Biologische Systeme. Modul 16980, Anwendungsfach. Peter Scheurich, Institut für Zellbiologie und Immunologie

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1 Modul 16980, Anwendungsfach Biologische Systeme Peter Scheurich, Institut für Zellbiologie und Immunologie Peter Scheurich (IZI)

2 Einordnung des Anwendungsfachs 'Biologische Systeme' in die Gesamtstruktur des Studiengang Technische Kybernetik Semester: Modul 'Grundlagen der Natur- und Ingenieurwissenschaften' Die Studierenden haben größtmögliche Wahlfreiheit. Im Modul "Grundlagen der Natur- und Ingenieurwissenschaften" sind im Umfang von 12 LP Module aus den Angeboten der Studiengänge der Fakultäten Energie-, Verfahrens- und Biotechnik, Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie sowie Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik zu wählen. Für die Auswahl gelten 5 Abs. 5 und 9 Abs. 1 Nr. 4 der Prüfungsordnung. Art und Umfang der Leistungs- erbringung richten sich nach den Prüfungsordnungen und Modulhandbüchern der Studiengänge, dem die Module entnommen sind. Vorschläge sortiert nach fachlichen Bereichen: Bereich Biologie Technische Biologie I/II, Modulnummer 17960, Modulkürzel , 6 LP aus dem Studiengang Verfahrenstechnik (Takors) Biophysik I, Modulnummer 14960, Modulkürzel , 6 LP aus dem Studiengang Chemie (Wrachtrup) Biochemie I, Modulnummer 20960, Modulkürzel , 6 LP aus dem Studiengang Technische Biologie (Hilt) Biophysikalische Chemie, Modulnummer 11980, Modulkürzel N/A, 6 LP aus dem Studiengang g Mathematik (Ghosh) ANSPRECHPARTNER Prof. Dr.-Ing. F. Allgöwer Universität Stuttgart Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik Prof. Dr. N. Radde Universität Stuttgart Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik Dipl.-Ing. S. Waldherr Universität Stuttgart Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny Universität Stuttgart Institut für Systemdynamik Prof. Dr. P. Scheurich Universität Stuttgart Institut für Zellbiologie und Immunologie Peter Scheurich (IZI)

3 Einordnung des Anwendungsfachs 'Biologische Systeme' in die die Gesamtstruktur des Studiengang Technische Kybernetik Semester: Wahlbereich Anwendungsfach Biologische Systeme Biomoleküle und Biomedizin (Hilt/Kontermann 6 LP) Systemische Physiologie (Wollnik/Hauber 3 LP) Biomolekülstruktur und Thermodynamik (Ghosh 3 LP) Zellbiologische Grundlagen für die Systembiologie (Scheurich/Waldherr 6 LP) Zellbiologische und Physiologische Grundlagen (Scheurich/Wollnik 6 LP) 5. Semester: Modul 'Modellierung I' Dynamik biologischer Systeme (Radde) Wahlkatalog: Dynamik verfahrenstechnischer, mechanischer, oder biologischer Systeme oder Maschinendynamik Master Technische Kybernetik: Vertiefungsrichtung 'Systembiologie; Wahlkatalog: Dynamik verfahrenstechnischer, mechanischer, oder biologischer Systeme oder Maschinendynamik Peter Scheurich (IZI)

4 Modul 16980; 12 LP sind zu wählen Biomoleküle und Biomedizin (Hilt/Kontermann; 6 LP; SS) Hilt/Rudolph; Biochemie Kontermann; Biomedical Engineering Systemische Physiologie (Wollnik/Hauber; 3 LP; SS) Biomolekülstruktur und Thermodynamik (Ghosh; 3 LP; SS) Zellbiologische Grundlagen für die Systembiologie (Scheurich/Waldherr 6 SS) Scheurich, IZI-Mitarbeiter; Zellbiologie (Vorlesung + Tutorium) Waldherr/Scheurich; Praktikum Vom Experiment zur Simulation Zellbiologische und Physiologische Grundlagen (Scheurich/Wollnik; 6 LP; SS) Scheurich, IZI-Mitarbeiter; Zellbiologie (Vorlesung + Tutorium) Systemische Physiologie (Wollnik/Hauber; 3 LP; SS) Peter Scheurich (IZI)

