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Proteins are macromolecules that consist of linear-bonded amino acids. They are essential elements in various metabolic processes. The three-dimensional structure of a protein is determined by the order of amino acids, also referred to as the protein sequence. This conformation corresponds to the structural state in which the protein is functionally active. However, relationships between protein sequence, structure and function have not been fully understood yet. Additionally, information about structural properties or even the entire protein structure are crucial for understanding the dynamics that define protein functionality and mechanisms. From this, the role of a protein in its molecular context can be described closely. For instance, interactions can be investigated and comprehended as a biological dynamic network that is sensitive to alternations, i.e. changes which are caused by diseases. Such knowledge can aid in drug design, whereas compounds need to be specifically tailored and adjusted to their molecular targets. Protein energy profile-basedmethods can be applied to investigate protein structures concerning dynamics and alternations. The publications enclosed to this work discuss in general the scientific potentials of energy profilebased techniques and algorithms. On the one hand, changes in stability caused by protein mutations and proteinligand interactions are discussed in the context of energy profiles. On the other hand, energetic relations to protein sequence, structure and function are elucidated in detail. Finally, the presented discussions focus on recent enhancements of the eProS (energy profile suite) database and toolbox. eProS freely provides all elucidated methodologies to the scientific community. Thus, one can address biological questions with the presented methods at hand. Additionally, eProS provides annotations related to foreign databases. This ensures a broad view on biological data and information. In particular, energetic characteristics can be identified which contribute to a protein’s structure and function.
Als eines der wichtigsten Verfahren der Biologie als beobachtende Wissenschaft ist das Vergleichen von Organismen. Zweck dafür ist es auf phylogenetische Zusammenhänge schließen zu können. Dieses Prinzip ist ebenso auf den Nanokosmos der Proteine übertragbar. Aus dem Vergleich zweier Sequenzen können Unterschiede und Ähnlichkeiten aufgedeckt, und somit Rückschlüsse auf die funktionellen, strukturellen und evolutionären Beziehungen gewonnen werden. Es existieren zahlreiche Algorithmen, die den Vergleich von Proteinen auf den verschiedensten Abstraktionsebenen ermöglichen, wobei diese meist hochgradig spezialisiert sind. Diese Determiniertheit führt häufig zum Informationsverlust. Um den biologischen Kontext zu erfassen, ist es oft notwendig verschiedene Algorithmen auf eine Fragestellung anzuwenden. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Informationen verschiedenster Proteinstrukturebenen vereint und daraus ein einziges Alignment erzeugen kann. Dafür nutzt das Programm den neuartigen Ansatz der Proteinenergieprofilberechnung. Weiterhin wird im Rahmen dieser Arbeit näher auf die Berechnung und Strukturkorrelationen von Energieprofilen eingegangen. Zudem wird ein Algorithmus erläutert, der Alignments dieser Profile durchführt. Im letzten Punkt wird eine Methodik zur Vorhersage von Energieprofilen erläutert sowie dessen Güte abgeschätzt.