Dynamik reversibel gebundener Wasserstoffbrückennetzwerke unter dem Einfluß externer Kräfte: Molekulardynamik-Simulationen Untersuchungen an Catenanstrukturen

In einem über Wasserstoffbrücken gebundenen System wie einem Protein lässt sich die Bindungsöffnung (Entfaltung) durch Anlegen einer externen Kraft erzwingen. Die Rückbindung (Faltung) kann allerdings nur in wenigen Fällen beobachtet werden. Im vorgeschlagenen Projekt sollen Molekulardynamik (MD)-Simulationen an verschlauften Calixaren-Dimeren durchgeführt werden. In diesen Systemen verhindern die aliphatischen Schlaufen die vollständige Dissoziation und gewährleisten somit eine mögliche kinetische Reversibilität, die sich detailliert untersuchen lässt. In Abhängigkeit der Länge der Schlaufen erfolgt die Bindungsöffnung direkt oder über einen Zwischenzustand. Der Einfluss dieses Intermediats auf die kinetischen Raten und die Beziehungen zwischen der Schlaufenlänge und kinetischer Reversibilität soll eingehend analysiert werden. Bei der Bindungsöffnung und -bildung handelt es sich um stochastische Prozesse und die kinetischen Raten werden aus der statistischen Analyse einer großen Zahl von MD-Simulationen ermittelt. Die entsprechenden Systeme sind klein genug (maximal 10.000Teilchen), um die benötigte große Anzahl an Simulationen mit vertretbarem Aufwand durchführen zu können. Andererseits zeigen sie aber in Bezug auf die Dynamik des Wasserstoffbrückennetzwerks eine Komplexität, die eine sinnvolle Verallgemeinerung der Ergebnisse auf chemisch oder auch biologisch relevante Systeme zulässt. Es sollen Simulationen mit unterschiedlichen Protokollen für das Anlegen der externen Kraft durchgeführt werden und die Resultate für die kinetischen Raten und weitere strukturelle und dynamische Parameter verglichen werden. Die Ergebnisse erlauben es, den Einfluss verschiedener Nichtgleichgewichtseffekte aufgrund der externen Kraft detailliert zu studieren.