Generalisierte Markov-Modellierung

Modellierung irreversibler β-Amyloid-Peptid-Dynamik unter Mikrowelleneinfluss

verfasst von: Bernhard Reuter

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Markov State Models (MSM) sind der Goldstandard zur Modellierung biomolekularer Dynamik, da sie die Identifizierung und Analyse metastabiler Zustände ermöglichen. Die robuste Perron-Cluster-Cluster-Analyse (PCCA+) ist ein verbreiteter Spectral-Clustering-Algorithmus, der für das Clustering hochdimensionaler MSM verwendet wird. Da die PCCA+ auf reversible Prozesse beschränkt ist, wird sie zur Generalisierten PCCA+ (G-PCCA) verallgemeinert, die geeignet ist, nichtreversible Prozesse aufzuklären. Bernhard Reuter untersucht hier mittels G-PCCA die nichtthermischen Auswirkungen von Mikrowellen auf die Proteindynamik. Dazu führt er molekulardynamische Nichtgleichgewichtssimulationen des Amyloid-β-(1–40)-Peptids durch und modelliert diese.

Der Autor:

Bernhard Reuter forscht in der Gruppe Methoden der Medizininformatik an der Eberhard-Karls-Universität Tübingen und der Gruppe Computational Molecular Design am Zuse Institut Berlin. Ein Schwerpunkt seiner Forschung ist die Simulation und Modellierung biomolekularer Nichtgleichgewichtssysteme. Er entwickelt u.a. datenbasierte Methoden zur Modellierung biomolekularer Nichtgleichgewichtsprozesse.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Das folgende einleitende Kapitel ist in drei Unterkapitel unterteilt. Im ersten Unterkapitel wird die Frage nach dem Einfluss elektromagnetischer Felder geringer Energie auf die Proteinkonformationsdynamik motiviert und ein Überblick über ausgewählte experimentelle und theoretische Studien gegeben. Dabei wird insbesondere der intrinsisch nichtreversible Charakter des Wechselwirkungsprozesses von elektromagnetischen Feldern mit Proteinen betont.

Bernhard Reuter

Kapitel 2. Grundlagen

Zusammenfassung

Zuerst wird im folgenden Unterkapitel 2.1 die Molekular-Dynamik-Methode zur Simulation der zeitlichen Entwicklung eines molekularen Systems eingeführt, da Sie im Rahmen dieser Dissertation als Simulationsmethode der Wahl zum Einsatz kommt. Dann werden die für diese Arbeit relevanten chemischen und (bio-)physikalischen Grundlagen kurz eingeführt. Zu diesem Zwecke wird zuerst im Unterkapitel 2.2 auf die Struktur von Proteinen eingegangen, um dann im Unterkapitel 2.3 auf thermodynamische und kinetische Aspekte der Faltung von Proteinen einzugehen, also der Ausbildung der sie auszeichnenden funktionalen räumlichen Struktur.

Bernhard Reuter

Kapitel 3. Theorie

Zusammenfassung

In den folgenden drei Unterkapiteln werden zunächst kurz einige grundlegenden Begrifflichkeiten eingeführt, welche die Basis der im weiteren ausgeführten Theorie begründen und zu ihrem tieferen Verständnis beitragen. Insbesondere werden gewisse Theoreme – insbesondere Theorem 3.3.1 und Theorem 3.3.2 – später im Anwendungsteil (Kapitel 4) dieser Dissertation zur Interpretation der Ergebnisse benötigt. Daraufhin wird im daran anschließenden Unterkapitel 3.4 die robuste Perron-Cluster-Cluster-Analyse (PCCA+) eingeführt, um darauf basierend schließlich zu einer generalisierten Form der PCCA+ (genannt G-PCCA) zu gelangen.

Bernhard Reuter

Kapitel 4. Anwendung: Modellierung der Aβ40-Konformationsdynamik

Zusammenfassung

Das folgende Kapitel ist in drei Unterkapitel unterteilt. Im ersten Unterkapitel wird die Simulation von Aβ₄₀ unter Wechselfeldeinfluss und die Modellierung der Simulationsdaten mittels G-PCCA beschieben. Dies stellt eine Anwendung der G-PCCA-Methode auf ein Nichtgleichgewichtssystem dar, das durch ein periodisch wechselndes elektrisches Feld getrieben wird.

Bernhard Reuter

Kapitel 5. Zusammenfassung

Zusammenfassung

Im Folgenden werden die beiden Schwerpunktthemen dieser Dissertation noch einmal zusammenfassend hinsichtlich der erzielten Ergebnisse und der daraus resultierenden Schlüsse zusammengefasst. Das erste Unterkapitel resümiert die Bestrebungen zur Erweiterung der Anwendbarkeit der Markov-Modellierungsmethode PCCA+ auf nichtreversible Systeme, resultierend in der generalisierten PCCA+ (G-PCCA). Schließlich erfolgt im zweiten Unterkapitel eine abschließende Beurteilung der im Unterkapitel 1.1 formulierten Hypothese.

Bernhard Reuter

Backmatter

Titel: Generalisierte Markov-Modellierung
verfasst von: Bernhard Reuter
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-29712-1
Print ISBN: 978-3-658-29711-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-29712-1