Ab initio-, Tight-Binding- und QM³-Rechnungen eines realistischen Rhodopsinmodells

真实视紫红质模型的从头算、紧密结合和 QM³ 计算

• 批准号: 5322428
• 负责人: Professor Dr. Peter Entel (†)
• 金额: --
• 依托单位: Fakultät für Chemie
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2000-12-31 至 2002-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5322428?language=en
• 关键词: Ab; initio; Tight; Binding; und

11-cis-Retinal ist der Chromophor von Rhodopsin, dem Protein, das in der Netzhaut der Augen von Wirbeltieren für das HellDunkel-Sehen verantwortlich ist. Ausgelöst wird der Sehprozeß photochemisch durch die cis/trans-Isomerisierung der C11-C12Doppelbindung des Retinals, eine Reaktion, die außerordentlich schnell und mit hoher Quantenausbeute und Selektivität erfolgt. Diese besondere Reaktivität zeigt der Chromophor nur im gebundenen Zustand, als Folge seiner Einpassung in die Bindungstasche des Proteins. Auf welche Weise der Chromophor mit dem Protein wechselwirkt, ist allerdings weitgehend unbekannt. Von einer Struktur mit atomarer Auflösung, aus der die geometrischen Konsequenzen der Proteinbindung für den Chromophor zu erkennen wären, ist man noch Jahrzehnte entfernt. Gegenstand des Projektes ist deshalb die Berechnung eines realistischen Rhodopsinmodells mit Hilfe von moleküldynamischen Simulationen auf ab initio- und Tight-Bindung-Niveau und durch Kombination von Quantenchemie und Molekülmechanik (Quantum Embedding oder QM³). Ausgehend von der kürzlich bekannt gewordenen Kristallstruktur des Rhodopsins soll so der Einfluß der Proteinumgebung auf die Chromophorkonformation untersucht und ein Modell für die Steuerung der Sehkaskade durch die im Chromophor gebundene photonische Energie entwickelt werden.

11-顺式-视网膜是视紫红质发色团的蛋白质，它存在于视紫红质眼孔的网中。通过C11-C12分子与视网膜的顺/反异构结合，产生一种顺式或反式的光化学反应，这种光化学反应是有序的，具有更高的量子效率和选择性。这种发色团在蛋白质结合中具有独特的反应性。如果将发色团与蛋白质混合，则会发生未知的变化。通过一个原子膨胀的结构，通过蛋白质与发色团的几何连接，可以使发色团形成一个新的结构。本文介绍了一种基于量子化学和分子力学相结合的分子动力学模拟方法（量子嵌入或量子力学）的现实主义的红视紫红质模型。研究表明，通过对发色团结构的研究，可以发现视紫红质的晶体结构对蛋白质的影响，并建立了一种通过发色团产生光子能量韦尔登来控制视紫红质结构的模型。