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Forschungsbereich A: Membranproteinkomplexe

Biologische Membranen sind von zentraler Bedeutung für das Leben. Sie umgeben die Zellen und Organellen und trennen das interne Milieu der Zelle oder Organelle vom externen Milieu.

Die Grundbausteine der biologischen Membran sind einerseits Lipide, die in einer Doppelschicht angeordnet sind, und andererseits Membranproteine, die in der Lipiddoppelschicht eingebettet sind. Manchmal kommen Zuckermoleküle hinzu, die wiederum an die Lipide und Membranproteine gebunden sind.

Wesentliche Grundfunktionen der Zelle, wie Energieproduktion, Nahrungsaufnahme, Abfallbeseitigung und Verarbeitung von externen Signalen, geschehen an der biologischen Membran. Um diese vielfältigen Funktionen ausüben zu können, lagern sich dort die meisten Membranproteine zu großen und oft dynamischen Komplexen zusammen. 

Das detaillierte Studium von Membranproteinkomplexen setzt voraus, dass diese Komplexe zunächst aus ihrer Lipidumgebung herausgelöst werden. Damit werden sie zugänglich für strukturelle und funktionelle Untersuchungen. Um die Baupläne der Membranproteine aufklären zu können, mussten am CEF oft jahrelang Experimente durchgeführt werden, an deren Ende als krönender Abschluss einige völlig neuartige Strukturen entschlüsselt werden konnten. Die Kenntnis des exakten strukturellen Aufbaus ermöglicht es, die molekularen Mechanismen des Membranproteins aufzuklären und damit seine Funktion im Detail zu verstehen. Diese Struktur/Funktion-Beziehung dient dann als Basis für das Verständnis der globalen Funktion des Proteinkomplexes innerhalb der biologischen Membran und dessen Interaktionen mit anderen Membranproteinkomplexen.

Wir untersuchen im CEF die entscheidenden Membranproteinkomplexe, die an den grundlegenden Membranprozessen beteiligt sind. Dafür produzieren und isolieren wir ganze Komplexe oder einzelne Teile davon, um ihre Struktur mittels Röntgenstrukturanalyse, Kryo-Elektronenmikroskopie oder (Festkörper-) Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR-Spektroskopie) zu studieren. Darüber hinaus untersuchen wir ihre Funktion mit einer breiten Palette biochemischer und biophysikalischer Messmethoden, die hier in Frankfurt zur Verfügung stehen.

Unser Ziel ist es dabei, ein umfassendes Verständnis des molekularen Bauplans und der Wirkungsweise dieser faszinierenden und für das Leben essentiellen Membranproteinkomplexe zu erhalten.