Thylakoids contêm muitas proteínas integrais e periféricas da membrana, bem como proteínas lumenais. Estudos proteómicos recentes das fracções tilacóides forneceram mais detalhes sobre a composição proteica dos tilacóides. Estes dados foram resumidos em várias bases de dados de proteínas plastidas que estão disponíveis online.
De acordo com estes estudos, o proteoma tilacóide é composto por pelo menos 335 proteínas diferentes. Destes, 89 estão no lúmen, 116 são proteínas de membrana integral, 62 são proteínas periféricas no lado do estroma, e 68 proteínas periféricas no lado lumenal. Outras proteínas lumenais de baixa abundância podem ser previstas através de métodos computacionais. Das proteínas tialóides com funções conhecidas, 42% estão envolvidas na fotossíntese. Os próximos maiores grupos funcionais incluem proteínas envolvidas no direcionamento, processamento e dobramento de proteínas com 11%, resposta ao estresse oxidativo (9%) e translação (8%).
Proteínas de membrana integralEditar
Thylakoid membranas contêm proteínas de membrana integral que desempenham um papel importante na colheita de luz e nas reações dependentes da luz da fotossíntese. Existem quatro grandes complexos proteicos na membrana tilacóide:
- Sistemas Fotos I e II
- Citocromo complexo b6f
- Sintase ATP
Fotosistema II está localizado principalmente nos tilacóides grana, enquanto que o fotosistema I e a sintase ATP estão localizados principalmente nos tilacóides estroma e nas camadas externas do grana. O complexo citocromo b6f é distribuído uniformemente através das membranas tirolóides. Devido à localização separada dos dois sistemas fotográficos no sistema de membrana tiacóide, os portadores móveis de elétrons são necessários para a interposição dos elétrons entre eles. Estes portadores são plastoquinona e plastocianina. A plastoquinona transporta elétrons do fotossistema II para o complexo de citocromo b6f, enquanto a plastocianina transporta elétrons do complexo de citocromo b6f para o fotossistema I.
Todos juntos, essas proteínas fazem uso da energia da luz para impulsionar cadeias de transporte de elétrons que geram um potencial quimiossimótico através da membrana tialóide e NADPH, um produto da reação redox terminal. A ATP synthase utiliza o potencial quimiossimótico para fazer ATP durante a fotofosforilação.
PhotosystemsEdit
Estes fotossistemas são centros de redox controlados por luz, cada um consistindo de um complexo de antenas que usa clorofilas e pigmentos fotossintéticos acessórios, como carotenóides e phycobiliproteins para colher luz em uma variedade de comprimentos de onda. Cada complexo de antenas tem entre 250 e 400 moléculas de pigmento e a energia que elas absorvem é fechada por transferência de energia de ressonância para uma clorofila especializada a no centro de reação de cada fotossistema. Quando uma das duas moléculas de clorofila no centro de reação absorve energia, um elétron é excitado e transferido para uma molécula receptora de elétrons. O fotossistema I contém um par de clorofila uma molécula, designada P700, no seu centro de reacção, que absorve no máximo 700 nm de luz. O Photosistema II contém clorofila P680 que absorve melhor 680 nm de luz (note que estes comprimentos de onda correspondem ao vermelho profundo – veja o espectro visível). O P é abreviado para pigmento e o número é o pico de absorção específico em nanômetros para as moléculas de clorofila em cada centro de reação. Este é o pigmento verde presente nas plantas que não é visível de olho nu.
Citocromo b6f complexEdit
O complexo citocromo b6f faz parte da cadeia de transporte dos electrões tilacóides e faz a transferência dos electrões para o bombeamento dos protões para o lúmen tilacóide. Energeticamente, ele está situado entre os dois fotossistemas e transfere elétrons do fotossistema II-plastoquinona para o fotossistema de plastocianina I.
ATP synthaseEdit
A tiakoid ATP synthase é uma CF1FO-ATP synthase semelhante à mitocondrial ATPase. Ele é integrado à membrana tialóide com a parte CF1 colada ao estroma. Assim, a síntese de ATP ocorre no lado estroma dos tialcóides, onde o ATP é necessário para as reações independentes da luz da fotossíntese.
Proteínas LúmenEditar
A proteína plastocianina transportadora de elétrons está presente no lúmen e nos elétrons dos vaivéns do complexo proteico citocromo b6f para o sistema fotográfico I. Enquanto as plastoquinonas são lipossolúveis e portanto se movem dentro da membrana tifóide, a plastocianina se move através do lúmen tifóide.
