Themen zur Bachelorarbeit

Polarität von Wasser und hydrophober Effekt

Nicht-polare Moleküle zeigen in Wasser eine Tendenz zur Assoziation, die über die direkte Anziehung, wie sie in Abwesenheit des umgebenden Lösungsmittels auftreten würde, hinausgeht. Dieser (Wasser-vermittelte) hydrophobe Effekt ist die treibende Kraft für eine Vielzahl an Strukturbildungs-prozessen und Assoziationsvorgängen von Biomolekülen. Einige Aspekte des hydrophoben Effekts sind auf molekularer Ebene noch nicht genau verstanden. Entscheidend für den hydrophoben Effekt ist die Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen, die ein nicht-polares Molekül umgeben. In Computersimulationen kann man die Polarität von Wasser (und damit die Ausbildung von Wasserstoffbrücken) steuern. Die Solvatisierungseigenschaften von gelösten nicht-polaren Molekülen sollen in Abhängigkeit von der Polarität des umgebenden Wassers durch Simulationsstudien untersucht werden und neue Erkenntnisse zum Verständnis des hydrophoben Effekts gewonnen werden. Die Arbeit erfordert Interesse an statistischer Mechanik und der Verwendung von Simulationsmethoden am Computer.

Modellierung der Proteinfaltung mit vergröberten Proteinmodellen

Globuläre Proteinmoleküle sind lange Kettenmoleküle, die eine definierte drei-dimensionale Struktur nach einem Faltungsprozess (Faltung) einnehmen. Obwohl es im Prinzip eine sehr große Zahl verschiedener Kettenstrukturen geben kann, nehmen viele Proteine eine ganz bestimmte stabile Struktur nach nur kurzer Faltungszeit ein. Dem Faltungsprozess liegen die Wechselwirkungen zwischen den Kettenbausteinen des Proteins zu Grunde, diese bestimmen die Energielandschaft der Faltung. Die kurze Faltungszeit kann durch die Annahme einer bestimmten Energielandschaft der Proteinfaltung erklärt werden. Es soll im Rahmen einer Bachelorarbeit an Hand eines vergröberten Proteinmodells die Energielandschaft durch Änderung der Wechselwirkungen zwischen Kettenbausteinen variiert werden. Dadurch soll eine Energielandschaft erhalten werden, die mit Proteinfaltungsdaten an Einzelmolekülexperimenten möglichst genau übereinstimmen. Die Arbeit soll neue Erkenntnisse über den Mechanismus der Proteinfaltung erbringen.

Vorhersage der Bindegeometrie von Protein-Protein-Komplexen

Protein-Protein-Komplexe spielen bei praktisch allen biophysikalischen Vorgängen eine entscheidende Rolle. Die Vorhersage solcher Interaktionen durch Computersimulationen ist wichtig für das Verständnis der Bildung von Protein-Protein-Komplexen. Mit Hilfe von Protein-Protein-Docking-Methoden basierend auf einem vergröbertem Proteinmodell sollen mögliche Bindungsstrukturen von Protein-Protein-Komplexen berechnet werden. Es soll vor allem der Einfluss der Dynamik der Proteinpartner und die Genauigkeit des vergröberten Modells untersucht werden.

 

Themen zur Masterarbeit

Structure prediction of Protein assemblies based on chemical crosslinking

Most cellular processeand are mediated by large protein complexes (assemblies) and are influenced by transient protein-protein interactions. By using chemical crosslinking it is possible to trapp and analyse these interactions in vitro (in a test tube) but also in vivo (in the cell). Cross linking refers to the covalent connection of two proteins if they come close together (to a distance of less than ~2-3 nm). The crosslink positions on the protein surface can be identified by mass spectrometry. With the knowledge of a sufficient number of such cross links it is in principle possible to determine how the proteins interact and to create a model of the spatial arrangements of the proteins in the molecular assembly or complex. Goal of the master thesis is to design and improve approaches to predict the structure of multi protein complexes based on the structure of the individual proteins and based on the crosslinking data. In the master thesis computational approaches will be used and some knowledge of a programming language like Python is an advantage. If successful the work can have great impact on better understanding biophysical processes in a cell.