Entwicklung und Evaluation von effizienten und genauen theoretischen Methoden zur Berechnung Raman Spektren von Kofaktoren in Proteinen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Marcus Elstner; Professorin Maria Andrea Mroginski, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 197254636

Experimentelle Resonanz-Ramanspektren gewähren Einsichten in die Struktur, Dynamik und Funktion von Protein-Kofaktoren, die in dieser Weise nicht durch andere spektroskopische Methoden zugänglich sind, da sie eine selektive Anregung von Schwingungsmoden des Kofaktors erlauben. Dennoch ist die Analyse und Interpretation der oft komplexen Daten sehr schwierig, hier hat sich die Unterstützung durch theoretische Methoden als überaus fruchtbar erwiesen. Sie erlauben im Prinzip die Zuordnung einzelner Banden des Spektrums zu Schwingungsmoden des Kofaktormoleküls. Dennoch sind viele der z. Z. angewendeten theoretischen Methoden unzureichend, da sie die Umgebungseinflüsse und dynamischen Effekte nicht hinreichend berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für Proteine, die große und sehr flexible Kofaktoren enthalten, wie etwa die Phytochrome. Daher liegt das Ziel dieses Antrags in der Entwicklung und Anwendung von theoretischen Methoden, die effizient genug sind dynamische- und Umgebungseffekte In die Berechnung von Ramanspektren mit hinreichender Genauigkeit einzubeziehen. Dazu soll ein Zeitkorrelationsfunktionsansatz (FTTCF) mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) und genäherten DFT (Seif Consistent Charge-Density Functional Tight Binding: SCC-DFTB) Rechnungen kombiniert werden. Die Umgebungseinflüsse werden dabei durch Verwendung eines sogenannten quantenmechanisch/ molekülmechanischen (QM/MM) Hybridansatzes berücksichtigt. Als ein weiteres Ziel soll damit eine gut dokumentierte und umfangreich getestete Methodik etabliert werden, die für routinemäßige Berechnungen von Ramanspektren solch komplexer Systeme verwendet werden kann. Dazu werden diese FTTCF-basierten Verfahren mit anderen Methoden und verfügbaren experimentellen Daten unter Einbeziehung einer Reihe weiterer Korfaktor-Proteine ausgiebig getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen