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Enhanced sampling methods applied to chemical reactions in proteins

Maag, Denis Mario ORCID iD icon 1
1 Institut für Physikalische Chemie (IPC), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Der erste Teil dieser Arbeit untersucht die mechanistischen Details von Protonentransferreaktionen in zwei Rhodopsinen, Bacteriorhodopsin (BR) und Histidin-Kinase-Rhodopsin (HKR). Beide Proteine sind Transmembran-Photorezeptoren mit einem kovalent gebundenen Retinal, das über eine Schiffsche Base mit einem Lysin verbunden ist. Nach Absorption eines Photons isomerisiert das Retinal und ein Photozyklus wird in Gang gesetzt. Hierbei kommt es zu einer Kaskade von strukturellen Veränderungen die zu mehreren Protonentransfers (PTs) führen.
BR nutzt die Energie des Lichts, um ein Proton aus der Zelle zu transportieren. ... mehr

Abstract (englisch):

The first part of this thesis aims to provide mechanistic details about proton transfer reactions in two rhodopsins, bacteriorhodopsin (BR) and histidine kinase rhodopsin (HKR). Both proteins are transmembrane photoreceptors with a covalently bound retinal, that is linked to a lysine via a Schiff base. Upon photon absorption, the retinal isomerizes and triggers a photocycle in which a cascade of structural rearrangements takes place, accompanied by proton transfers (PTs).
BR uses the energy of the light to release one proton to the extracellular side. Despite more than 45 years of research, the mechanism of the final long-range PT remained largely unclear. ... mehr


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000146741
Veröffentlicht am 07.06.2022
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Scientific Computing Center (SCC)
Publikationstyp Hochschulschrift
Publikationsdatum 07.06.2022
Sprache Englisch
Identifikator KITopen-ID: 1000146741
HGF-Programm 46.21.01 (POF IV, LK 01) Domain-Specific Simulation & SDLs and Research Groups
Verlag Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umfang xiii, 183 S.
Art der Arbeit Dissertation
Fakultät Fakultät für Chemie und Biowissenschaften (CHEM-BIO)
Institut Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Prüfungsdatum 27.04.2022
Schlagwörter Proton Pumping, Proton Transfer, QM/MM, Molecular Dynamics Simulation, Metadynamics, Thiol-disulfide exchange, Disulfides, Machine Learning
Referent/Betreuer Elstner, Marcus
Schug, Alexander
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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