Dumblių ir augalų chloroplastai yra ląstelių varikliai, kurie fotosintezės būdu saulės energiją paverčia chemine energija. Šios organelės, apribotos apvalkalu su dviem membranomis, turi savo genomą, kurio ekspresija yra glaudžiai suderinta su branduolinio genomo ekspresija. Daugumą chloroplastų baltymų koduoja branduoliniai genai, citozolyje verčiami kaip pirmtakai baltymai, kurių aminogalyje yra tranzitinė seka, kuri tarnauja kaip įėjimo į chloroplastus bilietas.
Baltymų importą į chloroplastus tarpininkauja du membraninių baltymų kompleksai, vadinami TOC ir TIC, atitinkamai išorinėje ir vidinėje apvalkalo membranoje. Šie kompleksai atlieka pagrindinį vaidmenį chloroplastas biogenezė, fotosintezės aparatų surinkimas ir įvairūs metabolizmo būdai. Buvo nustatyti ir apibūdinti skirtingi TOC ir TIC baltymų subvienetai, o TOC ir TIC kartu sudaro superkompleksą. Tačiau neaišku, kaip skirtingi TOC ir TIC baltymai susirenka kartu, kad sudarytų baltymų perkėlimo kanalus per chloroplasto apvalkalo membranas, o baltymų translokacijos keliai TOC ir TIC lieka neaiškūs.
Internete paskelbtame tyrime Gamta, Liu Zhenfeng grupė Kinijos mokslų akademijos Biofizikos institute, bendradarbiaudama su Ženevos universiteto (Šveicarija) profesoriumi Jeanu-Davidu Rochaix, pateikė ilgai lauktų įžvalgų apie molekulinius komponentus, trimatę struktūrą ir galimus baltymus. TOC-TIC superkomplekso perkėlimo iš vienaląsčių žaliųjų dumblių, pavadintų Chlamydomonas reinhardtii, keliai.
Tyrėjai išaiškino TOC-TIC superkomplekso supramolekulinę architektūrą krioelektroninės mikroskopijos būdu.
Šiame superkomplekse buvo atrasta trylika skirtingų baltymų subvienetų. Išskyrus Tic214, užkoduotą chloroplasto genomo, visi kiti subvienetai yra užkoduoti branduolyje. Jie yra surinkti į TOC kompleksą išorinėje membranoje, tarpmembraninį erdvės kompleksą (ISC) ir TIC kompleksą vidinėje membranoje. Pažymėtina, kad buvo nustatyta, kad didžiausias membranos baltymas Tic214 apima vidinę membraną, tarpmembraninę erdvę ir išorinę membraną, sujungdamas kitą. baltymų subvienetai kaip tiltas ir greičiausiai taip pat veikia kaip pastoliai.
Išorinėje membranoje esantį TOC kompleksą daugiausia sudaro Toc34, Toc90 ir Toc75, iš kurių Toc90 pusėje yra Ctap4-Ctap3 kompleksas. Hibridinė statinės formos kanalas sudaro Toc90 ir Toc75 išorinė membrana. Kanale yra įėjimas citozolinėje pusėje ir du išėjimai, atsiveriantys į tarpmembraninę erdvę, taip pat šoniniai vartai, nukreipti į lipidų bisluoksnis. Fitino rūgšties (taip pat žinomos kaip inozitolio heksafosfatas / InsP6) molekulė įsiterpia Toc90 ir Tic214 sąsajoje, stabilizuodama jų surinkimą kaip pleištą.
Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 ir Ctap5 tarpmembraninės erdvės domenas susipina vienas su kitu, kad sudarytų į bokštą panašią struktūrą, jungiančią TOC su TIC. Viduje vidinė membrana, į membraną įterpti Tic214, Tic20, Ctap5 ir trijų mažų subvienetų (pavadintų Simp1, Simp2 ir Simp3) domenai sudaro TIC kompleksą. Keturios lipidų molekulės padeda stabilizuoti į piltuvą panašaus kanalo, esančio Tic214 ir Tic20 sąsajoje, surinkimą ir neleidžia kanalui nutekėti.
Remdamiesi struktūriniais duomenimis, mokslininkai detaliai išanalizavo TOC ir TIC kanalų viduje esančių porų ypatybes. Jie sugebėjo numatyti sąveiką tarp tranzito peptido ir TIC komplekso per molekulinės dinamikos modeliavimą.
Remiantis dviejų kanalų porų, sujungtų paviršiaus grioveliu, stebėjimu ir ankstesnėmis biocheminėmis bei funkcinėmis ataskaitomis, buvo pasiūlyti keli būdai, kuriais būtų galima atsižvelgti į skirtingų preproteinų perkėlimą per TOC-TIC superkompleksą į skirtingus vietinius chloroplastų skyrius.