Dynamik in Flüssig-Ligand-Protein-Systemen

Dieses Projekt basiert auf der Integration von Wissen aus Biologie, Chemie und Physik. Der Fokus liegt darauf, das Verständnis dafür zu vertiefen, wie die physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten das Verhalten von Ligandmolekülen beeinflussen — kleinen Partikeln, die die Grundlage vieler Medikamente bilden und sich an Proteine im Körper binden können. Besonderes Augenmerk gilt dem Verhalten dieser Moleküle sowohl in Lösungen als auch direkt in den „Taschen“ von Proteinen — kleinen „Nischen“, in denen wichtige Prozesse stattfinden, die die Zellfunktion beeinflussen. Das Hauptziel besteht darin, zu bestimmen, wie äußere Faktoren wie die Zusammensetzung der umgebenden Flüssigkeit oder die Temperatur (insbesondere im Bereich nahe der Körpertemperatur) die Bewegung und Wechselwirkungen dieser Moleküle mit ihrer flüssigen Umgebung beeinflussen. Zudem soll geklärt werden, wie diese Moleküle mit Proteinen interagieren und wie diese Interaktionen mit Veränderungen in der Struktur und dem Verhalten der Lösungen in solchen Systemen zusammenhängen. Es kommen moderne computergestützte Techniken — molekulare Modellierung — zum Einsatz, die es ermöglichen, die Bewegung und Wechselwirkung einzelner Moleküle sichtbar zu machen, ähnlich einem Zeitlupenfilm. Zusätzlich werden physikalische Methoden, die traditionell zur Untersuchung von Flüssigkeiten und Lösungen verwendet werden, angepasst und verbessert, um komplexe biologische Systeme besser zu verstehen, die Flüssigkeiten, Liganden und Proteine umfassen. Die Hauptinnovation des Projekts besteht darin, zu zeigen, wie Moleküle auf kleinster Ebene — buchstäblich von innen — an Proteine „andocken“. Verschiedene computergestützte Modelle werden verglichen, um herauszufinden, welches die realen Prozesse am besten beschreibt. Dies ist von großer Bedeutung, da das genaue Wissen über die Anzahl der Wassermoleküle, die ein Medikamentmolekül in der Proteintasche umgeben, die Interpretation experimenteller Daten deutlich verbessert. Letztlich tragen die Ergebnisse nicht nur zu einem tieferen Verständnis fundamentaler molekularer Wechselwirkungen bei, sondern liefern auch neue Impulse für experimentelle Forschungen. Besonders wichtig ist, dass diese Erkenntnisse die Entwicklung neuer Medikamente unterstützen. Da die moderne Medizin ständig nach effektiven und sicheren Arzneimitteln sucht, kann das Verständnis molekularer Wechselwirkungen auf tiefster Ebene diesen Prozess wesentlich beschleunigen und kostengünstiger gestalten.