Fragestellungen aus dem Grenzgebiet zwischen Biologie, Chemie und Physik gewinnen zunehmend Bedeutung in der interdisziplinären Forschung. Theoretische Methoden der Biophysik und Biochemie können wesentlich dazu beitragen, biochemische Prozesse zu verstehen und zunehmend auch quantitativ zu beschreiben. Überlappend mit dem sich entwickelnden Gebiet der Bioinformatik erlauben physikalische Modelle die Analyse und zunehmend auch die Vorhersage fundamentaler biologischer Abläufe.

In dieser Vorlesung sollen die biophysikalischen Grundlagen und biochemischen Modelle für die Proteinstrukturvorhersage, eine der zentralen Fragestellungen der theoretischen Biophysik, erarbeitet werden: Proteine sind die Grundbausteine der Zelle, die für alle wesentlichen Prozesse von Pflanzen, Tieren und Menschen von Bedeutung sind. Sie werden im Gen kodiert und als chemisch lineare Moleküle synthetisiert. Ihre biologische Funktion können sie jedoch nur einer eindeutigen dreidimensionalen Struktur ausüben, die die meisten Proteine spontan einnehmen. Der Strukturbildungsprozess ist noch immer nicht vollständig verstanden und kann experimentell nur schwer beobachtet werden. Auch sind experimentelle Verfahren zur Strukturaufklärung um ein Vielfaches aufwendiger als Methoden zur Sequenzierung (d.h. zur Bestimmung der chemischen Struktur). Theoretische Verfahren zur Vorhersage der Struktur und Dynamik von Proteinen können daher wichtige Einsichten in die Funktion biologischer Prozesse eröffnen.

In dieser Vorlesung sollen die wichtigen biophysikalischen Grundlagen für diese Verfahren vorgestellt und diskutiert werden. Darüber hinaus wird eine wichtige Anwendung dieser Verfahren, die rechnergestützte Medikamentenentwicklung, im Detail vorgestellt. Die Vorlesung wendet sich an Studenten der Physik und Chemie ab dem 6. Semester und erfordert Vorkenntnisse der theoretischen Mechanik und der Thermodynamik. Grundkenntnisse der Quantenmechanik sind hilfreich, aber nicht unbedingt erforderlich.

Übungsblätter:

s.h. "Übungen zu Theoretische molekulare Biophysik"

Schein: Den Schein erhält man mit 60% der Maximalpunktzahl der Übungen (je Blatt 10 Punkte).

Bildersammlungen:

Die Bildersammlungen sollen zur Ergänzung Ihrer Aufzeichnungen dienen und beinhalten Folien, die in der Vorlesung gezeigt wurden. Sie sind kein Skript und können Ihre eigenen Aufzeichnungen nur ergänzen, nicht ersetzen.

1.      Proteinstruktur

2.      Wechselwirkungen

3.      Faltungsmodelle Teil 1

4.      Faltungsmodelle Teil 2

Literatur: Daume, Molecular Biophysics