Membranproteinkomplexe
Biologische Membranen sind so faszinierend, weil alles, was eine Zelle zum Leben und zur Reaktion auf die Umwelt braucht, entweder durch Membranen transportiert werden muss oder an Membranen passiert. Die global wichtigen Energieumwandlungsprozesse der Photosynthese und der zellulären Atmung erfolgen an Membranen. An jedem Sinnesreiz und seiner Informationsverarbeitung im Gehirn sind sie entscheidend beteiligt.
Diese Vielfalt unterschiedlicher Aufgaben wird von einer großen Anzahl unterschiedlicher Membranproteine wahrgenommen, deren Bauplan, neueren Schätzungen zufolge, in etwa 30% aller Gene in allen derzeit sequenzierten Genomen festgelegt ist. Dicht gedrängt in Membranen lagern sich die meisten Membranproteine zu größeren Verbänden und Komplexen und zu dynamischen Netzwerken zusammen, um ihre unterschiedlichen Funktionen optimal ausführen zu können.
Aus diesem Grund und weil sie in Lipiddoppelschichten eingelagert sind, lassen sich die meisten Membranproteine nur schwer exprimieren und kristallisieren, und es ist äußerst schwierig, ihrer Funktion auf die Spur zu kommen. Mitglieder dieses Clusters haben mit bahnbrechenden Arbeiten dazu beigetragen, viele dieser Probleme zu lösen, weshalb Frankfurt/M zu einem in der Welt führenden Zentrum für die Analytik von Membranproteinen und Membranproteinkomplexen geworden ist.
Im Forschungsgebiet (A) konzentrieren wir uns auf vier fundamentale in der Membran ablaufende Prozesse: die biologische Energieumwandlung (A.1), den Membrantransport (A.2), die Informationsübertragung an der Synapse (A.3) und die Signaltranduktion an G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (A.4). Wir isolieren zentrale Membranproteinkomplexe und exprimieren ihre Komponenten für die Strukturbestimmung mittels Röntgenstrahlung, mit der Kryo-Elektronenmikroskopie und der Festkörper-NMR, einer kernmagnetischen Resonanzmethode. Wir untersuchen ihre Funktionen mit biophysikalischen Techniken, die in Frankfurt in einer einzigartigen Vielfalt anzutreffen sind.
Unser Ziel ist es, die molekulare Architektur und die Arbeitsweise der komplizierten und lebensnotwendigen Proteinkomplexe in und an der Membran von Grund auf zu verstehen.
Der 1. CEF-Workshop auf diesem Forschungsgebiet fand am 3. November 2008 statt. [Link]
