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Daniel Mann

• Heterotrimere G-Proteine sind molekulare Schalter, die eine Vielzahl an physiologisch relevanten Prozessen, wie Sehen, Riechen und die Blutdruckregulation steuern. In dieser Arbeit wurden molekulare Mechanismen des Einschaltens (Austausch von Guanosindiphosphat (GDP) zu Guanosintriphosphat (GTP)) und des Ausschaltens (GTP Hydrolyse) dieser Proteine untersucht. Dazu wurde vor allem die zeitaufgelöste FTIR-Spektroskopie benutzt, die als Messergebnis detaillierte strukturelle Informationen in Form von Infrarotspektren liefert. Zur Dekodierung dieser Information wurden molekularmechanische (MM-) und gekoppelte quantenmechanische/molekularmechanische (QM/MM-) Simulationen durchgeführt. Hiermit war es möglich, die spektrale Information in einen dreidimensionalen Film des aktiven Zentrums zu übersetzen und strukturelle Details von Ein- und Ausschalten aufzuklären. Dazu gehört unter anderem der Mechanismus des intrinschen Arginin Fingers heterotrimerer G-Proteine während der GTP-Hydrolyse.
• Heterotrimeric G-Proteins are molecular switches in cells that maintain a plethora of physiological processes like vision, scent and blood pressure regulation. In this thesis, molecular mechanisms of the on-switch (exchange from guanosine diphosphate (GDP) to guanosine triphosphate (GTP)) and the off-switch (GTP hydrolysis) of these proteins were investigated. Particularly time-resolved FTIR spectroscopy was applied, that resolves molecular reactions in the form of infrared spectra. For decoding these spectra, biomolecular simulations (molecular mechanics (MM) and coupled quantum mechanics / molecular mechanics (QM/MM)) were applied, that translated the spectral information into a three-dimensional movie of the active center. Detailed mechanisms of the on- and the off-switch were thereby elucidated, among others the mechanism of the intrinsic arginine finger in heterotrimeric G-Proteins during GTP hydrolysis.