CNS Biogènesi de cloroplasts1

• 1. Introducció

• 2. Importació de proteïnes al cloroplast

– 2.1. Proteïnes precursores portadores d’un PS

– 2.2. Importació a l’estroma

– 2.3. Exportació als tilacoides

• 3. DNA de cloroplasts

– 3.1. Característiques generals

– 3.2. Replicació, transcripció, síntesi de proteïnes

• 4. Herència del genoma cloroplast

• 5. Organització/desorganització durant mitosi

BIOGÈNESI DE CLOROPLASTS

CNS Biogènesi de cloroplasts2

1. Introducció• Proteïnes de cloroplasts

– sintetitzades al citoplasma

– sintetitzades a l’estroma

• 6 espais diferents

– Membrana cloroplast externa

– Espai intermembranós

– Membrana cloroplast interna

– Estroma

– Membrana tilacoïdal

– Espai tilacoïdal

• Maquinària d’importació

– A membrana externa (TOC)

– A membrana interna (TIC)

• Translocació per punts de contacte

– Proteïna semidesplegada o plegada

CNS Biogènesi de cloroplasts3

2. Importació de proteïnes

• 2.1. Proteïna precursora

– Pèptid de trànsit amb 3 regions (35-100 residus)

• N-ter: no carregat, ~ 10 residus, inici Met/Arg i final Pro/Gly

• Domini central: no residus àcids, enriquit amb Ser/Thr

• C-ter: enriquit amb Arg, plegament β

– Regulació de la importació

• Fosforilació del pèptid de trànsit

• Llum

CNS Biogènesi de cloroplasts4

2.2. Importació a l’estroma

Xaperona

conductivitat

Xaperona

Xaperona

GTP binding

CNS Biogènesi de cloroplasts5

2.2. Importació a l’estroma

Maquinaria TOC

Maquinaria TIC

Contacte lípids

Receptor TOC159

Despesa ATP i GTP

Receptor TIC

Xaperona ClpC

Despesa ATP

Eliminació PS

Plegament

DnaJ

Hsp70

GTP binding

Xaperona

TOC + TIC = IAP (import intermediate associated proteins)

Associada a TIC?

CNS Biogènesi de cloroplasts6

2.4. Exportació al tilacoide

N = domini ⊕; RR = Arg, Arg

H = domini hidrofòbic

C = domini polar

CNS Biogènesi de cloroplasts7

2.4. Exportació al tilacoide

Fig. 1. Principal features of chloroplasttranslocases. (b) A guidance complex directs chloroplast proteins to the translocase of the outer membrane of chloroplasts (TOC). Passage hrough the Toc75 channel protein requires hydrolysis of ATP and GTP. Transfer though the translocase of the inner membrane of chloroplasts (TIC) is redox regulated. There are at least four different pathways by which proteins can gain access to the thylakoid membrane or lumen (SRP, signal recognition particle; Sec, secretory protein translocase; Tat, twin-arginine transfer; ?, unknown translocase).

CNS Biogènesi de cloroplasts8

Secretori protein translocasa

Twin Arginin Transfer

FIGURE 4Analogous components in export targeting. (b) Schematic of thylakoid targeting molecules. Known homologues of bacterial export targeting systems are shown in colour. Predicted proteins that have not yet been identified are coloured with hatches. The thylakoid SRP pathway has an additional subunit, cpSRP43, that could mediate posttranslational translocation. TatC homologues have been sequenced in chloroplast genomes from algae.

ESTROMA

ESPAI TILACOÏDAL

MEMBRANA TILACOÏDAL

2.4. Exportació al tilacoide

NTP+xaperona NTP+xaperona Gradient ions H+

CNS Biogènesi de cloroplasts9

3. DNA de cloroplasts

• DNA circular

– 120-180 Kb

• Blat de moro 140 Kb

• Alga Chlamydomonas 180 Kb

– Vàries copies/orgànul

– ~ 1000 proteïnes

• 120 sintetitzades pel DNA del cloroplast

– 60 gens relacionats transcripció i traducció

» 4 rRNA

» 30 tRNA

» 20 proteïnes ribosomals (a mitocondris NO)

» Sub RNApol (a mitocondris NO)

– 20 gens estructurals

» Sub fotosistema I i II

» Sub ATPsintetasa (CF0CF1 ATP sintetasa)

» Sub complex enzimàtic transport e-

» 8 sub grans Ribulosa 1,5 difosfat carboxilasa

– 40 proteïnes de funció desconeguda

CNS Biogènesi de cloroplasts10

• Replicació

– A estroma

– DNA pol específica

• Transcripció

– A estroma

– Promotors transcripcionals i finalitzadors ~ a bacteris

– RNA pol específica

• Traducció

– Ribosomes

• Ribosomes adossats membrana tilacoides

• ~ E. coli, formen híbrids funcionals

• Sensibilitat al Cloramfenicol, estreptomicina, eritomicina i

tetraciclina

• Inici síntesi per N-formilmetionina

3. DNA de cloroplasts

CNS Biogènesi de cloroplasts11

4. Herència del genoma del cloroplast

• Herència

– No mendeliana

– Herència materna en 2/3 parts plantes superiors

• Cloroplast del pol·len no entra al zigot

– Herència biparenteral en la resta

– “Variegación”

CNS Biogènesi de cloroplasts12

5. Organització/desorganització durant la mitosi

• volum per importació de proteïnes

• Divisió del cloroplast

• Durant mitosi

– Repartiment equitatiu