A Kinetic Monte Carlo Approach for Simulating Electron and Proton Transfer in the Photosynthetic Reaction Center

• Applicant: Professor Dr. Matthias Ullmann
• Subject Area: Bioinformatics and Theoretical Biology
• Term: from 2005 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 12714745

Kinetic Monte Carlo (KMC) ist eine Methode zur Simulation der Kinetik physikalischer und chemischer Prozesse. Biochemische Anwendungen dieser Methode sind rar und hauptsächlich auf die Simulation metabolischer und regulatorischer Netzwerke beschränkt. Anwendungen in der molekularen Biophysik sind nicht verbreitet. Wir wollen KMC zur Simulation von Elektronen- und Protonentransferprozessen im photosynthetischen Reaktionszentrum verwenden. KMC benötigt eine Liste aller Reaktionen, die in einer gegebenen Konfiguration auftreten können und die Raten dieser Reaktionen. Wir werden die Liste der möglichen Reaktionen vom Netzwerk der Protonen- und Elektronentransferpfade generieren, das wir durch die Analyse der Struktur des Proteins bestimmen. Die Raten der Reaktionen werden mit Hilfe der Marcus-Theorie berechnet. Die Parameter, die zum Berechnen der Raten benötigt werden, sollen mit Hilfe von kontinuumelektrostatischen Methoden unter Verwendung der Proteinstruktur bestimmt werden. Wir werden die KMC-Methode auf den protonen-gekoppelte Elektronentransfer zwischen den beiden Chinonen QA und QB im photosynthetischen Reaktionszentrum anwenden - ein strukturell, thermodynamisch und kinetisch gut untersuchter Prozess. Die Anwendung von KMC auf Protonen- und Elektronentransferprozesse wird uns zum Beispiel erlauben zu bestimmen, welche Protonentransferpfade benutzt werden, was die ratenbestimmenden Reaktionen des Prozesses sind, welche Zustände für wie lang populiert sind, was die Reihenfolge der Reaktionen im Gesamtprozess ist und welche Reaktionen den Gesamtprozess dominieren.

• DFG Programme: Research Grants