Thylakoidele conțin multe proteine membranare integrale și periferice, precum și proteine lumenale. Studii recente de proteomică a fracțiunilor de tilacoizi au oferit detalii suplimentare cu privire la compoziția proteică a tilacoizilor. Aceste date au fost rezumate în mai multe baze de date privind proteinele plastidiene care sunt disponibile online.
Conform acestor studii, proteomul tirokoidian este format din cel puțin 335 de proteine diferite. Dintre acestea, 89 se află în lumen, 116 sunt proteine de membrană integrală, 62 sunt proteine periferice pe partea de stromă și 68 de proteine periferice pe partea de lumen. Alte proteine lumenale cu abundență redusă pot fi prezise prin metode computaționale. Dintre proteinele tilacoide cu funcții cunoscute, 42% sunt implicate în fotosinteză. Următoarele grupuri funcționale ca mărime includ proteine implicate în direcționarea, procesarea și plierea proteinelor cu 11%, răspunsul la stresul oxidativ (9%) și traducerea (8%).
Proteine membranare integraleEdit
Membranele tilakoide conțin proteine membranare integrale care joacă un rol important în recoltarea luminii și în reacțiile fotosintezei dependente de lumină. Există patru complexe proteice majore în membrana tilacoidă:
Fosistemul II este localizat mai ales în tirokoizii grana, în timp ce fotosistemul I și ATP sintetaza sunt localizate mai ales în tirokoizii stroma și în straturile exterioare ale grana. Complexul citocrom b6f este distribuit uniform în toate membranele thylakoide. Din cauza amplasării separate a celor două fotosisteme în sistemul de membrane tiroziene, sunt necesari purtători de electroni mobili pentru a face naveta electronilor între ele. Acești purtători sunt plastochinona și plastocianina. Plastochinona face naveta electronilor de la fotosistemul II la complexul citocrom b6f, în timp ce plastocianina transportă electronii de la complexul citocrom b6f la fotosistemul I.
Împreună, aceste proteine folosesc energia luminoasă pentru a acționa lanțurile de transport al electronilor care generează un potențial chemiosmotic de-a lungul membranei tiroziene și NADPH, un produs al reacției redox terminale. ATP-sintetaza utilizează potențialul chemiosmotic pentru a produce ATP în timpul fotofosforilării.
FotosistemeEdit
Aceste fotosisteme sunt centre redox acționate de lumină, fiecare constând dintr-un complex de antene care utilizează clorofile și pigmenți fotosintetici accesorii, cum ar fi carotenoidele și ficobiliproteinele, pentru a culege lumina la o varietate de lungimi de undă. Fiecare complex de antene are între 250 și 400 de molecule de pigmenți, iar energia pe care o absorb este transferată prin transfer de energie de rezonanță către o clorofilă a specializată din centrul de reacție al fiecărui fotosistem. Atunci când una dintre cele două molecule de clorofilă a din centrul de reacție absoarbe energie, un electron este excitat și transferat către o moleculă de acceptare a electronilor. Fotosistemul I conține în centrul său de reacție o pereche de molecule de clorofilă a, denumită P700, care absoarbe la maximum lumina de 700 nm. Fotosistemul II conține clorofila P680 care absoarbe cel mai bine lumina de 680 nm (rețineți că aceste lungimi de undă corespund roșului intens – a se vedea spectrul vizibil). P este prescurtarea de la pigment, iar numărul reprezintă vârful de absorbție specific în nanometri pentru moleculele de clorofilă din fiecare centru de reacție. Acesta este pigmentul verde prezent în plante, care nu este vizibil cu ochiul liber.
Complexul citocrom b6fEdit
Complexul citocrom b6f face parte din lanțul de transport de electroni al tirocoidului și cuplează transferul de electroni cu pomparea protonilor în lumenul tirocoidului. Din punct de vedere energetic, este situat între cele două fotosisteme și transferă electroni de la fotosistemul II-plastochinonă la plastocianină-fosistemul I.
ATP-sintetazăEdit
ATP-sintetaza tilacoidă este o ATP-sintetază CF1FO-ATP similară ATPazei mitocondriale. Este integrată în membrana tilacoidă cu partea CF1 lipită în stroma. Astfel, sinteza ATP are loc pe partea stromală a tirokoidelor, unde ATP-ul este necesar pentru reacțiile independente de lumină ale fotosintezei.
Proteinele lumenuluiEdit
Proteina de transport al electronilor plastocianina este prezentă în lumen și face naveta electronilor de la complexul proteic citocrom b6f la fotosistemul I. În timp ce plastochinonele sunt solubile în lipide și, prin urmare, se deplasează în interiorul membranei thylakoide, plastocianina se deplasează prin lumenul thylakoidian.
