Quantenklassische Hybridbeschreibung von Solvatisierungseffekten
b'Eine aussagekr\\xe4ftige theoretische Beschreibung des Infrarot (IR)-Schwingungsspektrums eines Biomolek\\xfcls in seiner nativen Umgebung durch Molekulardynamik (MD)-Simulationen ben\\xf6tigt hinreichend genaue Modelle sowohl f\\xfcr das Biomolek\\xfcl, als auch f\\xfcr das umgebende L\\xf6sungsmittel. Die quantenmechanische Dichtefunktionaltheorie (DFT) stellt solche genauen Modelle zur Verf\\xfcgung, zieht aber hohen Rechenaufwand nach sich. Daher ist dieser Ansatz nicht zur Simulation der MD ausgedehnter Biomolek\\xfcl-L\\xf6sungsmittel-Komplexe einsetzbar. Solche Systeme k\\xf6nnen effizient mit polarisierbaren molek\\xfclmechanischen (PMM) Kraftfeldern behandelt werden, die jedoch nicht die zur Berechnung von IR-Spektren n\\xf6tige Genauigkeit liefern.\\n\\nEinen Ausweg aus dem skizzierten Dilemma bieten Hybridverfahren, die einen relevanten Teil eines Simulationssystems mit DFT, und die ausgedehnte L\\xf6sungsmittelumgebung mit einem (P)MM-Kraftfeld beschreiben. Im Rahmen dieser Arbeit wird, ausgehend von einer DFT/MM-Hybridmethode [Eichinger et al., J. Chem. Phys. 110, 10452-10467 (1999)], ein genaues und hocheffizientes DFT/PMM-Rechenverfahren entwickelt, das der wissenschaftlichen \\xd6\\u0323ffentlichkeit nun in Form des auf Gro\\xdfrechnern einsetzbaren Programmpakets IPHIGENIE/CPMD zur Verf\\xfcgung steht.\\n\\nDie neue DFT/PMM-Methode fu\\xdft auf der optimalen Integration des DFT-Fragments in die "schnelle strukturadaptierte Multipolmethode" (SAMM) zur effizienten approximativen Berechnung der Wechselwirkungen zwischen den mit gitterbasierter DFT bzw. mit PMM beschriebenen Subsystemen.\\nDies erlaubt stabile Hamilton\'sche MD-Simulationen sowie die Steigerung der Performanz (d.h. dem Produkt aus Genauigkeit und Recheneffizienz) um mehr als eine Gr\\xf6\\xdfenordnung. \\nDie eingef\\xfchrte explizite Modellierung der elektronischen Polarisierbarkeit im PMM-Subsystem durch induzierbare Gau\\xdf\'sche Dipole erm\\xf6glicht die Verwendung wesentlich genauerer PMM-L\\xf6sungsmittelmodelle. Ein effizientes Abtastens von Peptidkonformationen mit DFT/ PMM-MD kann mit einer generalisierten Ensemblemethode erfolgen.\\n\\nDurch die Entwicklung eines Gau\\xdf\'schen polarisierbaren Sechspunktmodells (GP6P) f\\xfcr Wasser und die Parametrisierung der Modellpotentiale f\\xfcr van der Waals-Wechselwirkungen zwischen GP6P-Molek\\xfclen und der Amidgruppe (AG) von N-Methyl-Acetamid (NMA) wird ein DFT/PMM-Modell f\\xfcr (Poly-)Peptide und Proteine in w\\xe4ssriger L\\xf6sung konstruiert. Das neue GP6P-Modell kann die Eigenschaften von fl\\xfcssigem Wasser mit guter Qualit\\xe4t beschreiben. Ferner k\\xf6nnen die mit DFT/PMM-MD berechneten IR-Spektren eines in GP6P gel\\xf6sten DFT-Modells von NMA die experimentelle Evidenz mit hervorragender Genauigkeit reproduzieren. Somit ist nun ein hocheffizientes und ausgereiftes DFT/PMM-MD-Verfahren zur genauen Berechnung der Konformationslandschaften und IR-Schwingungsspektren von in Wasser gel\\xf6sten Proteinen verf\\xfcgbar.'