Method Article
Biz burada fizyolojik aktif thylakoids yüksek verimli izolasyon için protokoller ve protein taşıma deneyleri kloroplast ikiz arginin translocation (cpTat), salgı (cpSec1) ve sinyal tanıma parçacık (cpSRP) yolu için mevcut.
Kloroplast vardır organelleri çok sayıda temel metabolik yollar, sorumlu yeşil bitkilerde fotosentez en önemlisi. Kloroplast içinde thylakoid membran sistemi ve fotosentetik pigment, reaksiyon merkezi kompleksleri ve elektron taşıyıcıları çoğu evler ışık bağımlı ATP sentezi için sorumludur. Kloroplast proteinlerin % 90'çekirdeğinde kodlanmış, sitozol tercüme ve daha sonra kloroplast ithal. Daha fazla protein taşıma içine veya thylakoid membran boyunca dört translocation yollar birini kullanır. Buraya, taşıma deneyleri üç enerji bağımlı cpTat, cpSec1 ve cpSRP-aracılı yolu ile birlikte bezelye (Pisum sativum), gelen taşıma-yetkili thylakoids yalıtım için yüksek verimli yöntemi açıklanmaktadır. Bu yöntemler thylakoid protein yerelleştirme, taşıma enerji ve protein translocation mekanizmaları biyolojik membranlar arasında ilgili deneyler etkinleştirin.
Neredeyse tüm proteinaceous makine uygun kloroplast işlevi için sorumlu sitozol1ile translocated gerekir. Kloroplast zarflar protein yüzeylerde dış membran (TOC) translocon ve iç zar (TIC)2translocon alınır. Daha fazla thylakoid için hedefleme membran ve lümen oluşur ikiz arginin translocation (cpTat)3, salgı (cpSec1)4, sinyal tanıma parçacık (cpSRP)5ve spontan ekleme yolları6 ile . Yüksek verimli yalıtım fizyolojik aktif kloroplast ve thylakoid membran için bir yöntem enerji bilimi ve kinetik bir translocation olay, her yolu farklı taşıma mekanizmaları anlamak ve yerelleştirmek için ölçmek gerekli olan bir kloroplast altı ayrı bölmeleri hiçbirine ilgi belirli protein alt katman.
Kloroplast dan membran izolasyon taşıma enerji ölçümü etkileyen çevresel faktörler (örneğin, tuz ve substrat konsantrasyonu, ATP/GTP ve pH koşulların varlığı) üzerinde daha iyi deneysel kontrol sunar ve kinetik. Bu vitro ortamda aynı sebeplerden dolayı mekanik translocation ayrıntılarını keşif için oldukça rahat. Akıllı yazılım yerelleştirme kloroplast proteinlerin7,8geliştirdi, Ayrıca, vitro taşıma deneyleri onay için daha hızlı bir yöntem mikroskobu tabanlı floresan deneyleri üzerinde bunu sağlarken genetik olarak kodlanmış bir floresan etiketi, bitki dönüşümü ve/veya belirli antikor gerektirir. Burada, iletişim kuralları her enerji bağımlı thylakoid translocation yolları için optimize taşıma deneyleri yanı sıra, kloroplast ve thylakoid izolasyonların bezelye (Pisum sativum) üzerinden için mevcut.
1. ilk malzemeleri
2. kloroplast yalıtım ve miktar
Not: Sağlam kloroplast10yalıtım thylakoids hazırlanmasında ilk adımdır. Tüm malzemeler hazırlık sırasında soğuk tutulmalıdır. Bu adımda kırılma ciddi sonraki thylakoid verim sınırlayabilirsiniz gibi kloroplast, Resuspension hafifçe, ele alınmalıdır.
3. Thylakoids yalıtım
Not: Thylakoids sağlam kloroplast hipotonik lizis tarafından hazırlanır. Bu kloroplast sorbitol eksik hipotonik arabellek için teşhir ederek elde edilir. İzole thylakoids herhangi bir translocation yolları raporlaması için kullanılabilir, ama ya cpSec1 ya da cpSRP yollarının araştırılması için ise stromal özü (SE) Ayrıca bu hazırlık sırasında izole edilmelidir.
4. stromal özü kurtarma ve konsantrasyon
5. cpTat yolu ile ulaşım
Not: CpSec1 veya cpSRP, aksine cpTat yolu çözünür bileşenler gerektirmez veya exogenously enerji kaynakları eklendi; Sadece ışık tahrik proton nedeni gerekli3güçtür. Bu nedenle, sadece izole protein thylakoids ve substrat, tahlil için gereklidir. Tipik yüzeylerde ( Şekil 1' de görüldüğü gibi) 17 kDa ara formları ve 23 kDa alt birimleri oksijen karmaşık gelişen, iOE17 ve iOE23, sırasıyla vardır, ama habercisi formlar, prOE17 ve prOE23, de başarılı bir şekilde taşınan. Öncü formları tüm önerebilirim N-terminal hedefleme sıra, ara formlar yalnızca sıra hedefleme thylakoid vardır.
