Die Systembiologie ist ein auf der Biologie basierendes interdisziplinäres Studiengebiet, das sich mit komplexen Wechselwirkungen innerhalb biologischer Systeme beschäftigt. Sie verbindet Biologie, Informatik und Systemwissenschaften. Die im Labor erzeugen biologischen Daten werden mit Hilfe von computergestützten Ansätzen analysiert, wobei das gesamte biologische System und nicht nur einzelne Parameter berücksichtigt werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten in biologischen Systemen werden analysiert, ebenso wie diese Wechselwirkungen die Funktion und das Verhalten des Systems bewirken, z. B. Enzym und Metaboliten in einem Stoffwechselweg.
In diesem Workshop wird die Aktivität eines Enzyms namens ß-Galactosidase (ß-Gal) analysiert. Das betreffende Enzym ist an der Aufspaltung von Laktose in Glukose und Galaktose beteiligt. Die Reaktionsgeschwindigkeit von Enzymen, die Substrate in einer bestimmten Weise verändern, wird durch Parameter wie die Temperatur und den pH-Wert eines Systems beeinflusst, die die enzymatische Reaktion beschleunigen oder verlangsamen. Nach einer theoretischen Einführung machen die Studenten erste Erfahrungen mit der Software CellDesignerTM und erarbeiten ein eigenes Rechenmodell des Laktose-Wegs. Sie lernen, welche biologischen Daten benötigt werden, um das Modell zu füttern. Diese Daten werden im Labor selbst generiert. Am Ende des Tages werden sie in der Lage sein, die folgenden Fragen zu beantworten: Hängt die Aktivität von ß-Gal von der Temperatur ab? Ist es möglich, die Aktivität von ß-Gal rechnerisch zu modellieren?
Ausgestattet mit Laptops und Laborkitteln haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, verschiedene Forschungsthemen zu entdecken:
- Den Stoffwechselweg von Laktose in den Zellen
- Laborversuche zur Bestimmung der Michaelis-Menten-Konstante und der Geschwindigkeitsrate der enzymkatalysierten Reaktion
- Computergestützte Modellierung der temperaturabhängigen Aktivität des Enzyms ß-Galactosidase mit der Software CellDesignerTM
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