Biomolekulare Strukturoptimierung

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In diesem Projekt soll ein Verfahren zur Vorhersage der tertiären Struktur von Peptiden und Proteinen entwickelt werden, welches die Geometrie des nativen Zustands als globales Minimum einer effektiven, klassischen Potentialenergieoberfläche des Peptids und eines impliziten Lösungsmittelmodells bestimmt. Hierzu ist (i) zum einen die Entwicklung eines spezifisch auf biomolekulare Fragestellungen zugeschnittenen Kraftfeldes zur Konstruktion der Potentialenergieoberfläche des Peptids/Proteins und (ii) zum anderen die Entwicklung von Methoden zur effizienten und reproduzierbaren Bestimmung von dessen globalem Minimum und (iii) schließlich die Kalibrierung eines geeigneten Lösungsmittelmodells notwendig.Dieser Zugang vermeidet die explizite Behandlung des Lösungsmittels, die gegenwärtig den numerischen Aufwand genauer Molekulardynamiksimulationen dominiert. Die Verwendung eines impliziten Lösungsmittelmodells erlaubt es darüber hinaus, das Peptidstrukturproblem als Optimierungsproblem auf einer effektiven Potentialenergieoberfläche zu beschreiben, welches dann ohne Rückgriff auf die inhärent langsame Faltungsdynamik gelöst werden kann. Der Einsatz effizienter Verfahren zur globalen Optimierung komplexer Potentialenergieoberflächen verspricht dabei eine signifikante Reduktion des numerischen Aufwands zur biomolekularen Strukturbestimmung und eröffnet damit eine Perspektive zur Behandlung größerer Moleküle.