Os cloroplastos de algas e plantas son os motores celulares que converten a enerxía solar en enerxía química mediante a fotosíntese. Estes orgánulos, limitados por unha envoltura con dúas membranas, conteñen o seu propio xenoma cuxa expresión está estreitamente coordinada coa do xenoma nuclear. A maioría das proteínas dos cloroplastos están codificadas por xenes nucleares, traducidas no citosol como proteínas precursoras que conteñen unha secuencia de tránsito no seu extremo aminoterminal que serve como billete de entrada aos cloroplastos.
A importación de proteínas nos cloroplastos está mediada por dous complexos proteicos de membrana chamados TOC e TIC na membrana da envoltura externa e interna, respectivamente. Estes complexos xogan un papel fundamental cloroplasto bioxénese, na montaxe dos aparellos fotosintéticos e en diversas vías metabólicas. Identificáronse e caracterizáronse as diferentes subunidades proteicas de TOC e TIC, e revelouse que TOC e TIC forman un supercomplexo xuntos. Non obstante, non está claro como as diferentes proteínas de TOC e TIC se ensamblan para formar as canles para a translocación de proteínas a través das membranas da envoltura do cloroplasto, e as vías de translocación de proteínas dentro de TOC e TIC seguen sendo esquivas.
Nun estudo publicado en liña en Natureza, o grupo de Liu Zhenfeng no Instituto de Biofísica da Academia Chinesa de Ciencias, en colaboración co profesor Jean-David Rochaix da Universidade de Xenebra, Suíza, proporcionou unha visión moi esperada sobre os compoñentes moleculares, a organización tridimensional e as proteínas potenciales. vías de translocación do supercomplexo TOC-TIC a partir dunha alga verde unicelular chamada Chlamydomonas reinhardtii.
Os investigadores dilucidaron a arquitectura supramolecular do supercomplexo TOC-TIC mediante microscopía crioelectrónica.
Descubríronse trece subunidades proteicas diferentes neste supercomplexo. Con excepción de Tic214 codificado polo xenoma do cloroplasto, todas as outras subunidades están codificadas nuclearmente. Están ensamblados no complexo TOC na membrana externa, no complexo espacial intermembrana (ISC) e no complexo TIC na membrana interna. Sorprendentemente, descubriuse que a proteína de membrana Tic214 máis grande abarca a membrana interna, o espazo intermembrana e a membrana externa, enlazando as outras. proteína subunidades como unha ponte e moi probablemente tamén actuando como estada.
O complexo TOC na membrana externa está composto principalmente por Toc34, Toc90 e Toc75, flanqueado polo lado Toc90 polo complexo Ctap4-Ctap3. Un híbrido en forma de barril canle está formado por Toc90 e Toc75 sobre o membrana exterior. A canle contén unha entrada polo lado citosólico e dúas saídas que se abren cara ao espazo intermembrana, así como unha porta lateral cara ao bicapa lipídica. Unha molécula de ácido fítico (tamén coñecida como inositol hexafosfato/InsP6) intercala na interface entre Toc90 e Tic214, estabilizando o seu ensamblaxe como unha cuña.
O dominio do espazo intermembrana de Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 e Ctap5 entrelázanse entre si para formar unha estrutura tipo torre que conecta TOC con TIC. No membrana interna, os dominios embebidos na membrana de Tic214, Tic20, Ctap5 e tres pequenas subunidades (chamadas Simp1, Simp2 e Simp3) forman o complexo TIC. Catro moléculas de lípidos serven para estabilizar o conxunto dunha canle en forma de funil situada na interface entre Tic214 e Tic20 e evitar que a canle se filtre.
A partir dos datos estruturais, os investigadores analizaron en detalle as características dos poros dentro das canles TOC e TIC. Puideron predicir as interaccións entre o péptido de tránsito e o complexo TIC mediante a simulación de dinámica molecular.
Apoiado pola observación de dous poros da canle conectados por un suco superficial e os informes bioquímicos e funcionais anteriores, propuxéronse varias vías para explicar a translocación das diferentes preproteínas a través do supercomplexo TOC-TIC a distintos compartimentos locais de cloroplastos.