Development of a semi-empirical method for calculation of atomic charges and NMR shifts

• Applicant: Dr. Margit Möllhoff
• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 2000 to 2002
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5278116

Basierend auf umfangreichen Vorarbeiten zur Entwicklung eines Verfahrens zur semiempirischen Berechnung von Ladungsverteilungen und13C-NMR-Tensorwerten ist eine Erweiterung des bereits bestehendenVerfahrens erfolgversprechend. Bisher können aufgrund derParametrisierung nur Molekülsysteme behandelt werden, die sich aus denElementen C, O, N und H zusammensetzen. Das schränkt die Anwendung des Verfahrens ein, da z.B. Proteine mit schwefelhaltigen Aminosäuren(Cystein und Methionin) nicht vollständig korrekt behandelt werdenkönnen. Im Laufe der ersten Phase des Unterstützungszeitraumes ist esdeshalb vorgesehen, (1) schwefelhaltige Moleküle in die Parametrisierung zur Berechnung von Ladungsverteilungen einzubeziehen. Diese Arbeiten bilden die Voraussetzung für die (2) Reparametrisierung der Berechnung isotroper 13C-NMR-chemischer Verschiebungen. In einem dritten Teil der Arbeiten soll das bereits bestehende Berechnungsverfahren für 13C-NMR-chemische Verschiebungen erweitert werden: Dazu ist die (3) Parametrisierung für 15N-Verschiebungen vorgesehen. Diese Arbeiten sind wichtig, um den Anwendungsbereich der Methode auf biologisch interessante Molekülsysteme zu erweitern und umfassend nutzbar zu machen. Erste Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die berechneten chemischen Verschiebungen direkt zur Aufklärung von 3D-Strukturen eingesetzt werden können. Als erste (4) Anwendungen der Methode sind Berechnungen zur Wechselwirkung von Proteinen (Ubiquitin) sowie Untersuchungen zur Funktion von Ca2 -Sensoren (Calmodulin) und von Ionenkanälen (z.B. Gramicidin) sowie die Charakterisierung von DNA-Protein-Wechselwirkungen anhand des DNA-Reparaturmechanismus über AP Endonuclease geplant.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: USA
• Cooperation Partner: Dr. Goutam Gupta