Die räumliche Anordnung sowie Funktionsweise von Membranproteinen markiert biochemisch betrachtet immer noch einen recht unbekannten Fleck auf der Karte der Wissenschaftler. Das liegt unter anderem daran, dass sie sehr schwer in ausreichenden Mengen zu isolieren sind, da sie nur in geringen Mengen natürlich vorkommen. Wegen ihrer Lipid-Umgebung haben Membranproteine eine hydrophobe Oberfläche und sind daher nur schwer ohne Verlust an funktioneller Aktivität in Lösung zu bringen. „Die heterologe Überproduktion, das heißt die Expression und Isolation aus Fremdorganismen wie beispielsweise Bakterien, Hefe, oder Insektenzellen ist oft toxisch oder führt zu Fehlfaltungen“, berichtet Dr. Jörg Kleinschmidt. Mit seiner Forschergruppe untersucht der Biophysiker den Faltungsmechanismus einer Klasse von Membranproteinen, die eine fassartige Struktur aufweisen, der sogenannten β-Fass-Membranproteine. Zudem geht er der Frage auf den Grund, wie die Wechselwirkung von Membranproteinen und Faltungshelferproteinen, zu denen beispielsweise molekulare Chaperone gehören, im Detail aussieht.

„Vorteilhaft ist, dass sich β-Fass-Membranproteine meist komplett in wässeriger Lösung durch hohe Konzentrationen chaotroper Substanzen, z. B. Guanidiniumchlorid, entfalten lassen, wobei die Sekundärstruktur nahezu vollständig verloren geht“, erklärt Dr. Jörg Kleinschmidt. Verdünnt man ihm zufolge die Denaturierungsmittel in Gegenwart von Detergensmicellen (Aggregate von Detergenz-Molekülen) oder Lipid-Doppelschichten (Vesikel bzw. Liposomen), so falten viele dieser Proteine direkt zurück, ohne dazu zwingend Faltungshelferproteine zu benötigen. Die β-Fass-Membranproteine sind für Faltungsstudien generell leichter zugänglich als die weitaus hydrophoberen α-helikalen Membranproteine.

Interessant ist für die Forscher dabei unter anderem aufzuklären, warum die Faltung im Modellsystem spontan verläuft, in Zellen jedoch bestimmte Proteine zugegen sein müssen. Keine leichte Aufgabe, denn Proteine können theoretisch eine sehr große Zahl möglicher Konformationen einnehmen, wobei zumeist jedoch nur eine räumliche Anordnung funktionell ist. „Welche Konformation das ist, erfordert eine Vielzahl von Berechnungen und enorme Computerkapazitäten“, verweist Dr. Jörg Kleinschmidt auf die Notwendigkeit mehr Informationen über die Prinzipien von Proteinfaltungen zu erhalten, um Algorithmen zur Strukturvorhersage zu optimieren. Für die Transmembranregionen von Membranproteinen ist dies ihm zufolge jedoch etwas leichter, da die Lipid-Doppelschicht, in die Membranproteine eingebettet sind, zu Restriktionen für die möglichen Konformationen“ führt.