Theoretical investigations of photo-induced self- and photolyase assisted repair of DNA using Quantum Mechanical/Molecular Mechanical methodes

• Applicant: Professor Dr. Martin Schütz (†)
• Subject Area: Theoretical Chemistry: Electronic Structure, Dynamics, Simulation
• Term: from 2009 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 114789987

In diesem Projekt sollen zwei verschiedene Reparaturmechanismen der von UV-Licht verursachten Cyclobutan Pyrimidin Dimer DNS-Läsion theoretisch untersucht werden, (i) die DNS-Selbstreparatur, die ursprüngliche Art der Reparatur solcher Läsionen, bevor spezialisierte Enzyme hierfür zur Verfügung standen, und (ii) die durch das Photolyaseenyzm katalysierte Reparatur. Beide Reparaturmechanismen werden durch die Absorption von Photonen induziert. Umgebungseffekte, die auf das aktive Zentrum wirken, werden im Kontext der Quantenmechanik/Molekülmechanik (QM/MM)-Kopplungsmethode beschrieben. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten wird der Reaktionspfad von Beginn an durch Geometrieoptimierungen mit sphärischer Nebenbedingung auf den Potentialflächen der relevanten elektronisch angeregten Zuständen verfolgt. Eine solche Strategie wurde bereits in einer vorherigen Arbeit angewandt, um den Photozyklus von ”Blue Light Using Flavin” Photorezeptoren mechanistisch zu klären. Es ist zu erwarten, dass die relevanten Potentialflächen, auf denen ein wichtiger Teil der Reaktion abläuft, ”charge transfer” (CT)-Zuständen zuzuordnen sind. Um solche Zustände vernünftig zu beschreiben, soll eine Kombination aus zeitabhängiger Dichtefunktionaltheorie und Coupled Cluster (CC2)-Responsetheorie, wie schon in früheren Arbeiten, angewandt werden. Für Rechnungen mit großen QM-Regionen werden wir die lokale CC2-Responsetheorie anwenden, die in unserer Gruppe entwickelt wird. Des Weiteren werden wir die DFT-SAPT (Symmetry Adapted Perturbation Theory)-Methode verwenden, um im Detail zu untersuchen, wie sich die individuellen Komponenten der Wechselwirkungsenergie durch die Läsion verändern.

• DFG Programme: Research Grants