Computational spectroscopy of molecular dynamics phenomena in condensed phase : [kumulative Dissertation]

Abstract

In dieser Arbeit wurden Molekulardynamik-Simulationen verwendet um die charakteristischen Bewegungen in komplexen, kondensierten Systemen und deren Einfluss auf spektrale Parameter zu untersuchen: von kleinen wasserstoffgebundenen Komplexen in aprotischer Umgebung, bei denen die Protonentautomerie der Wasserstoffbrückenbindungen mittels Ab-Initio-MD untersucht wurde bis hin zu Systemen mittlerer Größe, welche ein Radikal in einer glasartigen Matrix beinhalten. Es wurde eine Vibrationsmode des Radikals gefunden, welche Schwankungen in der Position des ungepaarten Elektrons verursacht. Mittels Kraftfeld-MD in Kombination mit beschleunigten Simulationsmethoden wurden zwei große biologische Systemen untersucht. Die Auswirkungen von einfachen Ionen auf strukturelle, dynamische und thermodynamische Eigenschaften der Arginin-Asparaginsäure-Salzbrücke wurden ermittelt. Zusätzlich wurde der Konformationsraum eines Polyglutamin-14-Monomer unter physiologischen Bedingungen untersucht.

Molecular Dynamics simulations have been used in the thesis to investigate characteristic motions in complex condensed systems and their influence on spectral parameters: starting from small hydrogen bonded complexes in aprotic environment, where proton tautomerism in the hydrogen bonds was studied by means of ab initio MD; to intermediate sized system containing a radical in a glassy matrix: vibrational mode of the radical was found to be causing fluctuations in the position of the unpaired electron. Two large biological systems have been studied by means of force field molecular dynamics simulations combined with enhanced sampling techniques: effects of simple ions on structural, dynamic and thermodynamic properties of the Arginine – Aspartic acid salt bridge were investigated; additionally, conformational space of a Polyglutamine-14 monomer with grafted FRET chromophores and specific solubility tail under physiological conditions was explored.