Vibrational and Scaling Cascades in Conformational Dynamics of (Alanine-Leucine)n-Peptides

Abstract

This thesis aims for understanding the scaling cascades in the vibrational and conformational dynamics of peptides, exemplified on model (Ala-Leu)n based peptides. By sampling (classical MD simulations), modeling (MSM’s) and vibrational spectroscopy (calculated using first-principles MD simulations and compared to IR experiments), we succeeded in 1) interpreting the measured vibrational spectrum of AlaLeu, 2) understanding the effect of hydration shell dynamics on the vibrational spectrum of Ala-Leu-Ala-Leu, 3) connecting the slow, functionally relevant metastable conformations of Ala-Leu-Ala-Leu and the fast solvent dynamics/ local atomic fluctuations, 4) elucidating the effect of change in the length of the (Ala-Leu)n peptide on the timescales of metastable conformation, hydration shell geometry and the vibrational spectra.

Diese Dissertation hat zumZiel, die Skalenkaskaden der Schwingungs- und Konformationsdynamik von Peptiden anhand von (Ala-Leu)n -basierten Modellpeptiden zu verstehen. Mittels Sampling (klassische Molekulardynamik (MD)-Simulationen), Modellierung (Markov State Modelle (MSM) und Schwingungsspektroskopie (berechnet durch first-principlesMDSimulationen und Vergleich mit Infrarot (IR)-Experimenten), ist es gelungen, 1) das gemessene Schwingungsspektrum von Ala-Leu zu interpretieren, 2) den Einfluss der Dynamik in der Hydratationshülle auf das Schwingungsspektrum von Ala-Leu-Ala-Leu zu verstehen, 3) die langsamen, funktionell relevanten metastabilen Konformationen von Ala-Leu-Ala-Leu und die schnelle Dynamik des Solvens sowie die lokalen atomaren Fluktuationen in Beziehung zu setzen, 4) den Einfluss der Länge der (Ala-Leu)n-Peptide auf die Zeitskalen der metastabilen Konformationen, der Geometrie der Hydrathülle und des Schwingungsspektrums zu beleuchten.