Vetikate ja taimede kloroplastid on rakumootorid, mis muudavad päikeseenergia fotosünteesi kaudu keemiliseks energiaks. Need organellid, mis on piiratud kahe membraaniga ümbrisega, sisaldavad oma genoomi, mille ekspressioon on tihedalt kooskõlas tuumagenoomi ekspressiooniga. Enamikku kloroplasti valke kodeerivad tuumageenid, mis tõlgitakse tsütosoolis prekursorvalkudena, mis sisaldavad nende aminootsas transiitjärjestust, mis toimib kloroplastidesse sisenemise piletina.
Valgu importi kloroplastidesse vahendavad kaks membraanivalgu kompleksi, mida nimetatakse TOC ja TIC vastavalt välis- ja siseümbrise membraanis. Need kompleksid mängivad võtmerolli kloroplast biogeneesis, fotosünteesiseadmete koostamisel ja erinevates metaboolsetes radades. TOC ja TIC erinevad valgu subühikud on tuvastatud ja iseloomustatud ning on ilmnenud, et TOC ja TIC moodustavad koos superkompleksi. Siiski on ebaselge, kuidas TOC ja TIC erinevad valgud kokku koonduvad, moodustades kanalid valkude translokatsiooniks läbi kloroplasti ümbrise membraanide, ning valkude translokatsiooniteed TOC-s ja TIC-is jäävad tabamatuks.
aastal veebis avaldatud uuringus loodusLiu Zhenfengi rühm Hiina Teaduste Akadeemia Biofüüsika Instituudis koostöös prof Jean-David Rochaix'ga Genfi Ülikoolist Šveitsis andis kauaoodatud ülevaate molekulaarsetest komponentidest, kolmemõõtmelisest korraldusest ja potentsiaalsetest valkudest. TOC-TIC superkompleksi translokatsiooniteed üherakulisest rohevetikast nimega Chlamydomonas reinhardtii.
Teadlased selgitasid TOC-TIC superkompleksi supramolekulaarset arhitektuuri krüoelektronmikroskoopia abil.
Selles superkompleksis avastati kolmteist erinevat valgu subühikut. Kõik teised subühikud, välja arvatud kloroplasti genoomi poolt kodeeritud Tic214, on tuumakodeeritud. Need on kokku pandud välismembraani TOC-kompleksiks, membraanidevaheliseks ruumikompleksiks (ISC) ja sisemembraanis TIC-kompleksiks. Tähelepanuväärselt leiti, et suurim membraanivalk Tic214 katab sisemembraani, membraanidevahelise ruumi ja välismembraani, ühendades teineteise. valk allüksused nagu sild ja tõenäoliselt ka karkassina.
Välismembraanis olev TOC-kompleks koosneb peamiselt Toc34-st, Toc90-st ja Toc75-st, mida Toc90 küljel külgneb Ctap4-Ctap3 kompleks. Tünnikujuline hübriid kanal moodustavad Toc90 ja Toc75 välimine membraan. Kanal sisaldab sissepääsu tsütosoolsel küljel ja kahte väljapääsu, mis avanevad membraanidevahelise ruumi suunas, samuti külgmist väravat, mis on suunatud lipiidide kaksikkiht. Fütiinhappe (tuntud ka kui inositoolheksafosfaadi/InsP6) molekul interkaleerub Toc90 ja Tic214 vahelisel liidesel, stabiliseerides nende kokkupanekut nagu kiilu.
Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 ja Ctap5 membraanidevahelise ruumi domeen põimuvad üksteisega, moodustades tornitaolise struktuuri, mis ühendab TOC ja TIC. Aastal sisemine membraan, moodustavad Tic214, Tic20, Ctap5 ja kolme väikese subühiku (nimega Simp1, Simp2 ja Simp3) membraaniga manustatud domeenid TIC kompleksi. Neli lipiidimolekuli stabiliseerivad Tic214 ja Tic20 vahelisel liidesel asuva lehtrilaadse kanali kokkupanekut ja takistavad kanali lekkimist.
Struktuuriandmete põhjal analüüsisid teadlased üksikasjalikult TOC ja TIC kanalite sees olevate pooride omadusi. Nad suutsid molekulaarse dünaamika simulatsiooni abil ennustada transiitpeptiidi ja TIC-kompleksi vahelisi koostoimeid.
Kahe pinnasoonega ühendatud kanali pooride ja eelnevate biokeemiliste ja funktsionaalsete aruannete vaatluse ja eelnevate biokeemiliste ja funktsionaalsete aruannete toetuseks pakuti välja mitu rada, et võtta arvesse erinevate eelvalkude translokatsiooni TOC-TIC superkompleksi kaudu erinevatesse kohalikesse kloroplasti sektsioonidesse.