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Bioinformatik und Proteine in 3D: Sequenz – Struktur – Funktion

Mit Methoden zur Modellierung und Simulation von dreidimensionalen Proteinstrukturen lassen sich die Funktionen von Proteinen auf atomarer Ebene untersuchen.

Proteine sind die zentralen Werkzeuge der Zelle und für die wichtigsten Funktionen eines lebenden Organismus verantwortlich. Dabei sind die spezifischen räumlichen Strukturen der Proteine entscheidend für ihre Funktion. Mit Hilfe von Computersimulationen lassen sich die Eigenschaften der dreidimensionalen Strukturen von Proteinen modellieren und so Erkenntnisse über ihre Funktion auf atomarer Ebene gewinnen. Dieses Wissen hilft bei der Erforschung der Funktion von Proteinen ebenso wie bei der Entwicklung neuer Medikamente.

Modellierung von 3D Strukturen am Computer
Wir entwickeln Computerprogramme mit deren Hilfe sich die Strukturen von bisher nicht experimentell aufgeklärten Proteinen modellieren lassen. Wir konzentrieren uns auf Methoden zur "vergleichenden Protein Modellierung", dem sogenannten "Homology Modelling". Dabei wird die Struktur eines unbekannten Proteins ausgehend von bekannten verwandten Proteinen interpoliert. Mit dieser Technik lassen sich für die Mehrzahl der Proteine in typischen Modellorganismen zuverlässige Vorhersagen machen.

Welche Mutationen führen zu Krankheiten?
Mögliche Effekte von Mutationen auf die Funktion eines Proteins lassen sich häufig mit Hilfe seiner Struktur interpretieren. Dieses Wissen erleichtert uns das Verständnis von menschlichen Erbkrankheiten und die Interpretation der im menschlichen Genom beobachteten Variationen. Umgekehrt lassen sich mit Computermodellen gezielt Mutationen in Proteinen planen, um deren Funktion im Labor zu untersuchen.

Spezifische Wechselwirkungen mit kleinen Molekülen
Viele Proteine zeigen Wechselwirkungen mit kleinen chemischen Molekülen, z.B. mit Metaboliten im Stoffwechsel oder Hormonen bei der Signalübertragung. Computersimulationen erlauben es, die Bindungsspezifität der Rezeptoren besser zu verstehen. Die strukturbasierte Entwicklung neuer Wirkstoffe beruht darauf, gezielt chemische Moleküle zu suchen, die eine bestimmte Bindungsstelle spezifisch besetzen.

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