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Internal Friction in Peptide Kinetics
Schulz, Julius Christoph Friedrich

Main titleInternal Friction in Peptide Kinetics
Title variationsInterne Reibung der Peptidkinetik
Author(s)Schulz, Julius Christoph Friedrich
Place of birth: Berlin
1. RefereeProf. Dr. Roland R. Netz
Further Referee(s)Prof. Dr. Frank Noé
Keywordsinternal friction; peptide; molecular dynamics
Classification (DDC)572 Biochemistry
530 Physics
SummaryDie Proteindynamik wird entscheidend von Reibungseffekten beeinflußt, die nicht nur vom umgebenden Lösungsmittel herrühren, sondern auch durch die Wechselwirkun- gen innerhalb der Proteinkette bestimmt werden. Experimentell ist diese interne Rei- bung durch Faltungs- oder Bindungskinetik bei verschiedenen Lösungsmittelviskositäten untersucht worden; allerdings ist die molekulare Ursache dieser Effekte nicht gut verstanden. In dieser Arbeit haben wir die Effekte von interner Reibung sowohl mit Gleichgewichts- als auch Nichtgleichgewichts-Molekulardynamiksimulationen genauer untersucht.
Wir haben eine Methode entwickelt, um mittels skalierter Lösungsmittelmasse die Viskosität zwei Größenordnungen zu variieren ohne dabei die Freie-Energie-Landschaft des Proteins zu verändern. Unsere Methode ist besonders geeignet, um die Peptidkinetik bei nahezu verschwindenden Viskositäten zu untersuchen, die experimentell nicht zugänglich sind. Experimentelle Studien haben unterschiedliche funktionelle Abhän- gigkeiten von der Viskosität vorgeschlagen, wobei unsere eigenen Ergebnisse nahele- gen, dass die internen Reibungseffekte und die des Lösungsmittels intrinsisch mitein- ander verknüpft sind. Dieses Ergebnis unterlegen wir mit der Berechnung der End-zu- End-Entfernungs-Dynamik von Polymeren mittels eines Rouse-Modells, welches interne Reibungseffekte beinhaltet. Während dieses Modell allerdings keine Effekte wie Wasserstoffbrückenbindungen enthält, zeigt eine Analyse des lokalen Reibungsprofils entlang verschiedener Reaktionskoordinaten, dass eine Verbindung zwischen Reibung und der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen besteht.
Da die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen allerdings ein entscheidender Faktor bei der Bildung von Sekundärstrukturen ist, kann interne Reibung zum Verständnis des Faltungsprozesses beitragen. Da die Sekundärstruktur von großer Bedeutung für die biologische Funktion eines Proteins ist, wird eine Mißfaltung als Erklärung für viele Krankheiten betrachtet, darunter auch verschiedene neurodegenerative Krank- heiten wie Chorea Huntington oder Morbus Parkinson. Mittels erzwungener Entfal- tung von Polyglutamin- und Polyalanin-Homopeptiden in miteinander konkurrieren- den α-Helix- und β-Schleifen-Strukturen können wir die Gleichgewichts-Freie-Energie- Effekte von den dissipativen Nichtgleichgewichts-Effekten trennen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass α-Helices duch eine größere Reibung bzw. Dissipation bei der Faltung charakterisiert sind, unabhängig, ob sie, gemessen an der freien Energie, gegenüber der β-Schleife bevorzugt sind. Basierend auf Molekulardynamiksimulationen von atomistischen Peptidmodellen, legen unsere Analysen nahe, dass dieser Unterschied mit der internen Reibung zusammenhängt und vor allem durch eine unterschiedliche, charak- teristische Anzahl von Intra-Peptid-Wasserstoffbückenbindungen des α-helikalen und des β-Schleifen-Zustands bestimmt ist, wobei die Anzahl größer für den helikalen Zustand ist.
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PDF-Datei von FUDISS_thesis_000000101909
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Number of pagesiv, 89 Seiten
FU DepartmentDepartment of Physics
Year of publication2016
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2015-09-10
Created at2016-04-29 : 12:43:54
Last changed2016-05-19 : 07:56:24
 
Static URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000101909
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000101909-0
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