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aktuelle Forschungsvorhaben

 

Wir arbeiten am molekularen Verständnis der Reaktionsmechanismen von komplexen Membranproteinen, die große biomedizinische Relevanz besitzen.

 

Das SecA Motorprotein

SecA ist eine zentrale Komponente des Sec Translokation Systems in Bakterien. SecA erkennt die Export-Signalsequenz an neu synthetisierten Proteinen und verwendet die Energie der Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) um durch großflächige Konformationsänderungen Proteine über die Plasmamembran zu transportieren. Neben Proteinen werden auch giftige Substanzen durch SecA aus dem Bakterium geschleust. Deswegen hat das Verständnis der Arbeit von SecA eine entscheidende Bedeutung für das Verständnis der Proteinbiosynthese, und kann auch wichtige

Anwendungen für die Entwicklung antimikrobieller Stoffe haben.

Um den Mechanismus der Kopplung der chemischen Reaktion (ATP Hydrolyse) mit der Bindung des Signalpeptids und der Konformationsänderung von SecA zu verstehen, werden klassische Computer Simulationen wie auch quantenmechanische/molekularmechanische Hybrid-Methoden (QM/MM) verwendet.

 

Ionenpumpen und –kanäle

Ionenpumpen sind essentiell für lebende Zellen. Diese Membranproteine nutzen die Energie einer Reaktion (z.B. Hydrolyse von ATP) um Ionen über die Membran gegen einen Gradienten zu transportieren. Besonderes Interesse gilt der Aufklärung des Mechanismus von P-Typ ATPasen. In diesen ATPasen findet durch die Hydrolyse von ATP eine Phosphorylierung eines Aspartats (namensgebend, P-Typ) statt, wodurch Konformationsänderungen hervorgerufen werden, die den Transport von Kationen über die Membran ermöglichen.

 

Channelrhodopsin-2

Channelrhodopsin-2 ist ein lichtgesteuerter Kationen-Kanal. Dieses Protein wird in neurophysiologischen Experimenten eingesetzt, um Aktionspotentiale zu erzeugen und neuronale Netzwerke zu untersuchen. Rhodopsine anderer Mikroorganismen geben Aufschluss welche Aminosäuren essentiell für den Ionen Transport und die sensorische Aktivität sind und daher die Reaktion im Channelrhodopsin-2 beeinflussen können. Diese Aminosäuren wurden im Channelrhodopsin-2 ausgetauscht. Um die Rolle spezifischer Interaktionen im Channelrhodopsin-2 zu verstehen, werden Homologie-Modelle und klassische molekulardynamische Computersimulationen verwendet.