Self-Assembly und Kristallisation von Proteinen
Abstract
Ziel des Projektes war es, den Mechanismus von Self-assembly – der spontanen und reversiblen Bildung von geordneten Strukturen und Mustern ohne äußere Einwirkung – zu untersuchen. Die Strukturen, die durch Selbstorganisation in der Natur entstehen, sind sehr vielfältig und wir haben verschiedenste Formen von Self-Assembly mit diversen Methoden der statistischen Mechanik untersucht. Bereits die Bildung einer thermodynamischen Phase, wie z.B. eines Kristalls oder einer Flüssigkeit kann als self-assemly angesehen werden und diesem self-assembly Mechanismus widmete sich der erste Teil des Projekts. Wir untersuchten die Phasenübergänge von Makromolekülen, wie z.B. Proteinen oder Kolloiden, die sowohl für theoretische Methoden als auch für Computersimulationen eine große Herausforderung darstellen, da die Reichweite der Wechselwirkung zwischen den Molekülen klein ist im Vergleich zu ihrer Größe. Eine genaue Vorhersage des Phasendiagramms und des kritischen Punktes ist daher extrem schwierig. Es ist uns allerdings gelungen mit einer theoretischen Methode sehr genaue Vorhersagen für einfache Modellsysteme zu treffen. Die Resultate haben bestätigt, dass bei extrem kurzreichweitigen Wechselwirkungen die makroskopischen Eigenschaften nicht von der genauen Form der Wechselwirkung abhängen, sondern im Wesentlichen nur von einem Parameter abhängen, der die Reichweite der Wechselwirkung quantifiziert. Im zweiten Teil des Projektes haben wir uns mit Hilfe von Computersimulationen mit dem Mechanismus des Self-assembly von Lipiden zu sogenannten Liposomen beschäftigt. Diese Liposome spielen heute eine wesentliche Rolle als Medikamententransporter. Es handelt sich dabei um kugelförmige Lipiddoppelschichten, die einen wässrigen Kern umhüllen. Dieses System hat den großen Vorteil, dass es sowohl hydrophobe Substanzen in der Lipidschichte, bzw. hydrophile Substanzen im wässrigen Kern transportieren kann. In Computersimulationen haben wir ausgehend von einer Anordnung von Lipiden in wässriger Lösung die Bildung von Mizellen, das sind Lipidklümpchen, die keinen wässrigen Kern enthalten, sowie von Lipsomen gesehen. Es zeigte sich, dass die Endkonfiguration stark von der Anfangskonfiguration und insbesondere der Wasserkonzentration abhängt. Im speziellen ist es uns auch gelungen die Bildung eines Lipsomes bestehend aus zwei wässrigen Kernen, die durch eine Lipidzwischenwand voneinander getrennt sind, zu beobachten.
Schlagworte Computersimulation Self-assembly Nukleation Kristallisation Teilchen mit gerichteter Wechselwirkung
Publikationen
A parametrisation of the direct correlation function for the square-shoulder fluid
Autoren: Guillen-Escamilla, I; Scholl-Paschinger, E; Castaneda-Priego, R Jahr: 2010
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Demixing of a binary symmetric mixture studied with transition path sampling.
Autoren: Schöll-Paschinger, E; Dellago, C; Jahr: 2010
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
A modified soft-core fluid model for the direct correlation function of the square-shoulder and square-well fluids
Autoren: Guillen-Escamilla, I; Scholl-Paschinger, E; Castaneda-Priego, R Jahr: 2011
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Phase behavior of colloids and proteins in aqueous suspensions: Theory and computer simulations
Autoren: Valadez-Perez, NE; Benavides, AL; Scholl-Paschinger, E; Castaneda-Priego, R Jahr: 2012
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Phase behavior of the modified-Yukawa fluid and its sticky limit
Autoren: Scholl-Paschinger, E; Valadez-Perez, NE; Benavides, AL; Castaneda-Priego, R Jahr: 2013
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Mitarbeiter*innen
Elisabeth Schöll-Paschinger
Priv.-Doz. DDipl.Ing. Dr.techn. Elisabeth Schöll-Paschinger
elisabeth.schoell-paschinger@boku.ac.at
Projektleiter*in
01.01.2010 - 30.04.2014