Docking

Proteine kann man sich grob als lange Kette von Aminosäuren vorstellen. Jede Aminosäure besteht aus einer funktionellen Gruppe und dem sogenannten Rest. Die Reste der Aminosäuren bezeichnet man im Protein auch als Seitenketten. Die Kettenbildung erfolgt an der funktionellen Gruppe, an der die einzelnen Proteine eine Peptid-Bindung eingehen. Diese Kettenbildung kann man theoretisch beliebig lang fortführen. Die verschiedenen Aminosäuren werden im Allgemeinen mit einem Code aus 3 Buchstaben abgekürzt. Will man ein Protein beschreiben, so reicht es, diese Folge von Aminosäuren aufzuschreiben.

Die theoretische Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen zwei Proteinen bzw. Protein und Ligand, also grob gesagt die Bindung, ist von großem Interesse, denn sie ermöglicht die Verifikation von Hypothesen während des sogenannten Drug-Designs, ohne dabei auf reale Laborexperimente angewiesen zu sein.

Ein immer wieder auftretendes Problem ist das so genannte Protein-Protein- Docking, das folgendermaßen definiert ist:

Seien die räumlichen Strukturen der Proteine A und B gegeben, von denen bekannt ist, dass sie einen Komplex AB bilden, dann versteht man unter dem Protein-Protein-Docking die korrekte Vorhersage der Komplexstruktur AB.

Es gibt verschiedene Ansätze für das Protein-Protein- Docking. Der einfachste Ansatz betrachtet Proteine als starre Gebilde. Hier spricht man vom Rigid Body Docking (RBD). Dieser Ansatz geht auf das bekannte Schlüssel- Schloss-Prinzip zurück, das Emil Fischer 1894 vorschlug.

Dieses Modell besagt, dass die zu dockenden Proteine, in seinem Fall Enzym und passendes Substrat, starre Körper sind, die geometrisch komplementäre Regionen besitzen müssen.  Zwar sind Proteine keine starren Körper und haben bewegliche Seitenketten, allerdings ergaben Untersuchungen, dass sich der Backbone, also das Grundgerüst bestehend aus den durch Peptidbindung verknüpften funktionellen Gruppen,  bei vielen Proteinen während der Komplexbildung kaum verändert.

In der Regel liefert das Docking nicht nur einen Wirkstoffkandidaten, sondern eine große Zahl, die die rein physikalischen Voraussetzungen erfüllen, um mit dem Target zu interagieren. Aus der Menge dieser Kandidaten müssen nun diejenigen ausgewählt werden, die als effektiver Wirkstoff in Frage kommen. Mögliche Probleme können zum Beispiel dadurch entstehen, dass der entwickelte Wirkstoff gar nicht erst den Weg zu seinem Ziel findet, da er im menschlichen Körper einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen und biologischer Barrieren ausgesetzt ist.