Complexos TIC e TOC

Diagrama do cloroplasto. Os complexos TIC e TOC están situados respectivamente nas membranas interna e externa da envoltura do cloroplasto.

Os complexos TIC e TOC son canais translocóns localizados nas membranas dos cloroplastos dos eucariotas. Son complexos proteicos formados por moitas subunidades que facilitan a transferencia de proteínas entre o citosol e o cloroplasto, atravesando as membranas cloroplásticas.[1] Existen dous destes complexos: o complexo TOC está situado na membrana cloroplástica externa, e o complexo TIC está situado na membrana cloroplástica interna. A existencia destes complexos é moi importante para o cloroplasto, xa que no decurso da evolución o cloroplasto foi perdendo xenes, que pasaron ao ADN nuclear, polo que moitas das proteínas que actúan no cloroplasto están agora codificadas no núcleo, pero deben ser enviadas ao cloroplasto e atravesar as súas membranas a través destes complexos. Igual ocorre con proteínas que deben saír do cloroplasto, por exemplo para a súa degradación. Un 95% das proteínas que se encontran no cloroplasto están codificadas nos xenes do núcleo celular.

As proteínas (preproteínas) que se sintetizan no citosol pero están destinadas ao cloroplasto están marcadas cunha determinada secuencia de aminoácidos ou péptido cloroplástico clivable, que indica que deben ser transportadas ao cloroplasto. Estas proteínas son xeralmente fosforiladas e transportadas ao cloroplasto coa axuda de chaperonas e proteínas 14-3-3, que evitan tamén o seu pregamento para facilitar o paso pola membrana. Finalmente, a preproteína únese ao complexo TOC a través do cal entra no cloroplasto.

Véxase tamén: ADN cloroplástico.

Complexo TOC

O complexo TOC (do inglés translocon on the outer chloroplast membrane, translocón da membrana cloroplástica externa) está localizado na membrana externa do cloroplasto. Transporta proteínas que se sintetizan no citosol (pero que levan unha secuencia sinal que marca o seu destino cloroplástico) a través da membrana mitocondrial externa en dirección ao interior do cloroplasto. Estas proteínas despois deberán atravesar a membrana interna polo complexo TIC.

No complexo TOC identificáronse cinco subunidades proteicas, dúas son as proteínas que se unen ao GTP Toc34 e Toc159, outra é o túnel de importación de proteínas Toc75, e as outras dúas son as proteínas Toc64[2] e Toc12.[3]

As primeiras tres proteínas forman un complexo central que consta dun Toc159, de catro a cinco Toc34s, e catro Toc75s que forman catro buratos nun disco de 13 nanómetros de diámetro. Este complexo central completo pesa uns 500 quilodaltons. As outras dúas proteínas, Toc64 e Toc12, están asociadas con este complexo central pero non forman parte del.[3]

Toc34 e 33

A proteína Toc34 de chícharo. A Toc34 ten tres moléculas case idénticas (mostradas en distintos tons de verde), cada unha das cales forma un dímero cunha das súas moléculas adxacentes. Parte do sitio de unión para o GTP debuxouse en rosa.[4]

A Toc34 é unha proteína integral de membrana da membrana cloroplástica externa que está ancorada nela pola súa cola C-terminal hidrofóbica[2][5][6] Con todo, a maioría da proteína, incluíndo o seu grande dominio para a unión do GTP proxéctase fóra asomando ao estroma.[6]

A función do Toc34 é captar algunhas preproteínas cloroplásticas no citosol e entregalas ao resto do complexo TOC.[2] Cando a molécula enerxética GTP se une a Toc34, a proteína aumenta moito a súa capacidade de unirse a moitas preproteínas que están no citosol.[2] A presenza de preproteínas do cloroplasto causa que Toc34 hidrolice o GTP dando GDP e fosfato inorgánico. Esta perda de GTP fai que a proteína Toc34 libere a preproteína cloroplástica, entregándoa á seguinte proteína TOC.[2] A Toc34 libera despois a molécula de GDP, probablemente coa axuda dun factor de intercambio de GDP descoñecido. Un dominio da Toc159 podería ser este factor de intercambio que leva a cabo a retirada do GDP. A proteína Toc34 pode despois captar outra molécula de GTP e comezar o ciclo unha vez máis.[2]

A Toc34 pode ser desactivada por medio de fosforilación. Unha proteína quinase que actúa na membrana cloroplástica externa utiliza ATP para engadior un grupo fosfato á proteína Toc34, o que impedirá que esta poida recibir outra molécula de GTP, inhibindo así a súa actividade. Isto podería proporcionar unha vía para regular a importación de proteína no cloroplasto.[2][6]

