Molekulardynamik-Simulation photoinduzierter intramolekularer Signalübertragung in Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Stock
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218648086

Die Ausbreitung energetischer und konformationeller Änderungen in einem Protein, d. h. der Energietransfer und die intramolekulare Signalübertragung, spielen eine zentrale Rolle in der Funktion von Biomolekülen. Zeitaufgelöste Femtosekunden-Infrarotspektroskopie an photoschaltbaren Proteinen bietet eine neue und vielversprechende Möglichkeit diese Prozesse zu untersuchen, deren mikroskopische Mechanismen bislang kaum verstanden sind. Um eine Interpretation derzeit stattfindender Infrarotexperimente an den Proteinen Villin Headpiece, WW-Domäne und PDZ2-Domäne zu ermöglichen, werden wir ausführliche Molekulardynamik (MD)-Simulationen durchführen. Mittels Nichtgleichgewichtsmethoden werden wir die Zeitskalen, die Effizienz und die Ausbreitungswege des Energieflusses in diesen Proteinen identifizieren. Wir werden intramolekulare allosterische Wechselwirkungen oder intramolekulare Signalübertragung mittels eines Azobenzol-Photoschalters untersuchen, der Übergänge zwischen liganden-gebundener und freier Konformation induzieren kann. Ausführliche MD-Simulationen der photoinduzierten Konformationsänderung und der intramolekularen Signalübertragung werden durchgeführt, die uns gestatten, die Funktion des Proteins in Echtzeit zu beobachten. Um den direkten Vergleich mit dem Experiment zu ermöglichen, werden zeitaufgelöste Infrarotspektren berechnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen