A computational multi-scale modelling approach for the refinement of large biomolecules was designed and then applied to the structure of the bacterial ribosome. Algorithms were developed, allowing defined groups of atoms to be clustered into rigid objects, which greatly reduces the number of parameters in the molecular dynamics approach and thus speeds up the computational process considerably (clustered molecular dynamics). The energy potential function, which is used in molecular dynamics to describe structural details of a particle, was extended to include terms that describe high-level biochemical constraints resulting from cross-linking techniques and cryo-electron microscopy. High- and low-level features of the potential function were specified, and the clustered molecular dynamics technique was integrated into the interactive model building process, to establish a physico-chemically plausible structure of the bacterial ribosome. 

Rechnerische Methoden zur effektiven Modellierung von großen Biomolekülen wurden entwickelt und dann auf die Struktur des bakteriellen Ribosoms angewendet. Basierend auf der im Englischen molekulardynamisch (molecular dynamics) genannten Technik wurden Algorithmen entworfen, um definierte Gruppen von Atomen zu starren Clustern zusammenzufassen; dadurch läßt sich die Anzahl der Parameter stark vermindern und damit der Rechenprozeß beschleunigen (Clustered Molecular Dynamics (CMD)). Die im molekulardynamischen Ansatz zur Beschreibung der strukturellen Details von Partikeln verwendete Energiepotentialfunktion wurde um zwei Terme erweitert. Diese berücksichtigen gröbere biochemische Strukturzusammenhänge, die sich aus Cross-linking Techniken und aus der Cryo-Elektronen-Mikroskopie ergeben. Grob- und detailstrukturelle Eigenschaften der Potentialfunktion wurden spezifiziert und die CMD Technik wurde in den interaktiven Modellbildungsprozeß einbezogen um ein Strukturmodell des bakteriellen Ribosoms zu generieren. Dieses weist einen hohen Plausibilitätsgrad auf, da es den zugrundegelegten biochemisch-physikalischen Anforderungen entspricht. 

Betreuer	Brimacombe, Richard; Dr.
Betreuer	Lemke, Heinz U.; Prof. Dr.
Gutachter	Hommel, Günter, Prof. Dr.-Ing.
Gutachter	Harvey, Steven, Prof. phD