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Ab initio study of alanine-based polypeptide secondary-structure motifs in the gas phase
Rossi Carvalho, Mariana
Es gibt heute eine Vielzahl von Möglichkeiten zur theoretischen Beschreibung von Peptiden und Proteinen. Ideal wäre es, auf die volle quantenmechanische Vielteilchen Schrödinger-Gleichung zurückzugreifen; allerdings stellen solche “first principles” Berechnungen für Systeme mit mehreren hundert Atomen und Genauigkeitsanforderungen an die relative Energie von einigen Zehntel meV einegroße Herausforderung dar. Diese Arbeit nähert sich in systematischer Weise dieser exakten Beschreibung der Sekundärstruktur von Peptiden mittels “ersten Prinzipien”. Die typischen Sekundarstrukturelemente (die Strukturbausteine) sind Helices, Faltblätter und Turns. Das Augenmerk der vorliegenden Arbeit liegt auf helikalen Strukturmotiven in Alanin-basierten Polypeptiden (Ac-Alan-LysH+, n=4-15) in der Gasphase. Derartige Studien bieten Reinraumbedingungen zur unmittelbaren Untersuchung der Sekundärstruktur-stabilisierenden intramolekularen Kräfte und erlauben den eindeutigen Vergleich zwischen Theorie und Experiment.
There is a variety of theoretical descriptions today regarding peptides and proteins. Ideally, one would like to simply resort to the full quantum mechanics of the many-body Schrödinger’s equation. However, for systems with several hundreds of atoms, and accuracy requirements of perhaps a few tens of meV in relative energies, the use of these “first principles” methods remain an active challenge. In this work, systematic steps towards a fully “first principles” description of the secondary structure of polypeptides are presented. The typical secondary structure elements (the structural building blocks) are helices, sheets, and turns. Here, we focus on helical motifs formed by the alanine-based polypeptides Ac-Alan-LysH+, n=4-15, in the gas-phase. The gas-phase provides a “clean-room” environment which allows a direct assessment of the intramolecular forces that stabilize secondary structure, as well as an unambiguous comparison between theory and experiment.
