Dynamische Eigenschaften von Biomolekülen aus ab initio Quantendynamik auf der reellen Zeitkoordinate

• Antragstellerin: Dr. Mariana Rossi
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238016737

Die Einbeziehung nuklearer Quanteneffekte (NQE) in die Berechnung dynamischer Observablen aus Computersimulationen ist eine bestehende Herausforderung, insbesondere auf dem Gebiet der Elektronenstrukturberechnungen aus ersten Prinzipien für reale Materialien und Moleküle. In diesem Projekt beabsichtige ich, Herausforderungen hinsichtlich der Methode und Anwendungen bei der Einbeziehung nuklearer Quanteneffekte in Autokorrelationsfunktionen zu untersuchen, die mittels erster Prinzipien aus Pfadintegralsimulationen berechnet wurden. Ich werde neue Wege entwickeln, um die Kosten für Ringpolymer und Centroid ab initio-Moleküldynamik (AIMD) zu reduzieren und ihre Konvergenz zu beschleunigen. Weiterhin plane ich, neue Konzepte und Techniken zu untersuchen, um Quantenautokorrelationsfunktionen zu erhalten, die frei von bekannten störenden Effekten in den beiden zuvor erwähnten Methoden sind. Sehr wichtig für diese Vorhaben wird die Expertise in der Gruppe von Prof. Manolopoulos in Oxford sein. Ich werde die entwickelten Konzepte zur Auswertung aus AIMD stammender, NQE enthaltender, anharmonischer Infrarot-Spektren mittelgroßer bis großer Biomoleküle verwenden. Ich werde Gasphasenspektren berechnen, wobei ich Lösungsmitteleffekte mittels schrittweiser Hydrierung bis hin zur vollständigen Hydrierung einbeziehen werde, stets unter Berücksichtigung von NQE. Diese Spektren werden eine bislang unerreichbare Genauigkeit haben. Sie werden damit enorm bei der Interpretation experimenteller Daten helfen und wertvolle Erkenntnisse zur Charakterisierung von Polypeptiden und Proteinstruktur liefern. Als letzte Anwendungsherausforderung plane ich, die Struktur und Dynamik von Protonenpumpkanälen zu untersuchen, wofür ich mir experimentelle Unterstützung von Forschungsgruppen aus Oxford erhoffe.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor David E. Manolopoulos, Ph.D.