythmus einzustellen. mehr
Die Arbeitsgruppe „Biomedizinische NMR“ befasst sich mit der Weiterentwicklung der Magnetresonanz-Tomografie und ihrer Anwendung in der Neurobiologie. Die Ansätze erlauben einzigartige Einblicke in die Struktur, den Stoffwechsel und die Funktion des intakten lebenden Gehirns – von Maus bis Mensch. Schwerpunkte bilden neben methodischen Entwicklungen die Untersuchungen von Tiermodellen neurodegenerativer Erkrankungen sowie neue Zugänge zu der Verschaltung von Nervenfasern und der kortikalen Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn. mehr
Die Freisetzung unterschiedlichster Signalstoffe erfolgt nach sehr ähnlichem Muster. In den Nervenendigungen ist der Neurotransmitter in Speicherbläschen, sog. Vesikeln, verpackt und wird vom Nervenimpuls durch Exozytose, d. h. Verschmelzung der Vesikel mit der Zellmembran, freigesetzt. Auf ganz ähnliche Art werden Hormone aus Drüsenzellen freigesetzt. Dabei greifen die zellulären Mechanismen der Exozytose auf dieselben molekularen Bausteine zurück. Dennoch ist bei genauer Betrachtung die Regulation der Freisetzung sehr unterschiedlich. Die meisten dieser Unterschiede sind wohl darauf zurückzuführen, dass an der Nervenendigung die beteiligten Elemente – Speichervesikel und kaliumspezifische Ionenkanäle – in hochregulierter Form zusammengeführt werden. mehr

Der JAK/STAT-Signalübertragungsweg

2006 Zeidler, Martin
Entwicklungsbiologie Zellbiologie
Komplexe Lebewesen brauchen für die Entwicklung aus einer einzelnen Eizelle sowohl Zellteilung als auch Zellspezifizierung, um die Organe und die Strukturen des erwachsenen Körpers zu bilden. Damit solche Entwicklungsprogramme vollständig ablaufen können, müssen die Zellen in der Lage sein, Anweisungen von evolutionär konservierten Signalübertragungswegen zu empfangen und korrekt zu interpretieren. Einer dieser Wege, die JAK/STAT-Signalübertragung, ist Gegenstand der Forschung im Labor von Martin Zeidler, MPI für biophysikalische Chemie, Göttingen. Der JAK/STAT-Signalübertragungsweg spielt eine wichtige Rolle während der Embryonalentwicklung, bei der Entwicklung von Blutzellen und der Funktion des Immunsystems. Eine Fehlaktivierung der JAK/STAT-Signaltransduktion kann beim Menschen zu Leukämien oder Lymphomen führen. Ein besseres Verständnis dieses Übertragungsweges und der Mechanismen, die seine Aktivität kontrollieren, ist deshalb möglicherweise bedeutsam für die Medizin. Das Team um Martin Zeidler macht sich die evolutionäre Konservierung der verschiedenen Signalübertragungswege zunutze und untersucht die Regulatoren der JAK/STAT-Signalübertragung bei der Taufliege Drosophila melanogaster. Mit den verfügbaren genetischen und molekularen Methoden der Drosophila-Forschung haben die Wissenschaftler in verschiedenen Rasterfahndungen, so genannten „Screens“, Gene von wesentlicher Bedeutung für diesen Übertragungsweg identifiziert. Einige dieser Moleküle haben sie genauer während der normalen Entwicklung der Taufliege untersucht und dabei das Verständnis dieses wichtigen Signalübertragungsweges verbessert. Möglicherweise können so in der Zukunft durch Fehlaktivierungen hervorgerufene Erkrankungen besser diagnostiziert und behandelt werden. mehr

Prägung der Zellidentität in der Bauchspeicheldrüse

2006 Mansouri, Ahmed
Medizin Zellbiologie
Ein kleiner Teil der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) ist zuständig für die Ausschüttung von Hormonen, zum Beispiel Insulin, zur Regulation des Blutzuckerspiegels. Mithilfe der Maus als Tiermodell wollen Wissenschaftler am MPI für biophysikalische Chemie in Göttingen Faktoren identifizieren, die die Prägung dieser verschiedenen Hormon-produzierenden Zellen steuern. Zwei Kontrollgene, Arx und Pax4, sind maßgeblich für die koordinierte Reifung dieser Zellen verantwortlich. mehr
Mikroskopie mit fokussiertem sichtbaren Licht unterlag üblicherweise der Abbeschen Beugungsgrenze: Strukturen, die feiner sind als etwa die halbe Lichtwellenlänge, können nicht aufgelöst werden. Arbeiten am Göttinger MPI haben aber gezeigt, dass in der Fluoreszenzmikroskopie, die für die Biologie eminent wichtig ist, die Beugungsgrenze aufgehoben werden kann. Das erste Beispiel dafür ist die Stimulated Emission Depletion (STED)-Mikroskopie, die zur Zeit Auflösungen von 50 nm (1/12 der Wellenlänge) liefert und kürzlich sogar experimentell die Fähigkeit unter Beweis stellte, 16 nm aufzulösen. mehr

