البلاستيدات الخضراء من الطحالب والنباتات هي المحركات الخلوية التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية من خلال التمثيل الضوئي. تحتوي هذه العضيات ، التي يحدها غلاف به غشاءان ، على جينومها الخاص الذي يتم تنسيق تعبيره بإحكام مع تعبير الجينوم النووي. يتم ترميز غالبية بروتينات البلاستيدات الخضراء بواسطة الجينات النووية ، وتُترجم في العصارة الخلوية كبروتينات طليعية تحتوي على تسلسل عبور في نهايتها الأمينية التي تعمل بمثابة تذكرة دخول إلى البلاستيدات الخضراء.
يتم توسط استيراد البروتين إلى البلاستيدات الخضراء بواسطة مركبين بروتين غشائي يسمى TOC و TIC في غشاء الغلاف الخارجي والداخلي ، على التوالي. تلعب هذه المجمعات دورًا رئيسيًا في بلاستيدات الخضراء التكاثر الحيوي ، في تجميع أجهزة التمثيل الضوئي وفي مسارات التمثيل الغذائي المختلفة. تم تحديد الوحدات الفرعية البروتينية المختلفة لـ TOC و TIC وتوصيفها ، وتم الكشف عن TOC و TIC لتشكيل معقد فائق معًا. ومع ذلك ، فإن كيفية تجميع البروتينات المختلفة من TOC و TIC معًا لتشكيل قنوات لنقل البروتين عبر أغشية غلاف البلاستيدات الخضراء غير واضحة ، ولا تزال مسارات نقل البروتين داخل TOC و TIC بعيدة المنال.
في دراسة نشرت على الإنترنت في الطبيعةقدم فريق Liu Zhenfeng في معهد الفيزياء الحيوية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ، بالتعاون مع البروفيسور جان ديفيد روشايكس من جامعة جنيف ، سويسرا ، رؤى طال انتظارها حول المكونات الجزيئية والتنظيم ثلاثي الأبعاد والبروتين المحتمل مسارات الانتقال من مجمع TOC-TIC الفائق من طحلب أخضر وحيد الخلية يسمى Chlamydomonas reinhardtii.
أوضح الباحثون البنية فوق الجزيئية للمركب الفائق TOC-TIC من خلال الفحص المجهري الإلكتروني.
تم اكتشاف ثلاثة عشر وحدة فرعية مختلفة من البروتين في هذا المعقد الفائق. باستثناء Tic214 المشفر بواسطة جينوم البلاستيدات الخضراء ، فإن جميع الوحدات الفرعية الأخرى مشفرة نوويًا. يتم تجميعها في مجمع TOC في الغشاء الخارجي ، ومجمع الفضاء بين الغشاء (ISC) ومجمع TIC في الغشاء الداخلي. بشكل ملحوظ ، وجد أن أكبر بروتين غشائي Tic214 يمتد عبر الغشاء الداخلي ، والفضاء بين الغشاء والغشاء الخارجي ، ويربط الآخر. بروتين الوحدات الفرعية مثل الجسر وعلى الأرجح تعمل أيضًا كسقالة.
يتكون مجمع TOC في الغشاء الخارجي بشكل أساسي من Toc34 و Toc90 و Toc75 ، ويحيط به على جانب Toc90 مجمع Ctap4-Ctap3. هجين على شكل برميل قناة يتكون من Toc90 و Toc75 على الغشاء الخارجي. تحتوي القناة على مدخل على الجانب العصاري الخلوي ومخرجين يفتحان باتجاه الفضاء بين الغشاء ، بالإضافة إلى بوابة جانبية تواجه الدهون طبقه ثنائيه. يتداخل جزيء حمض الفيتيك (المعروف أيضًا باسم هيكسافوسفات الإينوزيتول / InsP6) عند السطح البيني بين Toc90 و Tic214 ، مما يؤدي إلى استقرار تجميعها مثل الوتد.
يتشابك مجال الفضاء بين الغشاء لـ Tic214 و Tic100 و Tic56 و Ctap3 و Ctap5 مع بعضها البعض لتشكيل هيكل يشبه البرج يربط TOC مع TIC. في ال الغشاء الداخليتشكل المجالات المضمنة بالغشاء في Tic214 و Tic20 و Ctap5 وثلاث وحدات فرعية صغيرة (تسمى Simp1 و Simp2 و Simp3) مجمع TIC. تعمل أربعة جزيئات دهنية على تثبيت تجميع قناة شبيهة بالقمع تقع في الواجهة بين Tic214 و Tic20 وتمنع القناة من التسرب.
بناءً على البيانات الهيكلية ، حلل الباحثون بالتفصيل ميزات المسام داخل قنوات TOC و TIC. كانوا قادرين على التنبؤ بالتفاعلات بين الببتيد العابر ومجمع TIC من خلال محاكاة الديناميات الجزيئية.
مدعومًا بملاحظة مسام قناتين متصلتين بأخدود سطحي والتقارير الكيميائية الحيوية والوظيفية السابقة ، تم اقتراح مسارات متعددة لحساب نقل البروتينات المختلفة من خلال مجمع TOC-TIC الفائق إلى مقصورات البلاستيدات الخضراء المحلية المتميزة.