Theoretical investigations of the molecular recognition of peptid nuclein acids
Final Report Abstract
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.
Publications
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