Computergestützte Biophysik
In der computergestützten und theoretischen Biophysik verwenden wir theoretische Konzepte aus der Physik, um biologische Systeme zu untersuchen und zu erklären. Die Eigenschaften biologischer Systeme basieren auf dem komplexen Zusammenspiel und der Dynamik einer großen Anzahl von molekularen Komponenten. Computermethoden ermöglichen es uns, die Struktur und Dynamik von biologischen Molekülen zu untersuchen, die für ihre Funktion entscheidend sind. Es ist möglich, die Strukturbildung und Assoziation von Biomolekülen in atomarer Auflösung zu untersuchen und die zugrunde liegenden kräftebildenden Strukturen sowie thermodynamische und kinetische Parameter zu analysieren. Viele noch unbeantwortete Fragen zum Mechanismus spezifischer Strukturbildung können daher durch computergestützte Methoden geklärt werden.
Biologische Systeme sind nicht nur auf molekularer Ebene, sondern auch in höheren organisatorischen Einheiten wie Zellorganellen oder ganzen Zellen äußerst dynamisch. Hier spielen oft stochastische Prozesse, die weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht sind, eine entscheidende Rolle. Das Zusammenspiel dieser Prozesse bestimmt und reguliert zelluläre Abläufe und führt zur Selbstorganisation zellulärer Strukturen. Zum Beispiel finden in Zellen stochastische Prozesse statt, die biochemische Energie verbrauchen und so eine gerichtete Bewegung erzeugen. Mit Hilfe mathematischer Methoden und computergestützter Ansätze im mesoskaligen Bereich können Modelle erstellt werden, um solche Prozesse zu beschreiben und zu erklären. In diesem Zusammenhang sind die Prinzipien der Organisation und Regulation stochastischer Prozesse in Zellen und deren Entwicklung im Verlauf der Evolution nach wie vor weitgehend unbekannt und ein wichtiger Aspekt unserer Arbeit in der computergestützten Biophysik.