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Biochemie und Biophysik

Biopolymere wie Proteine oder DNA lassen sich als elektrisch geladene Makromoleküle beschreiben, die einerseits eine komplexe, wohldefinierte Struktur besitzen, andererseits jedoch auch einen hohen Grad an lokaler Beweglichkeit zeigen. Sie bilden Strukturen und können sich zu funktionellen Komplexen zusammenlagern. Die Balance von Struktur und Flexibilität sowie der hohe Grad an spezifischen, anisotropen Wechselwirkungen verleihen Biopolymeren eine Fülle interessanter Eigenschaften. Außerdem hat das Lösungsmittel eine zentrale Rolle bei allen biophysikalischen und biochemischen Prozessen. Die Simulation von DNA und Proteinen basieren auf komplexen, dynamischen Systemen und erfordern die Betrachtung langer Zeiträume sowie die Berücksichtigung großer Teilchenzahlen.

Molekulardynamiksimulation zur Modellierung von Proteinen und DNA

Eines der wichtigsten Werkzeuge für die Modellierung von Eigenschaften geladener Biopolymere stellen molekulardynamischen Simulation dar. Zurzeit werden standardmäßig biomolekulare Systeme einer Größe von 100.000 Atomen (teilweise auch deutlich darüber) untersucht. Die Simulationszeit ist typischerweise auf mehrere 100 ns beschränkt. Für viele Anwendungen genügt jedoch die durch atomar aufgelöste Molekulardynamik-Simulationen zugängliche Zeit oder Systemgröße nicht, da sich die Proteinfaltung oder die Translokation von DNA im Milli- bis Sekundenbereich abspielt. Hier können für spezielle Systeme durch Vergröberungsstrategien physikalische Mechanismen analysiert werden.

Im SFB 716 werden Methoden zur Untersuchung von Biopolymeren (Proteine und DNA) in komplexen Umgebungen (organische Lösungsmittel, Proteinlösungen, feste Oberflächen) oder komplexen Prozessen (Protein-Protein- und Protein-Ligand-Bindung, Transport durch Poren) eingesetzt und weiterentwickelt.