A planta Arabidopsis thaliana ten dúas proteínas homólogas chamadas AtToc33 e AtToc34 (At significa Arabidopsis thaliana),[2][6] que son cada unha idénticas nun 60% en secuencia de aminoácidos á Toc34 de chícharo (que se denomina psToc34, onde ps=pisum, chícharo).[6] A proteína AtToc33 é a máis común en Arabidopsis,[6] e presenta analoxía funcional con Toc34 porque pode ser desactivada por fosforilación. Ao contrario, a AtToc34 non pode ser fosforilada.[2][6]

Toc159

A Toc159 é outra subunidade do TOC que se une a GTP, igual que a Toc34. A Toc159 ten tres dominios. No extremo N-terminal está o dominio A, que é rico en aminoácidos ácidos e supón aproximadamente a metade da lonxitude da proteína.[2][5] O dominio A adoita ser clivado, polo que a proteína queda reducida a un fragmento de 86 kDa chamado Toc86.[5] No medio ten o seu dominio para a unión do GTP, que é moi similar ao dominio para a unión do GTP homólogo da Toc34.[2][5] No extremo C-terminal está o dominio M,[2] que ancora a proteína na membrana cloroplástica externa.[5]

A Toc159 funciona probablemente de xeito moi similar á Toc34, recoñecendo as proteínas no citosol utilizando GTP. Pode ser regulada por fosforilación, pero por unha proteína quinase diferente á que fosforila a Toc34.[3] O seu dominio M forma parte do túnel que as preproteínas cloroplásticas atravesan, e parece proporcionar a forza que empuxa as preproteínas a través do túnel, utilizando a enerxía do GTP.[2]

A Toc159 non sempre se encontra formando parte do complexo TOC, xa que tamén se atopou en disolución no citosol. Isto suxire que podería actuar como unha lanzadeira que encontra as preproteínas cloroplásticas no citosol e as transporta ao complexo TOC, pero non hai moitas probas directas deste comportamento.[2]

Na planta Arabidopsis thaliana atopouse toda unha familia de proteínas Toc159, chamadas Toc159, Toc132, Toc120, e Toc90. Estas proteínas varían na lonxitude dos seus dominios A, o cal está ausente na Toc90. Parece que Toc132, Toc120, e Toc90 teñen funcións especializadas na importación de preproteínas non fotosintéticas, e non poden substituír a Toc159.[2]

Toc75

Barril β. A forma xeral do barril β é un cilindro oco tapizado por moitas follas β. A proteína representada aquí non é a Toc75.

A Toc75 é a proteína máis abondosa na envoltura cloroplástica externa. É un tubo transmembrana que forma a maior parte do poro TOC. A Toc75 é un canal de tipo barril β tapizado por 16 follas β-pregadas.[2] O burato que forma é duns 2,5 nanómetros de diámetro e finaliza estreitándose ata os 1,4–1,6 nanómetros de diámetro no seu punto máis estreito, o que é dabondo para permitir o paso de preproteínas cloroplásticas parcialmente pregadas.[2]

A Toc75 pode tamén unirse a preproteínas cloroplásticas, pero con moita menos afinidade que a Toc34 ou a Toc159.[2]

Arabidopsis thaliana ten moitas isoformas da Toc75, que se nomean pola posición cromosómica dos xenes que as codifican. A AtToc75 III é a máis abondosa delas.[2]

Complexo TIC

O complexo TIC (do inglés translocon on the inner chloroplast membrane, translocón da membrana cloroplástica interna) está localizado na membrana cloroplástica interna e transporta proteínas a través dela.

As cadeas de polipéptidos cloroplásticos probablemente adoitan viaxar a través dos dous complexos (TOC e TIC) á vez, pero os complexos TIC poden tamén recuperar preproteínas perdidas no espazo intermembrana do cloroplasto.[2]

Igual que o translocón TOC, o translocón TIC ten un grande complexo proteico central rodeado dalgunhas proteínas periféricas feblemente asociadas a el como Tic110, Tic40, e Tic21.[7] O complexo central pesa aproximadamente un millón de daltons e contén as proteínas Tic214, Tic100, Tic56, e Tic20 I, posiblemente tres unidades de cada unha.[7]

Tic20

A Tic20 é unha proteína integral de membrana que se cre ten catro hélices α transmembrana.[2] Atópase no complexo central do TIC dun millón de daltons.[7] Como é similar aos transportadores de aminoácidos bacterianos e á proteína mitocondrial importadora Tim17[2] (translocase da membrana mitocondrial interna),[8] propúxose que forma parte do canal de importación TIC.[2] Porén, non hai probas in vitro que corroboren isto.[2] En Arabidopsis thaliana sábese que por cada cinco proteínas Toc75 aproximadamente que hai na membrana cloroplástica externa, hai dúas proteínas Tic20 I (a principal isoforma da Tic20 en Arabidopsis) na membrana cloroplástica interna.[7]

