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Molecular Modelling

Moleküldynamik-Simulationen

Große Moleküle sind nie statisch und lassen sich daher nur sehr ungenau durch starre Konformationen erklären. Dieses gilt ganz besonders für Enzyme, bei denen die dynamischen Eigenschaften häufig essentiell für die enzymatische Reaktion sind (z.B. beim Induced-fit-Enzymmechanismus). Die Bewegungen, die das Protein ausführt, reichen von Fluktuationen einzelner Aminosäuren im ps-Bereich bis hin zur Bewegung ganzer Domänen im ms-Bereich (z.B. bei der Umlagerung von bakteriellen Colicinen an der Zielzell-Membran). Moleküldynamische Methoden machen es möglich, Veränderungen der Konformation eines Proteins über eine Zeitspanne von Picosekunden bis Nanosekunden zu untersuchen.

Bei der Moleküldynamik werden zunächst die Newtonschen Bewegungsgleichungen für ein Molekül basierend auf einem vorher gewählten Kraftfeld berechnet. Während der molekulardynamischen Simulation werden die Atompositionen und ihre Geschwindigkeiten als Funktion der Zeit berechnet, so dass eine Art Trajektorie erstellt wird (also eine Art Animation der molekularen Bewegungen). Anwendung findet dies besonders bei:

  • der Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften eines Moleküls
  • der Untersuchung der Bewegung von Molekülen
  • der Darstellung von Konformeren

Der Nachteil dieser Methode liegt im hohen Rechenaufwand und in der noch auf Moleküle mit weniger als 20.000 Atomen beschränkten Anwendung.

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