Studiengruppe Biophysikalische Chemie

Ziele der Studiengruppe. Die Studiengruppe hat das Ziel, Forschenden aus den Bereichen Biologie/Medizin, Chemie und Physik mit Forschungsinteressen in den Brückenthemen Biochemie, (bio)physikalische Chemie, Biophysik ein Forum zum Austausch von Forschungsergebnissen, zur Weiterbildung, Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und gemeinsamen Interessensvertretung zu bieten.

Forschungsthemen. Die interdisziplinäre Forschung in der biophysikalischen Chemie und Biophysik hat im Grenzgebiet von Medizin, Biologie, Chemie und Physik in den letzten Jahrzehnten eine stürmische Entwicklung erfahren, um komplexe Lebensvorgänge quantitativ zu erforschen und zu verstehen. Drei wichtige Aspekte bestimmen die biophysikalische Forschung:
(1) Ergründung der physikalischen Prinzipien für die Struktur, Selbstorganisation, Regulation und Funktion biologischer Systeme und Prozesse
(2) Verständnis der Dynamik biologischer Systeme durch eine detaillierte Untersuchung und Beschreibung der Funktionsprinzipien, Informationsverarbeitung und Kommunikation
(3) Erfassung und Berücksichtigung der Heterogenität der Systeme, die durch unterschiedliche Zusammensetzungen und Konzentrationen, Nichtgleichgewichtsbedingungen oder nichtlineare Reaktivität verursacht werden kann
In dem obigen Gesamtkontext befasst sich die biophysikalische Chemie bzw. die molekulare Biophysik vor allem mit den strukturellen und dynamischen Eigenschaften von Molekülen und deren Wechselwirkungen untereinander, um mit diesem detaillierten Wissen die Eigenschaften von Modulen (molekulare Maschinen, Membranen, Organellen) in einem größeren Kontext (Zellen, Organismen) auf molekularer Basis zu verstehen. Hierauf baut die "Biophysik der Module" auf. Der Begriff Modul wird hierbei als Synonym für eine funktionelle Einheit in Bezug auf die unterschiedlichen Skalen biologischer Systeme, beispielweise Moleküle in Komplexen, Organellen in Zellen und Zellen in Organismen verwendet. Natürlich ist die Entwicklung und Etablierung spezifischer experimenteller und theoretischer Methoden zur Untersuchung und Beschreibung biologischer Systeme essentiell für alle oben beschriebenen Forschungsthemen. Zudem ist die Methodenentwicklung ein wichtiges und Themen übergreifendes Bindeglied in der Studiengruppe.

Forschungsobjekte. Aus historischer Perspektive gesehen, vereint die Studiengruppe insbesondere Forschende mit dem Ziel die Struktur sowie Dynamik von biomolekularen Systemen und Maschinen (insbesondere Proteine und Nukleinsäuren und deren Komplexe) mit Hilfe von State-of-the-Art physikalischen Methoden zu analysieren. Dieser Umstand erklärt denn auch den fließenden Übergang zur Studiengruppe Strukturbiologie.

In der Studiengruppe biophysikalische Chemie werden verschiedene kinetische Verfahren (Einzelmolekül-Experimente, Temperatur- und Drucksprung oder schneller Mischung) mit Strukturanalyse-Techniken kombiniert. Neben den klassischen Methoden der Strukturbiologie wie Röntgenbeugung und cryo-Elektronenmikroskopie werden vermehrt auch die Licht-, Rastersondenmikroskopie (AFM und STM) zur verwendet, um insbesondere die Dynamik zu erfassen. Von den spektroskopischen Methoden haben sich vor allem die Kernspinresonanz-Strukturanalyse (NMR) als auch die Elektronenspinresonanz- (EPR), die Fluoreszenz-, die Fourier-Transform-Infrared (FTIR) Spektroskopie sowie die Piko- und Femtosekunden-Laserspektroskopie etabliert. Besonders die Einzelmolekülmethoden haben durch die zeitliche Separation große Fortschritte bei der Auflösung der Systemheterogenität gebracht.

