Schloss-Schlüssel-Passung wird durch Wasserfluktuationen moderiert

Diese Frage haben Physiker um Prof. Dr. Joachim Dzubiella (HZB und HU Berlin) nun mit Hilfe von Computersimulationen für ein Modellsystem untersucht: Dabei zeigte sich, dass Wasser durch subtile Wechselwirkungen mit der Geometrie und den Oberflächen der Moleküle die Anbindungsgeschwindigkeit aktiv beeinflussen kann. Diese Erkenntnis ist neu und könnte für die gezielte Entwicklung von pharmazeutischen Wirkstoffen interessant sein.

Zusammen mit Kollegen der TU München, der UC San Diego und der University of Utah hat Dzubiella modelliert, wie ein kleines Ligandenmolekül in einer Art Tasche in einem Protein andockt und die Bewegungen und Kräfte bei diesem Prozess berechnet. Dabei gingen sie davon aus, dass die Oberfläche der Proteintasche hydrophob war.

„Natürlich dringen auch immer wieder einige Wassermoleküle in die Proteintasche ein“, berichtet Dzubiella. „Aber sie werden von der hydrophoben Oberfläche abgestoßen und erzeugen so eine kleine Welle, die wiederum die Ligandenmoleküle in der Nähe ergreift.“ Dabei bestimmt die Geometrie der Proteintasche, wie heftig diese Wasserfluktuationen ausfallen und ob sie die Ligandenmoleküle in der Nähe eher bremsen oder sogar beschleunigen.

„Wenn wir Wirkstoffe entwickeln wollen, die gezielt an bestimmten Molekülen in den Zellen andocken und dort Prozesse auslösen oder verhindern sollen, dann müssen wir den Prozess viel genauer als bisher verstehen“, erklärt Dzubiella. Mit dieser Arbeit, die nun in den angesehenen PNAS veröffentlicht wurde, liegt nun ein Ansatz vor.

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