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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-08-01 - 2023-07-31

Metalle in Biomolekülen sind überraschend häufig und essentiell für viele biologische Aktivitäten und physiologische Funktionen wie z.B. Atmung oder Photosynthese. Etwa ein Drittel aller Proteine sind Metalloproteine, diese koordinieren Metalle typischerweise durch Aminosäurereste oder organische Co-Faktoren. Metalloproteine wurden eingehend untersucht, um ihre Struktur, Funktion und insbesondere die Metall-Ligand-Wechselwirkungen zu verstehen, die für die Entwicklung von Metalloenzyminhibitoren und Metallodrugs von Bedeutung sind. Die Modellierung und Simulation von Metalloproteinen ist in verschiedener Hinsicht eine Herausforderung. Molekulardynamik-Simulationen (MD) zusammen mit klassischen Kraftfeldern reichen nicht aus, um das Verhalten von Metallen und koordinierten Atomen zu beschreiben. Eine quantenmechanische (QM) Beschreibung der Systeme ist erforderlich, um elektronische Effekte zu erfassen. Die Effizienz dieser Methoden ist jedoch im Zusammenhang mit QM/MM-Hybridansätzen, die zur Untersuchung großer und komplexer Biomoleküle notwendig sind, eher gering. Um solche Hybridsysteme zu beschleunigen, scheinen Ansätze des maschinellen Lernens vielversprechend zu sein. Mit den Fortschritten der Algorithmen können QM-Potenziale reproduziert werden. Neuartige Ansätze in der computergestützten Chemie nutzen neuronale Netze (NNs) für die Quantenbeschreibung. Mit diesem Projekt schlagen wir einen hybriden NN/MM-MD Workflow vor, den wir in das GROMOS-Simulationspaket implementieren und die entwickelte Methodik auf Koordinationsverbindingen zunehmender Komplexität anwenden werden. Auf diese Weise hoffen wir, die Beschreibung von Metall-Ligand Wechselwirkungen in klassischen Simulationen mit einem spezifischen Schwerpunkt auf Metalloproteine zu verbessern. Das Projekt ebnet den Weg für zahlreiche Anwendungen und wird die Berechnung von Unterschieden in der freien Energie auf einer QM/MM Ebene ermöglichen, ohne die methodischen Herausforderungen und Kosten. Wir erwarten, dass ein erfolgreicher Abschluss der Arbeit erhebliche Auswirkungen auf dem Gebiet der molekularen Simulationen von Metalloproteinen haben wird.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-11-04 - 2020-12-30

Springer Handbooks sind Premium-Produkte im Springer-Buchprogramm. Bände in der Serie liefern definitive Verweise auf Schlüsselbereiche der physikalischen Wissenschaften und des Ingenieurwesens und decken die Grundlagen durch fortschrittliche Anwendungen ab. Springer Handbooks bieten sowohl Breite als auch Tiefe und ermöglichen die einfache Abfrage wichtiger Informationen, einschließlich Tabellen, Grafiken und Bibliographien. Springer Handbooks sind zu den wichtigsten Referenzen in ihren jeweiligen Bereichen geworden, was sich in ihrer hohen elektronischen Nutzung und Printauflagen widerspiegelt. Vorgesehene Kapitelübersicht und Inhalt • Vollständiger, umfassender und zeitnaher Bericht über das Thema und Überprüfung der etablierten Kenntnisse, Methoden und Verfahren • Verweise auf umfangreiche Quellen und Originalveröffentlichungen höchster Zuverlässigkeit • Erklärend und lesbar, aber prägnant geschrieben • Zahlen zur Veranschaulichung des Inhalts, wann immer dies angemessen sind • Definition von Schlüsselbegriffen, Konventionen, Nomenklatur und Abkürzungen • Tabellen mit wichtigen Parametern, Materialien, Bedingungen usw. • Schlüsselwörter, die in den Buchindex aufgenommen werden sollen
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-09-01 - 2023-08-31

Spider silk (SPSI) has been established as one of nature’s most fascinating materials due to its unique properties. A remarkable application of the SPSI is its use in reconstructive medicine as nerve guidance structure/filament for nerve regeneration. The Schwann cells (SCs), which are a crucial part of the nerve regeneration process adhere to SPSI and migrate along it to support axonal elongation. SPSI degrades without inflammatory response or physiological pH changes. However, the interaction between the SCs and the silk and by that the SPSI properties, that promote SC adhesion are still unclear. The aim of this project is to elucidate material properties of SPSI, that are crucial for its unique performance in nerve regeneration. Not all spider silks show the same medical success, and we believe that properties such as composition, ultrastructure, and mechanical behavior have a pronounced influence on the acceptance of SPSI by SCs. Therefore, by combining experiments consisting of in vitro studies and the material characterization of various SPSIs, the properties, which are responsible for the advanced success of SPSI in nerve regeneration, will be clarified.

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