Was die zu untersuchenden Systeme betrifft, so ist deutlich eine Verlagerung von einzelnen Molekülen (z. B. Proteinfaltung) hin zu supramolekularen Assemblies bzw. Modulen wie Nukleosomen, Ribosomen, Kernporenkomplexen sowie Muskel- und Zellskelettfilamenten festzustellen. Weiter bilden photo-aktive Systeme wie Bakteriorhodopsin und photosynthetische Reaktionszentren einen thematischen Schwerpunkt. Schließlich hat sich die Struktur und Dynamik von Membranen zu einem wichtigen Thema entwickelt, wobei vor allem Lipid-Protein-Wechselwirkungen, Membranrekonstitutionen, die Struktur von Ionenkanälen, Elektroporation und optische Sonden im Zentrum dieser Aktivitäten stehen. Dieser Umstand erklärt denn auch den fließenden Übergang zur Studiengruppe Membranstruktur und -Transport.

Mit dem Fortschritt in dem Wissen über molekulare Struktur und Dynamik biomolekularer Systeme werden, bekommt die "Biophysik der Module" zur Untersuchung der Eigenschaften der Module in komplexen Umgebungen unter in vitro Bedingungen oder in lebenden Zellen immer mehr Bedeutung. Hier spielen auch die anderen klassischen Disziplinen der physikalischen Chemie und Biophysik eine wichtige Rolle: Thermodynamik (Phasengleichgewichte, Crowding), Reaktionskinetik (Nichtgleichgewichtsbedingung und nichtlineare Reaktivität), Elektrochemie (Membranen), Quantenchemie (QM-MM Simulationen) und Mechanik (Zusammenspiel der Komponenten).

Netzwerke. Das breite methodische sowie thematische Spektrum der Studiengruppe begründet auch die rege Teilnahme seiner Mitglieder an diversen nationalen und internationalen Konferenzen, ein Umstand, der in den letzten Jahren zu einem gewissen "Auseinanderleben" der Studiengruppe geführt hat. Zudem ist die Organisation der biophysikalischen Forschung als Querschnittsfach in den deutschen Fachgesellschaften ziemlich weit gestreut und hat unterschiedliche Schwerpunkte. Es gibt es vier wissenschaftliche Vereine mit einer sehr unterschiedlichen Größe und Organisationsstruktur: die Deutsche Bunsen-Gesellschaft für physikalische Chemie (DBG), die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) mit dem Fachverband Biologische Physik, die Deutsche Gesellschaft für Biophysik (DGfB) und die GBM mit unserer Studiengruppe. Die GBM fördert die Forschung und Lehre auf dem Gebiet der Biochemie und in den molekularen Biowissenschaften. Die seit 1972 bestehende Studiengruppe Biophysikalische Chemie (BPC) ergänzt das molekularen Leitbild der Gesellschaft sehr gut.

Um die Zusammenarbeit in und die Sichtbarkeit unserer Community zu stärken, wollen wir die Bildung von Netzwerken für die Veranstaltung gemeinsamer Tagungen und Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs intensivieren und so die Kommunikation und die Zusammenarbeit zu erleichtern. Daher haben die Sprecher der Studiengruppe BPC mit Unterstützung durch den GBM-Vorstand die Zusammenarbeit mit den anderen Fachgesellschaften gesucht. Dabei bin ich auf eine große Offenheit gestoßen. Mittlerweile hat die GBM Vereinbarungen über Kooperationen, Informationsaustausch auf Gremienebene und Doppelmitgliedschaft mit der DGfB und der DBG geschlossen. Zudem soll die Reduktion der Mitgliedsbeiträge bei einer Doppelmitgliedschaft die Forschenden aktivieren, die biophysikalische Forschung bei mehreren Gesellschaften zu vertreten und so die kritische Anzahl an biophysikalisch Forschenden in der Gesellschaft zu erhöhen. Zudem unterstützen die Gesellschaften die Bemühungen zur Reduktion von Parallelaktivitäten durch die Planung gemeinsamer Projekte und Veranstaltungen. Die Studiengruppe trifft sich jährlich zu wissenschaftlichen Symposien. Dazu nutzt die Studiengruppe die Gesamttagungen der GBM (Moleculear Basis of Life) und DGfB (Biennial Meeting), die alle zwei Jahre jeweils um ein Jahr versetzt abwechselnd stattfinden.


Sprecher
Prof. Dr. Claus Seidel
Universität Düsseldorf
LS für Molekulare Physikalische Chemie
Universtätsstr. 1/26.32
40225 Düsseldorf
T. 0211 8115881
F. 02118112803


Stellvertreter
Prof. Dr. Christian Herrmann
Universität Bochum
Phys. Chemie I/Proteininteraktionen
Universitätsstr. 150
44801 Bochum
T. 0234 3224173
F. 0234 3214785


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