6. cpSec1 yolu ile ulaşım
Not: CpSec1 translocon yoluyla ulaşım overexpression E. coli14,15 üzerinden tedarik veya stroma yoğunlaşarak kurtarılan stromal protein cpSecA112,13, gerektirir. thylakoid yalıtım sırasında. Tipik bir substrat karmaşık gelişen oksijen (prOE33), 33 kDa alt birim Şekil 2' de görüldüğü gibi var.
7. cpSRP yolu aracılığıyla ekleme
Not: CpSRP54, cpSRP43 ve cpFtsY16cpSRP-aracılı entegrasyonu karmaşık proteinleri (LHCP) Şekil 3 ' te görülen hasat ışık gerektirir. Bu bileşenler için konsantre stromal özü, yoluyla taşıma tepki cpSec1 aktarma protokolü için açıklandığı gibi sağlanır.
Başarılı bir şekilde taşınan substrat miktarını ölçmek için bir veya daha fazla "yüzde giriş" Şerit eklemek kullanışlı olabilir. Aşağıda gösterilen veri için son aktarım tepki thylakoids olmadan yüzde 10'u kullanıldı. Bu "yüzde giriş" da habercisi substrat boyutunu görselleştirmek için yardımcı olur. Yüzde hangi substrat taşınan Karşılaştır substrat karşı için bilinen, tanımlı miktarını temsil eder ve gerekli başlangıçta kullanarak protein hazırlanırken yukarı veya aşağı ölçeklendirilebilir. Ayrıca, 0,75 mm polyacrylamide çözgü ve bulaşması grup önlemek için jeller üzerinde tek bir şeritte Chl eşdeğerleri 4 µg yüklemek için tavsiye edilir. Tüm yüzeylerde aşağıdaki hazırlanmıştır ve vitro çeviri kitleri kullanarak radiolabeled.
İOE17 cpTat yolu ile ulaşım
Resim 1 . İOE17through cpTat yolu ulaşım. Fluorograph [3H]-iOE17 taşıma tahlil ve thermolysin tedavisi olmayan taşınan substrat. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Çoğu Tat yüzeylerde taşımacılığının başarılı cpTat boyutu shift N-terminal sinyal peptid3bölünme üzerine tarafından tespit edilebilir. Hiçbir yarilabilir sinyal peptid18,19bulunduğu yüzeylerde proteaz tedavi böylece tarafından proteaz sindirim için ulaşılmaz hale membran, çarpı işareti belgili tanımlık substrate ortaya çıkarmak için gereklidir. Şekil 1' de, yaklaşık 2-3 kDa tanıtılan substrat ve olgun arasında bir boyutu vardiyada iOE17 sonuçlarının taşıma formu işleme. Sigara taşınan substrat proteaz tedavi (lane 4) ile düşer.
PrOE33 cpSec1 yolu ile ulaşım
Resim 2 . PrOE33 cpSec1 yolu ile taşıma. Autoradiograph [35S]-prOE33 taşıma tahlil SE, saf cpSecA1 veya her ikisini aynı anda kullanarak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Belgili tanımlık substrate sinyal yanı sıra proteaz koruma taşınan substrat20hedefleme bir yarilabilir thylakoid varsa cpSec1 yolu (Şekil 2) yoluyla ulaşım olgun substrat bir boyut değişikliği yoluyla değerlendirilebilir.
PrLHCP cpSRP yolu ile bütünleştirilmesi
Şekil 3 . PrLHCP cpSRP yolu ile entegrasyon. [35S] autoradiograph-prLHCP ve thylakoid membran içine ekleme sonra ürün mLHCP-d sindirim. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
PrLHCP cpSRP yolu ile thylakoid membran içine ekleme thermolysin sindirim değerlendirilebilir. Yaklaşık 1.5-2 kDa bir boyutu kayması, başarılı membran ekleme, membran uncleaved olgun protein tam proteolizis15korur gibi göstergesidir. Şekil 3' te, proteaz korumalı ürün mLHCP-D açıkça görülüyor.
Kloroplast ve Thylakoid yalıtım
Aşırı kırılması neden olur zavallı kloroplast ayrılık degradedeki sonra yalıtım ve böylece zavallı thylakoid verim. Hasat doku yavaşça tüm malzeme karıştırma ve tamamen homojenize oluncaya kadar 15 s döngülerle darbe önce batık sağlayarak homojenize en iyisidir. Gerekirse, birden çok daha kısa tur her turda daha az doku ile harmanlama kullanın.
