Proteinfaltung mit ab-initio-Methoden

Zusammenfassung

Seit den Arbeiten von Anfinsen (1973) ist klar, dass die Faltung der meisten, wenn nicht aller Proteine ein rein physikalisch-chemisches Phänomen ist, das nur von der Proteinsequenz und den Lösungsmittelbedingungen abhängt (siehe Seite 175). Folglich sollte es möglich sein, die thermodynamisch stabile Konformation eines Proteins und seinen Faltungsweg für eine gegebene Lösungsmittelbedingung und Temperatur mit Hilfe eines Kraftfelds (siehe Kapitel 9 auf Seite 175) zu berechnen, das die inter- und intramolekularen Wechselwirkungen zwischen den Atomen des Proteins und des Lösungsmittels berücksichtigt, und unter Verwendung einer Suchmethode für die möglichen Konformationen. Solche Strukturvorhersage-Methoden, die außer der Sequenz nur physikalisch-chemische Prinzipien benutzen, sind mit ab-initio-Methoden gemeint. Zusätzlich kann zwischen Methoden unterschieden werden, die eine (statische) Strukturvorhersage zum Ziel haben, und sog. Molekulardynamik-Rechnungen (MD), die die Bewegung im Makromolekül und damit z. B. den Faltungsweg, Energiedifferenzen bei Ligandenbindung oder eine enzymatische Katalyse simulieren wollen. Dazu ist es nötig die Kräfte zu berechnen, die auf jedes Atom wirken

$${{\vec{F}}_{i}} = - \sum\limits_{j} {\nabla {{P}_{{ij}}},}$$