Simulation of ion transport and substrate translocation through nanopores

• Applicant: Professor Dr. Ulrich Kleinekathöfer
• Subject Area: Theoretical Chemistry: Electronic Structure, Dynamics, Simulation
• Term: from 2009 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 135618365

Das Ziel dieses Projektes ist ein besseres Verständnis und die Modifikation des Ionentransportes und der Translokation von Substrat-Molekülen durch Nanoporen. Mit Molekulardynamik-Simulationen verstärkt durch Vergröberungstechniken soll der Einfluss der atomaren Details auf den Ionentransport untersucht werden. Als Testsystem konzentrieren wir uns auf die biologischen Kanäle im Protein OmpC, für welches eine hochauflösende Kristallstruktur verfügbar ist. In enger Zusammenarbeit mit Experimentatoren ist es nicht nur Ziel, die elektrostatischen und sterischen Effekte zu verstehen, die im Kanal die Hauptrolle spielen, sondern auch den Kanal durch Mutationen bestimmter Aminosäuren so zu verändern, dass bestimmte Werte erreicht werden. So können die Leitfähigkeit und die Selektivität für bestimmte Ionentypen geplant und z. B. molekulare Siebe entwickelt werden. In einem zweiten Teil soll der Transport von Molekülen durch Nanoporen am Beispiel der Translokation von Antibiotika wiederum durch den Kanal OmpC und auch durch OmpF studiert werden. Ziel ist es, verschiedene Methoden zur Berechnung des Potentials der mittleren Kraft zu testen und dann auf Antibiotika anzuwenden. Da die Ionenleitfähigkeit in den Experimenten als indirekter Test der Antibiotika-Translokation benutzt wird, ist es das Endziel, die Ionentransport- und die Translokations-Simulationen zu kombinieren, um Medikamente entwerfen zu können, die effizient biologische Nanoporen passieren.

• DFG Programme: Research Grants