de | en

Molecular Dynamics

Prof. Martin Zacharias

Research Field

The function of proteins and nucleic acids in living systems is strongly coupled to the molecular motion and dynamics of these biomolecules. Our group uses computer simulation methods to study the structure, function and dynamics of biomolecules. Our goal is to better understand structure formation processes and to elucidate the mechanism of ligand-receptor association in atomic detail. As the main computational technique we employ Molecular Dynamics simulations based on a classical force field to follow molecular motions including the surrounding solvent and ions. This allows us to extract thermodynamic and kinetic properties of the biomolecular system using methods of statistical mechanics. We also develop computational docking approaches to predict how proteins interact with other proteins or RNA and DNA molecules or how small drug-like compounds bind to biomolecular targets.

Address/Contact

James-Franck-Str. 1
85748 Garching b. München
+49 89 289 12393
Fax: +49 89 289 12444

Members of the Research Group

Professor

Office

Scientists

Students

Other Staff

Teaching

Course with Participations of Group Members

Titel und Modulzuordnung
ArtSWSDozent(en)Termine
Biophysik
Zuordnung zu Modulen:
VO 4 Rief, M. Zacharias, M. Do, 14:00–16:00, PH HS3
Do, 10:00–12:00, PH HS3
Di, 12:30–14:00, PH HS3
Di, 10:00–11:30, PH HS3
Elementary Processes in Molecular Systems
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Scherer, P. Do, 12:00–14:00, PH 2271
Molekulardynamik-Simulationen: von den Grundlagen zu Anwendungen
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Zacharias, M. Mo, 10:00–12:00, PH II 227
Übung zu Elementare Prozesse in molekularen Systemen
Zuordnung zu Modulen:
UE 2 Scherer, P. Termine in Gruppen
Übung zu Molekulardynamik-Simulationen: von den Grundlagen zu Anwendungen
Zuordnung zu Modulen:
UE 2 Reif, M.
Leitung/Koordination: Zacharias, M.
Termine in Gruppen
Biomolecular Systems
Zuordnung zu Modulen:
SE 2 Gerland, U. Simmel, F. Zacharias, M. Do, 12:00–13:30, PH 3343
Mentoren informieren zur Schwerpunktwahl im Bachelorstudiengang Physik (Biophysik [BIO])
Zuordnung zu Modulen:
OV 0.1 Bausch, A. Zacharias, M.

Offers for Theses in the Group

Free energy calculation of protein-ligand binding

Mit Hilfe von Moleküldynamiksimulationen sollen freie Energien der Bindung von einem Liganden an ein Enzymmolekül berechnet werden. Der Ligand hemmt die Aktivität des Enzyms durch Bindung an die aktive Tasche des Enzyms. Durch Simulationsstudien kann der Einfluss einzelner chemischer Gruppen auf die Bindeaffinität (=Stärke der Bindung) des Liganden untersucht werden. Ziel der Simulationsstudien ist es, die Bedeutung einzelner chemischer Gruppen für die Bindeaffinität zu analysieren und mögliche Wege zu Erhöhung der Affinität aufzuzeigen.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Martin Zacharias
Polarity of water and hydrophobic effect

Nicht-polare Moleküle zeigen in Wasser eine Tendenz zur Assoziation, die über die direkte Anziehung wie sie in Abwesenheit des umgebenden Lösungsmittels auftreten würde, hinausgeht. Dieser (Wasser-vermittelte) hydrophobe Effekt ist die treibende Kraft für eine Vielzahl an Strukturbildungs-prozessen und Assoziationsvorgängen von Biomolekülen. Einige Aspekte des hydrophoben Effekts sind auf molekularer Ebene noch nicht genau verstanden. Entscheidend für den hydrophoben Effekt ist die Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen, die ein nicht-polares Molekül umgeben. In Computersimulationen kann man die Polarität von Wasser (und damit die Ausbildung von Wasserstoffbrücken) steuern. Die Solvatisierungseigenschaften  von gelösten nicht-polaren Molekülen sollen in Abhängigkeit von der Polarität des umgebenden Wassers durch Simulationsstudien untersucht werden und neue Erkenntnisse zum Verständnis des hydrophoben Effekts gewonnen werden. Die Arbeit erfordert Interesse an statistischer Mechanik und der Verwendung von Simulationsmethoden am Computer.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Martin Zacharias
Simulation studies on protein-DNA binding

Protein-DNA-Bindung ist ein wichtiger Prozess bei der Genregulierung und für die Verpackung von DNA auf engem Raum in einer Zelle. Die Bindung wird dabei durch die Moleküloberfläche der Partner bestimmt.  Mit Hilfe von Moleküldynamiksimulationen am Computer soll die freie Energie der Bindung von Proteinmolekülen and DNA berechnet werden.  Dazu werden die Proteine während der Simulation voneinander entfernt und die dazu erforderliche Kraft bzw. Arbeit (=freie Energie) wird berechnet. Es sollen Simulationsstudien zur spezifischen (hoch-affinen) Proteinbindung mit Studien zur nicht-spezifischen (niedrig-affinen) Bindung verglichen werden.  Die Simulationen erlauben die Analyse der auftretenden molekularen Kräfte und Energiebeiträge zur Bindung.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Martin Zacharias

Current and Finished Theses in the Group

Efficient Inclusion Of Flexibility And Crosslinking Data In Protein-Protein Docking
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Martin Zacharias
Implementation of a Softcore-Potential into the Protein-Protein-Docking-Software 'ATTRACT'
Abschlussarbeit im Bachelorstudiengang Physik
Themensteller(in): Martin Zacharias
Modellierung von Proteinstrukturen durch Kombination von Proteinfragmenten
Abschlussarbeit im Bachelorstudiengang Physik
Themensteller(in): Martin Zacharias
Stochastic Lagrangian Dynamics of Vorticity in Turbulent Channel Flows
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Martin Zacharias
Top of page