Das Leben verstehen
Proteine erfüllen lebenswichtige Aufgaben, etwa für die Funktion und die Struktur von Zellen. Um überhaupt aktiv zu werden, müssen sich die meisten Proteine in spezifische dreidimensionale Formen falten. Wie der Prozess genau funktioniert, ist noch nicht komplett entschlüsselt worden. Neue Erkenntnisse verspricht sich die Forschung von Computersimulationen. Jülicher Forschern ist es gelungen, die Faltung eines Proteins mit 92 Aminosäuren mithilfe des Monte Carlo-Verfahrens zu beschreiben. Die Berechnung gilt als bislang größte Proteinfaltungssimulation, die ohne Zuhilfenahme von Daten aus dem gefalteten Zustand auskommt.
Proteine sind lange Ketten von Aminosäuren, die enorm viele verschiedene Formen annehmen können. Erstaunlicherweise benötigen die meisten Proteine nur zwischen einer Mikrosekunde und einer Sekunde, um ihre gewünschte Gestalt anzunehmen. „Um das Leben zu verstehen, muss man diesen Vorgang verstehen“, betont Dr. Sandipan Mohanty vom Jülich Supercomputing Centre (JSC). Dadurch könnte die Forschung auch mehr über Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Creutzfeldt-Jakob herausfinden, bei denen fehlerhafte Proteinfaltungen beobachtet wurden.
Monte-Carlo-Simulationen werden relativ selten zur Berechnung von Proteinfaltungen eingesetzt. Die meisten Forscher verwenden hierfür das Molekulardynamik-Verfahren. „Doch diese Methode kann nur Proteine simulieren, die sich in weniger als einigen Millisekunden falten. Viele Proteine benötigen jedoch mehr Zeit“, erklärt JSC-Forscher Dr. Olav Zimmermann. Monte-Carlo-Simulationen simulieren nicht den zeitlichen Verlauf, sondern modellieren die Wahrscheinlichkeit aller relevanten Zustände eines Moleküls. Daher können damit auch langsamere Faltungen größerer Proteine beschrieben werden, wie die Jülicher Forscher jetzt zeigen konnten.
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