KONWIHR

KOMPETENZNETZWERK FüR TECHNISCH-WISSENSCHAFTLICHES HOCH- UND HöCHSTLEISTUNGSRECHNEN IN BAYERN

2000N04 ENZYMECH

Arbeitsfeld:

Die Aufklärung der Wirkungsweise von Enzymen stellt eine der großen Herausforderungen der modernen Chemie dar. Sie stellt nicht nur eine ausgezeichnete Basis für eine gezielte und rationale Entwicklung von neuen Medikamenten ("rational drug design") dar, sondern kann auch als Vorbild dienen für neue industrielle Katalysesysteme, welche die Effizienz der Enzyme nachahmen sollen. Durch die modernen Entwicklungen der Computerchemie und der Theoretischen Chemie sowie durch die Entwicklung moderner Computertechnologie bedingt ist es möglich geworden, das Problem der Ermittlung von Enzym-Reaktionsmechanismen und des Wirkstoffdesigns auch durch Computersimulation anzugehen.

Das Vorhaben ENZYMECH hat die Entwicklung von Methoden, Computerprogrammen und praktische Berechnungen von Enzym-Reaktionsmechanismen auf verschiedenen theoretischen Ebenen zum Ziel. Es werden Methoden eingesetzt werden, die von einer quantenmechanischen Beschreibung im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie über gekoppelte Quantenmechanik/Molekuelmechanikverfahren bis hin zu Datenbanktechniken reichen. Auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie sollen Verfahren für die Modellierung von aktiven Zentren von Enzymen entwickelt und implementiert werden, die die quantenmechanische Berechnung von Enzym-Kofaktoren zum Ziel haben. Mit Hilfe von Hybridmethoden, die einen quantenmechanischen mit einem molekülmechanischen Ansatz verbinden (QM/MM), sollen ganze Enzyme berechnet werden. Mit Hilfe von Datenbanktechniken soll die dreidimensionale Struktur von Enzymen aus dem Vergleich der Geometrie von Liganden, die in einer Rezeptortasche des Enzyms gebunden werden, abgeleitet werden.

Die Berechnung von Enzym-Reaktionsmechanismen bedeutet aufgrund der großen Anzahl von Atomen, die in die Berechnung einbezogen werden müssen, eine Herausforderung, die zur Zeit jenseits der Möglichkeiten herkömmlicher Hardware liegt. Das Höchstleistungsrechnen eröffnet damit die Möglichkeit, ein Projekt anzugehen, das einerseits sowohl von chemisch-experimenteller Seite als auch aus theoretischen Erwägungen heraus als "grand challenge" anzusehen ist.