Keimzellentwicklung im Zebrafisch

2005 Raz, Erez
Entwicklungsbiologie
Tiere bestehen aus zwei Hauptzelltypen: somatischen Zellen, welche für die Entwicklung und das Überleben eines Organismus verantwortlich sind, und Keimzellen, die sich zu Eizellen beziehungsweise Spermien differenzieren und die Entstehung eines neuen Organismus in der nächsten Generation ermöglichen. Eine Nachwuchsgruppe am Göttinger MPI für biophysikalische Chemie studiert die Entwicklung der Keimzellen im Zebrabärbling (Zebrafisch, Danio rerio), wobei die Wissenschaftler um Erez Raz insbesondere die molekularen Grundlagen der frühen Keimzellentwicklung und die Interaktion zwischen somatischen Zellen und Keimzellen in diesem Zeitfenster der Entwicklung zu verstehen suchen. Sie analysieren die Mechanismen, die bei der Auftrennung der Soma- und Keimzellenpopulation eine Rolle spielen, sowie die Mechanismen, welche für die Wanderung der Keimzellen zu den sich entwickelnden Gonaden verantwortlich sind. Die Gonade ist das Organ, in dem sich die Keimzellen zu Spermien oder Eizellen weiterentwickeln. Durch die Verwendung von Mutationen, die die somatische Entwicklung beeinträchtigen, können die Wissenschaftler bestimmen, ob somatische Zellen Signale absondern, die essenzielle oder unterstützende Funktionen in der Keimzellentwicklung haben. Umgekehrt analysieren sie, wie sich die somatischen Zellen entwickeln, wenn die Keimzellentwicklung blockiert ist. mehr
Nervenzellen "unterhalten sich" mithilfe von so genannten Synapsen, wobei Veränderungen dieser Synapsen der langfristigen Informationsspeicherung im Nervensystem zu dienen scheinen. Die Nachwuchsgruppe "Neuroplastizität" am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie beschäftigt sich mit den zellulären und molekularen Mechanismen, die der Etablierung und der plastischen Umgestaltung von Synapsen zu Grunde liegen. Als Modellsystem dienen die neuromuskulären Synapsen der Fruchtfliege Drosophila, wobei die bekannten genetischen Ansätze mit elektrophysiologischen Messungen kombiniert werden. Darüber hinaus haben die Wissenschaftler um Stephan Sigrist Protokolle entwickelt, die es erlauben, identifizierte Synapsen über mehrere Tage im intakten Tier (in vivo)zu verfolgen. Besonderes Interesse gilt hierbei den synaptischen Glutamatrezeptoren, die das von der vorgeschalteten präsynaptischen Zelle kommende Signal übertragen. Es zeigt sich, dass sich neue Glutamatrezeptor-Felder ausschließlich de novo ausbilden und dann innerhalb von etwa 24 Stunden zu ihrer endgültigen Größe heranwachsen. Die Mobilität der Glutamatrezeptoren während der Ausbildung einzelner Rezeptorfelder wurde in Bleichexperimenten und vermittels Photo-Aktivierung in vivo vermessen. Während reife Rezeptorfelder aufgrund geringen Ein- und Austritts von Rezeptoren stabil sind, kontrolliert der "Import"von Glutamatrezeptoren direkt das Wachstum der Rezeptorfelder. In Übereinstimmung hiermit finden die Wissenschaftler, dass Glutamatrezeptoren - unabhängig von ihrer Funktion als Ionenkanäle - direkt für den Aufbau der postsynaptischen Strukturen benötigt werden. Die Interaktion zwischen prä- und postsynaptischer Seite während der synaptischen Etablierung wird zurzeit durch In-vivo-Bildgebung untersucht. Überraschenderweise finden die Forscher hier, dass das "Drosophila-Grip-Homologe", potenzieller Bindungspartner von Glutmatrezeptoren, auch den Prozess der muskulären Wegfindung kontrolliert. mehr

Schwingungsenergietransfer durch molekulare Ketten

2004 Schwarzer, Dirk
Chemie Quantenphysik
Der intramolekulare Schwingungsenergietransfer in verbrückten Azulen-Anthrazen-Verbindungen wird mithilfe zeitaufgelöster Spektroskopie untersucht. Die Brücken bestehen aus molekularen Ketten vom Typ (CH2)m mit m ≤ 6 sowie (CH2OCH2)n (n = 1,2) und CH2SCH2. Mit einem kurzen Laserpuls werden angeregte Moleküle präpariert, bei denen die Überschussschwingungsenergie zunächst auf der Azulenseite lokalisiert ist. Der Energietransfer durch die Brücke zur Anthrazenseite wird mit einem zweiten verzögerten Laserpuls verfolgt, der den Energieinhalt des Azulen- und/oder des Anthrazenchromophors abtastet. Die entsprechenden Zeitkonstanten τIVR steigen für kurze Brücken proportional zur Kettenlänge an. Für Ketten mit mehr als drei Elementen jedoch ist τIVR konstant und beträgt 4-5 ps. Der Vergleich mit molekulardynamischen Simulationen zeigt, dass die Kopplung der Ketten an die zwei Chromophore die Geschwindigkeit des intramolekularen Schwingungsenergietransfers limitiert. Innerhalb der Brücken erfolgt der Energietransport sehr viel effizienter, sodass τIVRunabhängig von ihrer Länge ist. mehr