Proteine

Unter den biologisch relevanten Makromolekülen nehmen Proteine eine wichtige Stelle ein. Sie sind der Hauptbestandteil des Zytoplasmas in biologischen Zellen und erfüllen im ganzen Körper vielfältige Funktionen, angefangen von Strukturbildung und Energieerzeugung über Biokatalyse bis hin zu Antikörpern des Immunsystems. Proteine bestehen aus zum Teil verzweigten Kettenmolekülen, die aus 20 natürlich vorkommenden Aminosäuren aufgebaut sind. Verschiedene Proteine unterscheiden sich sowohl in der Anzahl als auch in der Reihenfolge (Sequenz) der Aminosäuren. Die Sequenz oder Primärstruktur eines Proteins lässt sich heute relativ einfach bestimmen. Auch die lokale Faltung, die Sekundärstruktur, ist zu einem großen Teil vorhersagbar.

Für die Bestimmung der biologischen Funktion ist jedoch die räumliche, die Tertiärstruktur, von ausschlaggebender Bedeutung. Bedingt durch flexible Bindungen können die Kettenmoleküle im Prinzip sehr viele verschiedene räumliche Faltungen annehmen. Proteine mit derselben Primärstruktur falten sich aber immer in dieselbe Tertiärstruktur. Obwohl die Tertiärstruktur durch die Primärstruktur eindeutig festgelegt ist, lässt sie sich nicht direkt aus ihr ableiten. Sie lässt sich nur mit großem messtechnischen Aufwand bestimmen. Mit den Verfahren der Röntgenkristallographie und der Kernmagnetresonanz sind bisher einige tausend Strukturen aufgeklärt worden. Im Gegensatz dazu sind aber bereits mehrere hunderttausend Primärstrukturen bekannt, und mit wachsender Geschwindigkeit kommen neue Sequenzen hinzu. Deshalb ist man an rechnerunterstützten Verfahren interessiert, welche die Tertiärstruktur aus der Sequenz vorhersagen können.