Theoretische Untersuchungen zur molekularen Erkennung in Peptid-Nuclein-Säuren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein genaues Verständnis der molekularen Erkennung zwischen den Nucleinbasen ist von Bedeutung, da sie viele biochemische Vorgänge wie die Replikation oder Transkription der DNA bestimmt. Die DNA selbst ist für detaillierte Untersuchungen der die molekulare Erkennung bestimmenden Effekte (Wasserstoffbrückenbindungen, Stapelungseffekte, Lösungsmitteleinfluss, etc.) nur bedingt geeignet, da ihre Doppelhelixstruktur nur ganz bestimmte Paarungen zulässt. Alanyl-Peptid-Nuclein-Säuren (Alanyl- PNA) sind besser geeignet, da ihre lineare Topologie sehr unterschiedliche Basenpaarungen ermöglicht. Im vorliegenden Projekt wurde ein theoretisches Modell entwickelt, das Vorhersagen zur Struktur und Stabilität verschiedener Alanyl-PNA-Hexamer- Duplexe ermöglicht. Es beruht auf einem additiven Schema zur Bestimmung der Stabilitäten dieser Duplexe. Es wurden immer alle möglichen Basenpaarungen durchgespielt und über die berechneten Stabilitäten wurde die energetisch günstigste Paarung ermittelt. Die so bestimmten Strukturen stimmen in der Hälfte der Fälle mit vorherigen Überlegungen überein, weichen zum Teil aber spektakulär ab. Eine Überprüfung des Modells ist nur über experimentelle UV-Schmelztemperaturen möglich, da experimentelle Informationen über den geometrischen Aufbau der Alanyl-PNA-Hexamer-Duplexe nicht vorliegen. Es findet sich eine überraschend gute Korrelation zwischen theoretisch bestimmten Stabilitäten und experimentell gemessenen UV-Schmelztemperaturen. Dies deutet daraufhin, dass unser Modell alle die Effekte berücksichtigt, die die Trends in den Stabilitäten der Alanyl-PNA-Duplexe bestimmen. Da Entropie und Kernbewegung in unserem Modell vernachlässigt werden, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass sie für die Trends in den Stabilitäten scheinbar nicht wichtig sind. Ob die von uns gefundene Korrelation zwischen berechneten Stabilitäten und gemessenen UV-Schmelztemperaturen auf einer glücklichen Fehlerkompensation beruhen, verbleibt aufgrund mangelnder experimenteller Erkenntnis leider unklar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Specific purine-purine base pairing in linear alanyl peptide nucleic acids. Helvetica Chemica Acta, 2000, 83, 2580-2593
M. F. H. Hoffmann, A. M. Brückner, T. Hupp, B. Engels, U. Diederichsen
- Binding Properties in Protein Nucleic Acids. In: NIC Symposium 2001, Hrsg. Horst Rollnik, Dietrich Wolf, 2002
B. Dietrich, T. A. Hupp, B. Engels
- Ab Initio Treatment of Complex Systems: Kohn-Sham Orbitals for Multi Reference Methods and the Base Pairing Properties of Xanthine. Dissertation, Würzburg 2003
Thomas Hupp
- A combined theoretical and experimental study about the base pairing properties of Xanthine and Hypoxanthine. J. Phys. Chem. A, 2005, 109, 1703-1712
T. Hupp, Ch. Sturm, E. M. Basílio Janke, M. Pérez Cabre, K. Weisz, B. Engels
- Geometry and Cooperativity Effects in Adenosine-Carboxylic Acid Complexes. J. Am Chem. Soc, 2005, 127, 16151-16158
S. Schlund, M. Mladenovic, E. M. Basílio Janke, B. Engels, K. Weisz
- Theoretical Investigations of the geometrical arrangements of ?-alanyl-peptide Nucleic Acid Hexamer Dimers and the underlying interstrand Binding Motifs. Dissertation, Würzburg 2006
Christian Sturm
- Gradiend Tabu Search. J. Comp. Chem. 2007, 28, 601-611
S. Stepanenko, B. Engels
- Global Optimization Methods based on Tabu Search. Dissertation, Würzburg 2008
Svetlana Stepanenko
- New Tabu Search based global optimization methods: Outline of algorithms and study of efficiency. J. Comp. Chem. 2008, 29, 768-780
S. Stepanenko, B. Engels
