Хлоропласты водорослей и растений являются клеточными двигателями, которые преобразуют солнечную энергию в химическую посредством фотосинтеза. Эти органеллы, ограниченные оболочкой с двумя мембранами, содержат собственный геном, экспрессия которого тесно скоординирована с экспрессией ядерного генома. Большинство белков хлоропластов кодируются ядерными генами, транслируемыми в цитозоле как белки-предшественники, содержащие транзитную последовательность на их амино-конце, которая служит входным билетом в хлоропласты.
Импорт белка в хлоропласты опосредуется двумя мембранными белковыми комплексами, называемыми TOC и TIC, во внешней и внутренней оболочечной мембране соответственно. Эти комплексы играют ключевую роль в хлоропласт биогенеза, в сборке фотосинтетических аппаратов и в различных метаболических путях. Были идентифицированы и охарактеризованы различные белковые субъединицы TOC и TIC, и было обнаружено, что TOC и TIC вместе образуют суперкомплекс. Однако, как различные белки TOC и TIC собираются вместе, чтобы сформировать каналы для транслокации белков через мембраны оболочки хлоропластов, неясно, и пути транслокации белков внутри TOC и TIC остаются неясными.
В исследовании, опубликованном в Интернете в Природа, группа Лю Чжэньфэна из Института биофизики Китайской академии наук в сотрудничестве с профессором Жаном-Давидом Роше из Женевского университета, Швейцария, предоставила долгожданную информацию о молекулярных компонентах, трехмерной организации и потенциальных белках. пути транслокации суперкомплекса TOC-TIC из одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii.
Исследователи выяснили надмолекулярную архитектуру суперкомплекса TOC-TIC с помощью криоэлектронной микроскопии.
Было обнаружено тринадцать различных белковых субъединиц в этом суперкомплексе. За исключением Tic214, кодируемого хлоропластным геномом, все остальные субъединицы кодируются в ядре. Они собираются в комплекс TOC на внешней мембране, комплекс межмембранного пространства (ISC) и комплекс TIC на внутренней мембране. Примечательно, что самый большой мембранный белок Tic214 охватывает внутреннюю мембрану, межмембранное пространство и внешнюю мембрану, связывая другие белок подразделения как мост и, скорее всего, как эшафот.
Комплекс TOC во внешней мембране в основном состоит из Toc34, Toc90 и Toc75, окруженных со стороны Toc90 комплексом Ctap4-Ctap3. Гибрид бочкообразной формы канал формируется Toc90 и Toc75 на внешняя мембрана. Канал содержит вход с цитозольной стороны и два выхода, открывающихся в сторону межмембранного пространства, а также латеральные ворота, обращенные к липидный бислой. Молекула фитиновой кислоты (также известной как инозитол гексафосфат/InsP6) интеркалирует на границе раздела между Toc90 и Tic214, стабилизируя их сборку в виде клина.
Домен межмембранного пространства Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 и Ctap5 переплетаются друг с другом, образуя башнеобразную структуру, соединяющую TOC с TIC. в внутренняя мембрана, встроенные в мембрану домены Tic214, Tic20, Ctap5 и три малых субъединицы (названные Simp1, Simp2 и Simp3) образуют комплекс TIC. Четыре молекулы липидов служат для стабилизации сборки воронкообразного канала, расположенного на границе между Tic214 и Tic20, и предотвращают протечку канала.
На основе структурных данных исследователи подробно проанализировали особенности пор внутри каналов TOC и TIC. Они смогли предсказать взаимодействия между транзитным пептидом и комплексом TIC с помощью моделирования молекулярной динамики.
На основании наблюдения двух канальных пор, соединенных поверхностной бороздкой, и предыдущих биохимических и функциональных отчетов было предложено множество путей для объяснения транслокации различных препротеинов через суперкомплекс TOC-TIC в отдельные локальные компартменты хлоропластов.
