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Optimierung, Energielandschaften, Proteinfaltung

Summer Semester 2005


Lecturer: Prof. Dr. Volkhard Helms

Tutors: Dr. Tihamér Geyer, Dr. Alexander Spaar

Lecture: Thursday, 9:00 am - 11:00 am, building 45, HS 003

Tutorial:

Audience: Special lecture in bioinformatics for B.Sc. and M.Sc. students of bioinformatics and for interested students from other disciplines.

Requirements: Fundamentals of quantum mechanics and statistical mechanics. Some biological background recommended.

Contents:

  1. Einleitung
    1. Biomolekulare Systeme: Proteine, Membranen, Phänomen der Proteinfaltung

  2. Proteinfaltung auf einem Gitter
    1. Review statische Thermodynamik (deltaG, deltaS)
    2. Exakte Nummerierung aller Zustände
    3. Faltung per Monte-Carlo-Algorithmus, welche moves?
    4. Faltungstrichter (funnel)
    5. Roughness der Energieoberfläche

  3. Proteinfaltung auf einem Gitter II
    1. HPCC Algorithmus à la Ken Dill

  4. Berechnung von Energien in biomolekularenSystemen
    1. Molekulare Kraftfelder, Lösungsmitteleffekte

  5. Proteinfaltung off-lattice mit all atom Simulationen
    1. MD Simulationen
    2. Charkaterisierung der freien Energielandschaft

  6. Proteinfaltung of-lattice mit all atom Simulationen (II)
    1. Replica exchange Simulationen
    2. Restraints um teilweise entfaltete Zustände zu simulieren

  7. Berechnung von chemischen Raten
    1. Transition state theory
    2. Kramer-Theorie
    3. Folding at home

  8. Diffusion: Smoluchowski-Gleichung
    1. Langevin-Gleichung → Ermak-McCammon-Algorithmus für Brownsche Dynamik

  9. Anwendung: Wechselwirkung zwischen Protein A und Protein B
    1. Energielandschaft für sechs Freiheitsgrade (3× Translation, 3× Rotation)
    2. Berechnung von k_Raten aus Brownscher Dynamik
    3. Berechnung von Entropien aus Analyse von Trajektorien
    4. Vergleich mit boltzmanngewichteten Energien für Protein B auf einem Gitter um Protein A

  10. Elektronentransfer (Markus-Theorie), Protonentransfer

  11. Photophysik; Konformationdynamik von Molekülen auf elektronischen Oberflächen, konische Intersektionen

Condition for certification: Oral exam

Condition for the participation in the examination: At least half of the points of the 4 - 5 assignments.

Leistungspunkte/Credits: 5 (2 V + 1 Ü)

This course is taught in English language.
1st Lecture, April 14 ppt pdf
2nd Lecture, April 21 ppt pdf
3rd Lecture, April 28 ppt pdf
4th Lecture, May 12 ppt pdf
5th Lecture, May 19 ppt pdf
6th Lecture, June 2 ppt pdf
7th Lecture, June 9 ppt pdf
8th Lecture, June 16 ppt pdf Project
9th Lecture, June 20 ppt pdf
10th Lecture, June 30 ppt pdf
11th Lecture, July 7 ppt pdf
12th Lecture, July 14 ppt pdf