Funktionelle Nichtgleichgewichtsdynamik von Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Stock; Dr. Steffen Wolf
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431945604

Biologische Prozesse in lebenden Organismen finden unter inhärenten Nichtgleichgewichtsbedingungen durch Konzentrationsänderungen von Substraten wie ATP, Ionen und Liganden statt. Infolgedessen z.B. benötigen Arzneimittel mit langsamen Dissoziationsraten eine weniger häufige Dosierung und verursachen damit weniger Nebenwirkungen. Ein weiterer interessanter Prozess ist die Reaktion eines Proteins auf die Bindung oder Abdiffusion eines Liganden, die oft zu Allosterie führt, d. h. zu korrelierten strukturellen Umlagerungen zwischen entfernten Bindungsstellen, die inter- und intrazelluläre Signale vermitteln.Innerhalb der Forschungseinheit "Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen" wird dieses Projekt formale Beschreibungen von Nichtgleichgewichten und dynamische "coarse-graining" Verfahren auf biologische Systeme erweitern und anwenden, um die molekularen Mechanismen aufzuklären, welche die Zeitskalen von Protein-Ligandbindung und -dissoziation sowie die folgenden strukturellen Reaktionen von Proteinen bestimmen. Da Konformationswechsel vom Bindungsmodus des Liganden abhängen und Konformationsübergänge bereits während der (Ab-)Bindung des Liganden auftreten können, sind beide Themen eng miteinander verbunden. Wir werden hauptsächlich dissipationskorrigierte "targeted" MD und temperaturbeschleunigte Langevinsimulationen anwenden, um die Bindung oder Abdiffusion von Liganden an Proteine zu beschreiben, und Markov-Modellierung, um die folgenden Konformationsänderungen von Proteinen zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5099: Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen