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Spektroskopie | IT 44 www labo de 11 2024 Forschende aus Deutschland und den USA haben unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf HHU eine Datenbeschreibung entwickelt die Ergebnisse aus Fluoreszenzmessungen für die Strukturund Dynamikmodellierung großer Biomoleküle bereitstellen kann Die Autoren erläutern in der Fachzeitschrift Nature Methods dass so andere Forschende durch Datenbanken auf fluoreszenzbasierende integrative Strukturmodelle und deren Dynamik zugreifen können Experimentbasierte Trainingsdaten für die nächste Generation von KI-Werkzeugen KI künstliche Intelligenz für die dynamische Strukturmodellierung werden so bereitgestellt Proteine und Nukleinsäuren sind zentrale Bausteine des Lebens in allen Organismen Diese Biomoleküle setzen sich aus vielen einzelnen Bausteinen zusammen bei Proteinen zum Beispiel aus Aminosäuren Wenn die einzelnen Bausteine in den Zellen zusammengefügt werden entstehen die Biomoleküle als komplexe dreidimensionale Strukturen Deren konkrete Form ist durch die Konfiguration und Kräfte zwischen den Bausteinen bestimmt Um aber die Funktion der Biomoleküle zu verstehen ist es wichtig neben deren dreidimensionaler Struktur auch die Anzahl verschiedener Strukturzustände und die Austauschdynamik zwischen diesen zu berücksichtigen Es war lange Zeit sehr komplex und aufwändig die 3D-Struktur von Biomolekülen mithilfe klassischer biophysikalischer Methoden zu bestimmen Um diese Arbeit Schritt für Schritt zu vereinfachen und zu systematisieren werden seit 1971 alle diese dreidimensionalen Strukturen in der „Protein Data Bank“ PDB unter www rcsb org gesammelt Inzwischen sind es mehr als 220 000 Strukturen Hier kommen nun KIbasierte Werkzeuge wie etwa „AlphaFold“ als Trainingsdaten für neuronale Netzwerke zum Einsatz Die KI-Systeme treffen schon recht gute Vorhersagen biomolekularer Strukturen Die Werkzeuge können aber wegen fehlender experimenteller Daten derzeit keine Dynamik vorhersagen Strukturmodelle auf Basis von Fluoreszenzdaten Daher ist es wichtig leistungsfähige experimentelle Methoden wie zum Beispiel die Fluoreszenzspektroskopie einzusetzen die kombinierte Informationen über die Dynamik und Struktur komplexer Biomoleküle liefern Bei Fluoreszenzexperimenten werden bestimmte interessante „Wörterbücher“ machen fluoreszenzbasierte Daten zugänglich 3D-Strukturen von Biomolekülen Die Daten aus Fluoreszenzexperimenten werden mit Hilfe von „Wörterbüchern“ aufgearbeitet und zusammen mit integrativen Strukturmodellen in einer Datenbank zur Verfügung gestellt Bild HHU Christian Hanke