Synthetische und theoretische Methoden zur Bestimmung korrelierter Dynamiken in Miniproteinen
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Aufklärung der korrelierten Dynamik verschiedener bioorganischer Systeme mit unterschiedlichen Zeitskalen, wobei sowohl synthetische als auch analytische und theoretische Methoden zum Einsatz kamen. Zunächst wurde die Charakteristik der Bewegung eines dimeren...
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Beteiligte: | |
| Format: | Dissertation |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Philipps-Universität Marburg
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | PDF-Volltext |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Zusammenfassung: | Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Aufklärung der korrelierten Dynamik verschiedener bioorganischer Systeme mit unterschiedlichen Zeitskalen, wobei sowohl synthetische als auch analytische und theoretische Methoden zum Einsatz kamen. Zunächst wurde die Charakteristik der Bewegung eines dimeren Tetradisulfid beschrieben. Zuvor durchgeführte experimentelle Studien postulierten eine gerichtete Scharnierbewegung der V-förmigen Struktur, die sich aus zwei β-hairpin-Motive zusammensetzt und als kodierbare Dimerisierungsdomäne verwendet wurde. NMR-Strukturberechnungen, gefolgt von MD-Simulationen erlaubten die initiale Erfassung der Gesamtdynamik. Die dominanten Bewegungen, das Öffnen und Schließen sowie die Verdrillung der β-hairpins wurden durch Hauptkomponentenanalyse identifiziert. Um das begrenzte sampling zu überwinden, wurden kollektive Variablen in Analogie zu den Hauptkomponenten ausgewählt, die anschließend in einer wt-Metadynamik zur Beschleunigung der Simulation eingesetzt wurden. Die daraus resultierende freie Energiefläche erlaubte die Identifikation eines Bewegungsmechanismus für das Scharnier-Peptid. Neben der Charakterisierung der Dynamik des isolierten Scharnier-Peptids, wurde dieses Strukturmotiv in einer Proteinumgebung, dem vier-Helix-Bündel betrachtet. Anschließend wurde die Dynamik des hydrophoben Kerns eines Zinkfingerpeptides durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden untersucht. Strukturberechnungen und MD-Simulationen enthüllten eine eingeschränkte Rotation des zentralen Phenylalanins um χ2, die dennoch die Ausbildung eines AA'BB'C-Spin-Systems im NMR-Spektrum erlaubt. Um die Orientierung des Phenyls im hydrophoben Kern präzise beschreiben zu können, wurden Tolyl/Xylyl-Derivate synthetisiert, die zum Symmetriebruch der Rotation führten. Dieses Methyl-Hüpfen um den aromatischen Ring zeigte, dass ε-Substitutionen zum Ausfrieren der Dynamik führten, während Modifikationen der δ-Position eine eingeschränkte Rotation erlaubten. Das Energieprofil konnte erneut durch Metadynamiken erhalten werden und steht in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Abschließend wurde die Dynamik von β,β-Diaryl-α-Aminosäurehybriden untersucht. NMR-Spektroskopische Studien lieferten Hinweise für eine abhängige Rotation der Seitenketten, dem sogenannten gearing. Die Kombination aus MD-Simulation und Metadynamiken enthüllte zwar eine Erhöhung der Energiebarriere im Vergleich zu den entsprechenden natürlichen Aminosäurevorläufern, jedoch verhindert die geringe Verzahnung der aromatischen Ringe kontinuierliches gearing. Stattdessen konnte der Zahnradschlupf als dominierende Bewegungsform identifiziert werden. Auf der Basis von ab initio Berechnungen wurden Substitutionsmuster innerhalb der Seitenkette postuliert, die nicht nur eine adäquate Energiebarriere und Verzahnung für molekulares gearing besitzen, sondern auch synthetisch zugänglich wären. Die vorliegende Arbeit liefert entscheidende Beiträge zur Charakterisierung korrelierter Dynamiken von bioorganischen Systemen und erweitert somit die Grundlagen zum gezielten Designen von Strukturmotiven. |
|---|---|
| Umfang: | 300 Seiten |
| DOI: | 10.17192/z2021.0464 |