dc.contributor.advisor | Groot, Bert de Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Hub, Jochen Sebastian | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-22T15:38:15Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:50:58Z | de |
dc.date.issued | 2008-02-19 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F11B-7 | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3393 | |
dc.description.abstract | Aquaporine (AQPs) bilden eine große
Proteinfamilie von Transmembrankanälen, die in der gesamten
belebten Natur gefunden wurden. AQPs ermöglichen einen schnellen
und selektiven Fluss von Wasser über biologische Membranen. Die
Unterfamilie der Aquaglyceroporine ermöglicht zusätzlich die
Permeation verschiedener organischer Verbindungen wie Glycerin oder
Harnstoff. Für diese Dissertation wurden AQPs mit Hilfe von
Molekulardynamiksimulationen untersucht, insbesondere im Hinblick
auf Selektivität, Inhibition sowie auf einen möglichen
Regulationsmechanismus. Zunächst beschäftigt sich die Dissertation
mit der Permeation unpolarer Gase wie Kohlenstoffdioxid durch
Aquaporin-1 (AQP1). Die Simulationen zeigen, dass die Permeation
solcher Gase durch AQP1 höchstens in Membranen mit ungewöhnlich
geringer intrinsischer Gaspermeabilität zu erwarten ist. Im
Folgenden werden je ein Vertreter der Unterfamilien der
wasserleitenden Aquaporine (AQP1) und der Aquaglyceroporine (GlpF)
verglichen. Es wird gezeigt, dass AQP1 einen Filter bildet, der die
Permeation von kleinen polaren Molekülen erlaubt, während GlpF die
Permeation aller betrachteter Moleküle außer Harnstoff ermöglicht.
Wasser-Protein-Wechselwirkungen, ergänzt durch sterische
Beschränkungen, spielen eine Schlüsselrolle für den molekularen
Selektivitätsmechanismus der Kanäle. Eine mutmaßliche
Spannungsregulation des Wasserflusses durch AQP1 wird diskutiert.
Das folgende Kapitel verwendet eine Kombination von
computergestützten Verfahren, um die mögliche Inhibition von AQP1
durch Tetraethylammonium (TEA) zu untersuchen. Es wird gezeigt, wie
TEA in den Kanaleingang bindet und den Wasserfluss teilweise
inhibiert. Schließlich präsentieren wir eine umfangreiche Analyse
der kurzreichweitigen Ordnung und kollektiven Dynamik in
Bilipidmembranen. Die Simulationen werden mit Streuexperimenten
verglichen. Es wird gezeigt, wie Simulationen die Interpretation
von Streudaten erleichtern können. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | de |
dc.title | Selectivity, Regulation, and Inhibition of Aquaporin Channels. A Molecular Dynamics Study | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Selektivität, Regulation und Inhibition von Aquaporinkanälen. Eine Untersuchung mittels Molekulardynamiksimulationen | de |
dc.contributor.referee | Grubmüller, Helmut Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2008-01-28 | de |
dc.subject.dnb | 530 Physik | de |
dc.subject.gok | WCC 000 | de |
dc.description.abstracteng | Aquaporins (AQPs) form a large family of
transmembrane protein channels which have been found throughout
nature. AQPs facilitate the highly efficient and selective flux of
water across biological membranes, whereas related
aquaglyceroporins are additionally permeated by small organic
compounds such as glycerol or urea. For the present thesis we
employed molecular dynamics simulations to study the selectivity,
inhibition, as well as a putative regulatory mechanism of
aquaporins. At first, the permeation of apolar gas molecules such
as carbon dioxide through aquaporin-1 (AQP1) is inspected. The
simulations reveal that the permeation of such gases through AQP1
can only be expected in membranes with unusually low intrinsic gas
permeability. In the following, a typical member of the
water-conducting AQP subfamily (AQP1) is compared to a member of
the aquaglyceroporin subfamily (GlpF). It is found that AQP1 forms
a filter which allows the permeation of small polar solutes only,
whereas GlpF is less selective allowing the permeation of all
considered solutes except for urea. Water--protein interactions
complemented by steric restraints are shown to play a key role in
the molecular mechanism of selectivity. The putative regulation of
the water flux through AQP1 by an electrostatic membrane potential
is addressed. In addition, through a number of computational
approaches the putative inhibition of AQP1 by tetraethylammonium
(TEA) is investigated. TEA is shown to bind into the channel
entrance while inhibiting the water flux partially. Finally, we
present an extensive analysis of short-range order and collective
dynamics of a lipid bilayer membrane. The simulations are compared
to scattering experiments. It is shown how the interpretation of
scattering data can be aided by simulations. | de |
dc.contributor.coReferee | Salditt, Tim Prof. Dr. | de |
dc.subject.topic | Mathematics and Natural Science | de |
dc.subject.ger | Aquaporin | de |
dc.subject.ger | Aquaglyceroporin | de |
dc.subject.ger | Membran | de |
dc.subject.ger | Permeation | de |
dc.subject.ger | Molekulardynamik | de |
dc.subject.ger | Simulation | de |
dc.subject.ger | Selektivität | de |
dc.subject.eng | aquaporin | de |
dc.subject.eng | aquaglyceroporin | de |
dc.subject.eng | membrane permeation | de |
dc.subject.eng | molecular dynamics simulation | de |
dc.subject.eng | selectivity | de |
dc.subject.eng | potential of mean force | de |
dc.subject.eng | umbrella sampling | de |
dc.subject.bk | 33 Physik | de |
dc.subject.bk | 42.12 Biophysik | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1716-6 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-1716 | de |
dc.identifier.ppn | 573782482 | de |