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19.06.2024

18.04.2024

Die BiMo-Ausstellung: Visualisierung von Biomolekülen mittels Virtueller Realität

Prof. Volker Wiskamp, CLB Chemie in Labor und Biotechnik

Hasareh Moradi, Hochschule Darmstadt

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Aminosäuren werden als Bausteine des Lebens bezeichnet, weil die aus ihnen hervorgehenden Proteine an zahllosen lebenswichtigen Reaktionen beteiligt sind. Um nur zwei Beispiele zu nennen: Hämoglobin ist für den Sauerstofftransport im menschlichen Körper verantwortlich, Chymotrypsin ist ein Verdauungsenzym, das den Abbau einiger mit der Nahrung aufgenommener Proteine katalysiert. Ihre Funktionen können die Proteine aufgrund ihrer einzigartigen Strukturen erfüllen.

Diese korrekt zu beschreiben und Wirkungsmechanismen beim Anbinden und chemischem Verändern von Substraten zu verstehen, ist allein schon wegen der Größe der Proteine - man sieht die funktionellen Einheiten kaum wegen der vielen Atome drumherum - eine fachdidaktische Herausforderung.

In der klassischen Biochemie-Vorlesung wird das Hämoglobinmolekül gezeigt. Dabei sind die vier Myoglobin-Untereinheiten und mehrere Helices zu erkennen, die vier Häm-Scheiben allerdings nur noch schwach. Diese werden deshalb separat als Strukturformel präsentiert. Wie nacheinander mit steigender Geschwindigkeit vier Sauerstoff-Moleküle in das Makromolekül diffundieren und sich an die vier Eisenatome binden, wird gerne schematisch durch den Übergang einer T-(tense) in eine R-(relaxed) Form dargestellt.

Der Reaktionsmechanismus einer Proteinhydrolyse an der katalytischen Triade des Chymotrypsins wird üblicherweise an der Tafel entwickelt und/oder anhand eines Schemas in der charakteristischen Fachsprache erklärt.

Studentin mit VR-Brille
Abb.1: Studentin mit VR-Headset und Controllern
Keine der hier exemplarisch vorgestellten zweidimensionalen Darstellungen der Proteine ermöglicht den Studierenden ein wirkliches räumliches Verständnis der Strukturen und der biochemischen Abläufe.

Durch die Verwendung von Virtual-Reality-Headsets und manuellen Controllern können Studierende in eine virtuelle Umgebung - z.B. die in diesem Artikel beschriebene BiMo-Ausstellung - eintauchen und die darin befindlichen, aus Datenbanken importierten und mit speziellen Computerprogrammen bearbeiteten 3D-Modelle von Aminosäuren und verschiedenen Proteinen durch visuelle, akustische und haptische Wahrnehmungen interaktiv erkunden.


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