中国科学院生物物理研究所李梅团队和中国科学院植物研究所杨文强团队共同揭示驱动叶绿体蛋白输入的马达复合物结构和作用机制。相关论文11月4日发表于《分子植物》。

叶绿体是植物细胞中负责光合作用的重要细胞器，其内部大多数蛋白都是由核基因编码并在细胞质中合成。叶绿体蛋白转运系统中，TOC-TIC超复合体起着重要作用，负责介导绝大多数前体蛋白从细胞质到叶绿体内部的输送过程。此外，叶绿体蛋白转运系统还包含一个马达蛋白复合物（Motor complex）机器，它在前体蛋白跨叶绿体被膜转运的过程中起到关键的驱动作用。关于马达蛋白复合物的具体组成、结构以及前体蛋白的转运机理等细节，目前还知之甚少。

该项研究通过解析莱茵衣藻叶绿体的马达蛋白——Orf2971-FtsHi复合物的高分辨率结构，揭示了该复合物高度复杂的蛋白组成和装配细节，探讨了前体蛋白的可能转运路径。Orf2971-FtsHi是由19个蛋白形成的一个20个亚基的复合物，横跨叶绿体的内膜，并向两侧凸出到叶绿体膜间隙以及基质侧。其中Orf2971是一个由叶绿体质体基因组编码的蛋白，在进化层面上起源于FtsH蛋白酶，对于整个复合物的组装和稳定至关重要。此外，复合物中还有另外4个蛋白Ctap1, Fhl1, Fhl2及Fhl3也与FtsH蛋白酶同源。

结构显示，这5个FtsH样蛋白共同形成一个类似于双层圆盘的异源六聚体结构，包含Orf2971, Ctap1, Fhl1, Fhl2以及两个相同的Fhl3，通过水解消耗ATP分子为前体蛋白的跨膜转运提供拉力；而其余14个蛋白亚基则起到帮助复合物组装及稳定，以及参与前体蛋白的运输及调节的作用。该项研究还通过表面等离子共振技术（SPR）以及高斯加速分子动力学模拟证明了马达蛋白复合物中的Tic22蛋白与TOC-TIC复合体中的Toc75蛋白直接相互作用，从而提出了两种复合物的结合模型，为理解TOC-TIC复合体与马达蛋白复合物彼此协调，共同完成前体蛋白转运的过程和机制提供了重要信息。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.09.010