Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Department of Physics

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Research themes

 

Project C4

 

Dynamics of (bio)chemical ground state processes in condensed phase:
Development and prototypical applications of simulation methods

The project addresses three current challenges in the field of (bio-)molecular simulation. These are (i) enhanced sampling methods for the simulation of the folding-unfolding equilibria of peptides in solution, (ii) a description of dielectric relaxation processes in polar solvents that adequately covers the electronic polarizability, and finally (iii) the time-resolved simulation of the transport and dissipation of vibrational energy in peptides.

 

Projekt C04

 

Dynamik (bio)chemischer Grundzustandsprozesse in kondensierter Phase: Weiterentwicklung und prototypische Erprobung von Simulationsmethoden

Eine zentrale Voraussetzung zur Beschreibung der Konformationsdynamik von Polypeptiden ist die statistisch valide Charakterisierung der Gleichgewichtsensembles dieser komplexen Makromoleküle in den Ausgangs- und Zielzuständen von Reaktionen [1]. Verallgemeinerte Ensemble-Techniken können den Abtastprozess bei Simulationsbeschreibungen signifikant beschleunigen. Aufbauend auf den diesbezüglich in der ersten Förderperiode erzielten Fortschritten bei der Entwicklung und Optimierung solcher Techniken [4-8] sollen Verfahren zur weiteren Steigerung der Abtasteffizienz entwickelt und an experimentell im SFB untersuchten Systemen erprobt werden, wobei insbesondere Vergleiche mit komplementären und im SFB ebenfalls untersuchten Verfahren (Zacharias) unternommen werden sollen. Im Fokus stehen dabei die Faltungs-Entfaltungsgleichgewichte von Peptiden (vgl. z.B. [1, 3, 7]). Ein zweiter Schwerpunkt soll die Entwicklung von simulationsgestützten Beschreibungen von Prozessen der dielektrischen Relaxation in polaren Lösungsmitteln sein. Dazu sollen insbesondere polarisierbare molekülmechanische Kraftfelder zur Simulation der dynamischen Lösungsmitteleigenschaften parametrisiert und verwendet werden (vgl. z.B. [2]). Daraus abgeleitete effektive Modelle der dielektrischen Relaxation sollen dann in TP C2 (de Vivie-Riedle) bei quantendynamischen Beschreibungen molekularer Reaktionen zur Modellierung der Effekte der umgebenden kondensierten Phase dienen. In einem dritten Schwerpunkt sollen schließlich die Wärmetransportprozesse in Peptiden zeitaufgelöst simuliert werden, um zum Verständnis der mit UV/vis-pump-IR-probe Spektroskopie in TP A5 (Zinth) geplanten ultraschnellen Messungen solcher Prozesse beizutragen. Dazu sollen die bislang auf Gleichgewichte zielenden Analyseverfahren der dynamikbasierten virtuellen Schwingungsspektroskopie zu zeitaufgelösten Techniken erweitert werden.