Vorhersage von Proteinflexibilität aus geometrischen Zwangsbedingungen

Proteine sind Makromoleküle, die an allen zellulären Prozessen in lebenden Organismen beteiligt sind. Sie katalysieren chemische Reaktionen, dienen als Speicher- und Transportmedium, arbeiten als molekulare Maschinen oder erkennen Signale und lösen Immunreaktionen aus. Bei nahezu all diesen Prozessen spielen Strukturänderungen, bzw. intramolekulare Bewegungen des Proteins eine Rolle. Diese dynamischen Eigenschaften von Proteinen sind experimentell nur schwer oder meistens überhaupt nicht zugänglich, da die überwiegend eingesetzte Methode, die Röntgenstrukturaufklärung, nur statische Bilder der Struktur liefern kann. Aus diesem Grund spielen computergestützte Methoden wie Molekulardynamiksimulationen eine zunehmend wichtigere Rolle in der modernen Proteinforschung. Viele funktionell relevanten Konformationsänderungen von Proteinen finden allerdings auf Zeitskalen statt, die mit dieser Methode aufgrund des enormen Rechenaufwands nicht erreicht werden. Somit ist die Entwicklung alternativer Methoden, die mit vertretbarem Rechenaufwand Aufschluß über mögliche Konformationsänderungen geben können, von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wird die Weiterentwicklung einer geometriebasierten Methode, des CONCOORD-Algorithmus, und ihre Anwendung auf Systeme mit physiologischer Relevanz beschrieben.Proteins are macromolecules that participate in all cellular processes in every living organism. They catalyze chemical reactions, serve as storage or transport system, function as molecular motors, recognize signals and trigger immune respones. Almost all of these processes are associated with conformational changes and motions. Dynamic properties of proteins, however, are extremely difficult to study experimentally. X-ray crystallography for instance, the major source of information about protein structures, provides only static pictures. Therefore, computational approaches like molecular dynamics simulations gain growing recogniction in modern protein research. Many functionally relevant conformational changes, however, take place in timescales which are not accessible with MD simulations due to the high computational demand. Thus, the development of alternative techniques that provide information about possible conformational changes is of great interest. In this work the further development of a geometry-based approach, the CONCOORD-algorithm, and its application to physiologically relevant systems is described