Lumenul thylakoidelor este, de asemenea, locul de oxidare a apei de către complexul de evoluție a oxigenului asociat cu partea lumenală a fotosistemului II.
Proteinele lumenale pot fi prezise prin calcul pe baza semnalelor lor de direcționare. La Arabidopsis, dintre proteinele lumenale prezise care posedă semnalul Tat, cele mai mari grupuri cu funcții cunoscute sunt 19% implicate în procesarea proteinelor (proteoliză și pliere), 18% în fotosinteză, 11% în metabolism și 7% purtători redox și apărare.
Expresia proteinelorEdit
Cloroplastele au propriul lor genom, care codifică un număr de proteine tilacoidale. Cu toate acestea, pe parcursul evoluției plastidiilor de la strămoșii lor endosimbiotici cianobacterieni, a avut loc un transfer extensiv de gene de la genomul cloroplastelor la nucleul celulei. Rezultatul este că cele patru complexe majore de proteine tilacoide sunt codificate parțial de genomul cloroplastic și parțial de genomul nuclear. Plantele au dezvoltat mai multe mecanisme de coreglare a expresiei diferitelor subunități codificate în cele două organite diferite pentru a asigura stoichiometria și asamblarea corectă a acestor complexe proteice. De exemplu, transcrierea genelor nucleare care codifică părți ale aparatului fotosintetic este reglată de lumină. Biogeneza, stabilitatea și rotația complexelor proteice tilacoide sunt reglementate de fosforilarea prin intermediul kinazelor sensibile la redox din membranele tilacoide. Rata de traducere a proteinelor codificate de cloroplaste este controlată de prezența sau absența partenerilor de asamblare (control prin epistaxis de sinteză). Acest mecanism implică un feedback negativ prin legarea excesului de proteină la regiunea netranslatată 5′ a ARNm al cloroplastului. Cloroplastele trebuie, de asemenea, să echilibreze proporțiile fotosistemului I și II pentru lanțul de transfer de electroni. Starea redox a plastochinonei purtătoare de electroni din membrana tirokoidă afectează direct transcrierea genelor cloroplastice care codifică proteinele centrelor de reacție ale fotosistemelor, contracarând astfel dezechilibrele din lanțul de transfer de electroni.
Direcționarea proteinelor către tirokoiziEdit
Proteinele thylakoide sunt direcționate către destinația lor prin intermediul peptidelor de semnal și al căilor secretorii de tip procariot din interiorul cloroplastului. Majoritatea proteinelor tirokoide codificate de genomul nuclear al unei plante au nevoie de două semnale de direcționare pentru o localizare corectă: O peptidă de direcționare a cloroplastului N-terminală (reprezentată în galben în figură), urmată de o peptidă de direcționare a tirokoidului (reprezentată în albastru). Proteinele sunt importate prin intermediul transloconului complexelor membranei externe și interne (Toc și Tic). După ce intră în cloroplast, prima peptidă de direcționare este scindată de o protează care procesează proteinele importate. Acest lucru demaschează cel de-al doilea semnal de direcționare, iar proteina este exportată din stromă în thylakoid într-o a doua etapă de direcționare. Această a doua etapă necesită acțiunea componentelor de translocare a proteinelor din thylakoide și este dependentă de energie. Proteinele sunt inserate în membrană prin calea dependentă de SRP (1), prin calea dependentă de Tat (2) sau în mod spontan prin intermediul domeniilor lor transmembranare (nu este prezentat în figură). Proteinele lumenale sunt exportate prin membrana tilacoidă în lumen fie prin calea dependentă de Tat (2), fie prin calea dependentă de Sec (3) și sunt eliberate prin scindarea semnalului de direcționare tilacoidă. Diferitele căi utilizează semnale și surse de energie diferite. Calea Sec (secretorie) necesită ATP ca sursă de energie și constă în SecA, care se leagă de proteina importată și de un complex membranar Sec pentru a transporta proteina. Proteinele cu un motiv de arginină dublă în peptida lor de semnal tilacoidiană sunt transportate prin calea Tat (translocație de arginină dublă), care necesită un complex Tat legat de membrană și gradientul de pH ca sursă de energie. Unele alte proteine sunt introduse în membrană prin intermediul căii SRP (signal recognition particle). SRP din cloroplast poate interacționa cu proteinele sale țintă fie posttranslațional, fie co-translațional, transportând astfel proteinele importate, precum și pe cele care sunt traduse în interiorul cloroplastului. Calea SRP are nevoie de GTP și de gradientul de pH ca surse de energie. Unele proteine transmembranare pot, de asemenea, să se insereze spontan în membrană dinspre partea stromală fără a avea nevoie de energie.
.