5 Biochemie Biochemische Evolution, Grundprinzipien des Lebens, die biologische Energie Die Zelle Aminosäuren und Proteine: Struktur, Faltung, Funktion Biokatalysatoren: Enzyme, Coenzyme, Enzymkinetik und Regulation Nukleinsäuren und die genetische Information: DNA, RNA, trna, genetischer Code, Genexpression Gentechnologie, DNA Sequenzierung, PCR Lipide und biologische Membranen Transport und Kommunikation über Membranen Energie- und dbaustoffwechsel: Kohlenhydrate, h Fette, Proteine, Glykolyse, l Citratzyklus, t oxidative Phosphorylierung, Photosynthese, Gluconeogenese, Glykogenstoffwechsel, Pentosephosphatweg Übersicht über den Aminosäure-, Nucleotid- und Fettstoffwechsel Der Zellzyklus, Grundlagen der Regulation durch Phosphorylierung und Ubiquitylierung Anwendungsbereiche der Biotechnologie Methoden der Biochemie (Praktikum): Proteine: Löslichkeit, Stabilität, immunologischer Nachweis DNA: Isolation aus E.coli (Miniprep), Restriktionsverdau, Elektrophorese, Transformation von E.coli mit einem Plasmid Peter Scheurich (IZI)

6 Biomedizin Medical Need Marktentwicklung rekombinanter therapeutische Proteine Arzneimittelentwicklung Galenik und Qualitätssicherung Pharmakologie und Toxikologie Anwendungen Gerinnungsfaktoren Antikoagulanzien Hormone Wachstumsfaktoren Interleukine, Interferone Antikörper, Vakzine Enzyme und neue Entwicklungen in den Bereichen Gentherapie und Biogenerika Weitere therapeutische Proteine Peter Scheurich (IZI)

7 Physiologie Neurophysiologie (Nerv, Muskel, Synapse) Sinnesphysiologie (Gehör, visuelles System) Stoffwechselphysiologie (Herz-/Kreislaufsystem, Atmung) Peter Scheurich (IZI)

8 Biomolekülstruktur und Thermodynamik Proteinthermodynamik Präambel: Wie viel Energie steht für Proteinvermittelte Phänomene zur Verfügung? Proteine sind als Materie einzigartig. Einerseits sind Proteine, thermodynamischen Betrachtungen nach, nicht Tensidähnlich sondern richtige Festkörper, häufig mit einer Packungsdichte, die höher ist als in einem NaCl Kristall. Anderseits zeigen spektroskopische Methoden, dass das Proteinrückgrad und auch die Aminosäureste kontinuierlich in Bewegung sind! Also sind Proteine ATMENDE STEINE!. DIE ZUGÄNGLICHEN ZUSTÄNDE VON PROTEINEN SIND DURCH DIE VERFÜGBAREN ENERGIEN BESTIMMT! Die Vorlesung beschäftigt sich mit der Frage: was sind die thermodynamischen und kinetischen Grenzen von Proteinvermittelten Phänomenen? Z.B.: Protein-Protein- Wechselwirkung Proteinfaltung: Thermodynamische Untersuchungen Vorlesungsinhalt: Der hydrophobe Effekt was sind die Konzepte - wie genau sind diese Konzepte? Experimentelle Beweise für die energetischen Grenzen von Proteinphänomenen anhand des Beispiels T4 Lysozym Proteinfaltung thermodynamisch betrachtet wie stabil sind Proteine? Das Beispiel: die Wechselwirkung zwischen CD4 und gp120 des AIDS Virus welche einzigartige Information liefert eine thermodynamische Analyse? Peter Scheurich (IZI)

9 Zellbiologie Der Aufbau der Zelle Bausteine der Zelle RNA, DNA Transkription, Translation Struktur und Funktion von Proteinen Protein-Analytik Moderne mikroskopische Methoden Zelluläre Analytik Gentechnik und molekularbiol. Methoden Apoptose p Proliferation und Differenzierung Transformation und Zellzyklus Intrazelluläre Signaltransduktion Interzelluläre lä Kommunikation Peter Scheurich (IZI)

10 Vom Experiment zur Simulation egfp 0:00 40:00 80:00 120:00 160:00 200:00 240:00 280:00 320:00 R1 R2 R3 min:sec Peter Scheurich (IZI)

Modul 16980, Anwendungsfach. Peter Scheurich, Institut für Zellbiologie und Immunologie. Peter Scheurich (IZI)

Modul 16980, Anwendungsfach. Peter Scheurich, Institut für Zellbiologie und Immunologie. Peter Scheurich (IZI) Modul 16980, Anwendungsfach Biologische Systeme Peter Scheurich, Institut für Zellbiologie und Immunologie Peter Scheurich (IZI) 21-06-2010 1 Einordnung des Anwendungsfachs 'Biologische Systeme' in die

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