O lúmen das tifoquinonas é também o local de oxidação da água pelo complexo evolutivo de oxigênio associado ao lado lumenal do photosistema II.
Proteínas lumenais podem ser previstas computacionalmente com base em seus sinais de alvo. Na Arabidopsis, das proteínas lumenais previstas possuindo o sinal Tat, os maiores grupos com funções conhecidas estão 19% envolvidos no processamento da proteína (proteólise e dobramento), 18% na fotossíntese, 11% no metabolismo e 7% nos portadores de redox e defesa.
Expressão da proteínaEdit
Cloroplastos têm seu próprio genoma, que codifica um número de proteínas tilacóides. Entretanto, durante o curso da evolução plasmática de seus ancestrais endossimbióticos cianobacterianos, ocorreu uma extensa transferência de genes do genoma cloroplástico para o núcleo celular. Isto resulta em quatro grandes complexos protéicos de tilacóides sendo codificados em parte pelo genoma cloroplástico e em parte pelo genoma nuclear. As plantas desenvolveram vários mecanismos para co-regulamentar a expressão das diferentes subunidades codificadas nas duas organelas diferentes para assegurar a estequiometria e montagem adequadas destes complexos proteicos. Por exemplo, a transcrição dos genes nucleares que codificam partes do aparelho fotossintético é regulada pela luz. A biogénese, estabilidade e rotação dos complexos proteicos tilacóides são regulados pela fosforilação através de kinases redox-sensíveis nas membranas tilacóides. A taxa de translação das proteínas codificadas por cloroplastos é controlada pela presença ou ausência de parceiros de montagem (controle por epistasia de síntese). Este mecanismo envolve feedback negativo através da ligação da proteína em excesso à região não traduzida de 5′ do mRNA cloroplástico. Os cloroplastos também precisam equilibrar os rácios do fotossistema I e II para a cadeia de transferência de elétrons. O estado redox da plastoquinona transportadora de elétrons na membrana tirocóide afeta diretamente a transcrição dos genes cloroplásticos que codificam as proteínas dos centros de reação dos fotossistemas, neutralizando assim os desequilíbrios na cadeia de transferência de elétrons.
Proteína dirigida aos tirocóidesEditar
As proteínas tialóides são orientadas para o seu destino através de peptídeos de sinal e caminhos secretos do tipo procariótico dentro do cloroplasto. A maioria das proteínas tilacóides codificadas pelo genoma nuclear de uma planta precisam de dois sinais de alvo para uma localização adequada: Um cloroplasto N-terminal que visa o peptídeo (mostrado em amarelo na figura), seguido por um peptídeo tifóide que visa o peptídeo (mostrado em azul). As proteínas são importadas através do translocon do complexo de membranas externa e interna (Toc e Tic). Depois de entrar no cloroplasto, o primeiro peptídeo alvo é clivado por uma protease processando proteínas importadas. Este desmascara o segundo sinal de alvo e a proteína é exportada do estroma para o tilóide em uma segunda etapa de alvo. Esta segunda etapa requer a ação de componentes de translocação de proteínas dos tialoides e é dependente da energia. As proteínas são inseridas na membrana através da via dependente de SRP (1), da via dependente de Tat (2), ou espontaneamente através dos seus domínios transmembrana (não mostrados na figura). As proteínas tumorais são exportadas através da membrana tifóide para o lúmen pela via dependente de Tat (2) ou pela via dependente de Sec (3) e liberadas por clivagem do sinal de alvo tifóide. As diferentes vias utilizam sinais e fontes de energia diferentes. A via Sec (secreta) requer ATP como fonte de energia e consiste em SecA, que se liga à proteína importada e a um complexo de membrana Sec para fazer o transporte da proteína através dela. Proteínas com um motivo de arginina gêmea em seu peptídeo de sinal tiacóide são transportadas através da via Tat (translocação de arginina gêmea), que requer um complexo Tat ligado à membrana e o gradiente de pH como fonte de energia. Algumas outras proteínas são inseridas na membrana através da via SRP (partícula de reconhecimento de sinal). O SRP cloroplástico pode interagir com suas proteínas alvo tanto pós-tradução como co-tradução, transportando assim proteínas importadas, bem como aquelas que são traduzidas dentro do cloroplástico. A via do SRP requer GTP e o gradiente de pH como fontes de energia. Algumas proteínas transmembranas podem também se inserir espontaneamente na membrana pelo lado do estroma sem necessidade de energia.