A diferenza de Tic214, Tic100, ou Tic56, a Tic20 ten proteínas homólogas en cianobacterias e en case todas as liñaxes de cloroplastos, o que indica que evolucionou antes da primeira endosimbiose do cloroplasto. A Tic214, Tic100, e Tic56 son exclusivas dos cloroplastos eucarióticos, o que suxire que evolucionaron máis tarde.[7]

Tic214

A Tic214 é outra proteína do complexo central do TIC, chamada así porque ten un peso de 214 kDa. Ten 1786 aminoácidos e crese que ten seis dominios transmembrana no seu extremo N-terminal. A Tic214 é notable por estar codificada no ADN cloroplástico, concretamente no primeiro marco de lectura aberto ycf1. A Tic214 e a Tic20 en conxunto probablemente forman parte do complexo central dun millón de daltons do TIC que abrangue todo o grosor da membrana. A Tic20 está agochada na parte interior do complexo, mentres que a Tic214 está exposta a ambos os lados da membrana cloroplástica interna.[7]

Tic100

A Tic100 é unha proteína codificada no xenoma nuclear de 871 aminoácidos, que pesa algo menos de 100.000 daltons, e dado que a proteína madura probablemente non perde ningún aminoácido cando é importada ao cloroplasto (porque non ten ningún péptido de tránsito clivable), foi denominada Tic100. A Tic100 atópase nas beiras do complexo dun millón de daltons no lado que mira ao espazo intermembrana do cloroplasto.[7]

Tic56

A Tic56 é tamén unha proteína codificada no núcleo celular. A preproteína que codifica o xene ten 527 aminoácidos e pesa 62.000 Da, pero a forma madura probablemente sofre un procesamento que a recorta ata que acaba pesando 56.000 Da no momento en que é importada ao cloroplasto. A Tic56 está en grande medida incrustada no complexo dun millón de Da.[7]

A Tic56 e a Tic100 están moi conservadas entre as plantas terrestres, pero non se parecen a ningunha proteína de función coñecida. Tampouco ten dominios transmembrana.[7]

Notas

  1. ↑ Stengel, Anna; Benz, J. Philipp; Buchanan, Bob B.; Soll, Jürgen; Bölter, Bettina (2009-11). "Preprotein Import into Chloroplasts via the Toc and Tic Complexes Is Regulated by Redox Signals in Pisum sativum". Molecular Plant (en inglés) 2 (6): 1181–1197. doi:10.1093/mp/ssp043. 
  2. ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 2,21 2,22 2,23 Soll, Jürgen; Schleiff, Enrico (2004). "Plant cell biology: Protein import into chloroplasts". Nature Reviews Molecular Cell Biology 5 (3): 198–208. DOI:10.1038/nrm1333. PMID 14991000.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Wise, Robert R.; Hoober, J. Kenneth (2007). Structure and function of plastids. Berlin: Springer. pp. 53–74. ISBN 978-1-4020-6570-5. http://books.google.com/books?id=FKeCVPbJ3asC&pg=PA59.
  4. ↑ Sun, Yuh-Ju; Forouhar, Farhad; Li Hm, Hsou-min; Tu, Shuh-Long; Yeh, Yi-Hong; Kao, Sen; Shr, Hui-Lin; Chou, Chia-Cheng; Chen, Chinpan; Hsiao, Chwan-Deng (2001). "Crystal structure of pea Toc34, a novel GTPase of the chloroplast protein translocon". Nature Structural Biology 9 (2): 95–100. PMID 11753431. doi:10.1038/nsb744. 
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 Agne, B.; Andrès, C.; Montandon, C.; Christ, B.; Ertan, A.; Jung, F.; Infanger, S.; Bischof, S.; Baginsky, S.; Kessler, F. (2010). "The Acidic A-Domain of Arabidopsis Toc159 Occurs as a Hyperphosphorylated Protein". Plant Physiology 153 (3): 1016–30. PMC 2899928. PMID 20457805. doi:10.1104/pp.110.158048. 
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 Jarvis, Paul; Soll, Jürgen (2001). "Toc, Tic, and chloroplast protein import". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research 1541 (1–2): 64–79. DOI:10.1016/S0167-4889(01)00147-1. PMID 11750663.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 Kikuchi, Shingo; Bédard, Jocelyn; Hirano, Minako; Hirabayashi, Yoshino; Oishi, Maya; Imai, Midori; Takase, Mai; Ide, Toru; Nakai, Masato (2013). "Uncovering the Protein Translocon at the Chloroplast Inner Envelope Membrane". Science 339 (6119): 571–4. Bibcode:2013Sci...339..571K. PMID 23372012. doi:10.1126/science.1229262. 
  8. ↑ Sean P Curran and Carla M Koehler (2004). Mitochondrial Function and Biogenesis. Springer. p. 59. ISBN 9783540214892. 

Véxase tamén

Outros artigos