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Molecular Modelling

Modelling mithilfe von Computersimulation

Die Energieminimierung berechnet die Konformationen mit minimaler Potenzialenergie eines Systems. In vielen Fällen reichen diese Angaben aus, um die Eigenschaften des Systems hinreichend gut beschreiben zu können, für große Moleküle, die sich vielleicht zudem noch in wässriger Lösung befinden, ist eine Quantifizierung der Energieoberfläche aber nicht möglich. Solche Systeme lassen sich besser mit Computersimulationen untersuchen, die das System so weit vereinfachen, dass strukturelle und thermodynamische Eigenschaften mit einem noch vertretbaren Rechenaufwand und hinreichender Genauigkeit erstellt werden können. Computersimulationen werden auch bei der Bestimmung von Proteinstrukturen aus röntgenkristallographischen Daten eingesetzt und da, wo sich Atome oder Moleküle zeitabhängig verändern (Moleküldynamik-Simulationen).

Computersimulation und Röntgenkristallanalyse

Bei der Strukturanalyse von Proteinkristallen werden diese mit Röntgenstrahlen definierter Wellenlänge zwischen 1 und 2 Å bestrahlt. Die symmetrisch angeordneten Moleküle im Kristall streuen die Röntgenstrahlen kohärent, so dass ein Beugungsmuster aus Strahlen unterschiedlicher Intensität und Phase entsteht (auf dem Röntgenfilm zeigt sich dieses Beugungsmuster als Anordnung von Flecken). Da Röntgenstrahlen mit Elektronen interagieren, lässt das Beugungsmuster Rückschlüsse auf die Elektronenverteilung der Moleküle zu, die den Kristall bilden.

Computersimulationen übersetzen diese Elektronendichte-Karten quasi in ein Strukturmodell des Moleküls. In die 3D-Modellierung werden auch weitere Daten wie die Aminosäure-Sequenz oder Kenntnis von der bevorzugten Geometrie von Aminosäure-Seitenketten miteinbezogen.

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Abb.1
Abb.2
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