Hasat doku ile temas gelen tüm malzemeler soğutma izole kloroplast etkinlik 2 saat korumak için yardımcı olur. Kloroplast buz üzerinde de yalıtım sonra karanlıkta tutmak önemlidir.
Magnezyum izole thylakoids irtibata arabellekleri dahil etmek çok önemlidir. Bunu yaparken granal destacking neden olur ve eleştirel proton sebep kuvvet üzerine aydınlatma21nesil etkiler. Thylakoids taşıma reaksiyonlar için 2 saat sonra buz üzerinde ve karanlıkta tutulur yalıtım kullanılmıştır.
Taşıma reaksiyonlar en iyi duruma getirme
İzole thylakoids hızla yerleşmek ve eşit olmayan Chl eşdeğerleri tepkiler arasındaki yol açabilir. Bu nedenle, özellikle çok sayıda örnekleri ayarlarken kullanılacak iyice önceki thylakoids karıştırmak önemlidir.
Tat yolu
Tat yolu ile ulaşım verimliliği üzerine thylakoids aşırı çamaşır Tha4 beri azaltılmış (TatA) kısmen düşük membran22çıkarılan. Bu gibi durumlarda, thylakoid yıkama adımları taşıma reaksiyon önce azaltmak yararlıdır. Buna ek olarak, daha uzun aydınlatma süreleri nerede yüzeylerde kötü tipik koşullar altında taşınmaktadır algılama artırabilirsiniz.
CpSec1 yolu
Taşıma zayıf olabilir ama o zaman cpSec1 yolu raporlaması, konsantre se cpSecA1 miktarda taşıma, desteklemelidir. Stromal chaperones se de taşıma15verimliliğini artırmak yardımcı olabilir rağmen etkili taşıma izole thylakoids bazı proteinler için saf cpSecA1 ilavesi yararlanabilirler. Bu taşıma faaliyet indirgeyerek Ayrıca, hazırlıklar cpSecA1 protein kullanımı taşıma, önce donmuş değil. Benzer şekilde, donmuş SE taze hazırlanmış özü daha az etkili. Tat taşıma olduğu gibi ulaşım karışımı uzun kuluçka dönemleri ile zor yüzeylerde yardımcı olabilir.
CpSRP yolu
Sulandırma cpSRP taşıma bireysel bileşenleri kullanılarak gerçekleştirilen23olmuştur süre, cpSRP43, cpSRP54, tedarik uygundur ve cpFtsY SE. Thermolysin dirençle LHCP entegrasyon16için en sıkı kriterleri, 17, ama alkalin ayıklama iyi17olarak gerçekleştirilen. Hareketlenme öncesi ilk belirtiler genellikle donmuş ve taşıma tepki için-80 ° C'de depolanan iken, vitro sentezi tarafından hazırlanan prLHCP hemen sonra sentez donma olmadan taşıma için kullanılmalıdır.
Roman bir substrat karakterizasyonu yol hedef
Roman bir substrat tarafından alınan translocation yolu bilinmeyen nerede durumlarda, ilk öncül veya ara form amino asit dizisini kullanarak olası sinyal peptidler silico araştırmak için tavsiye edilir. CpTat yolu bir belirli kişilik arginin fikir birliği motif sinyal peptid ve hiçbir ATP PAR3altında başarılı ulaşım için genellikle gerektirir. Tat yolu farklı olarak, ATP ve cpSecA1 protein cpSec1 yolu gerektirir. Başarısız taşıma koşullarında bu bileşenler eksik cpSec1 yolu20öneriyor. CpSRP yolu arıtılmış cpSecA1 ve ATP kullanarak taşıma ancak ikiz arginin fikir birliği motifi sinyal peptid eksikliği gösteriyor cpSRP yolu23SE. başarısız sinyal tanıma parçacık bulundu gerektirir.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu el yazması kimyasal Bilimler Bölümü, yerbilim ve Biosciences, temel enerji Bilimler bize Enerji Bakanlığı aracılığıyla Grant DE-SC0017035, 408 Office tarafından fon ile hazırlanmıştır
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Pisum sativum seeds | Seedway LLC, Hall, NY | 8686 - Little Marvel | |
Miracloth | Calbiochem, Gibbstown, NJ | 475855-1 | |
80% Acetone | Sigma, Saint Louis, MO | 67-64-1 | |
Blender with sharpened blades | Waring Commercial | BB155S | |
Polytron 10-35 | Fischer Sci | 13-874-617 | |
Percoll | Sigma, Saint Louis, MO | GE17-0891-01 | |
Beckman J2-MC with JA 20 rotor | Beckman-Coulter | 8043-30-1180 | |
Sorvall RC-5B with HB-4 rotor | Sorvall | 8327-30-1016 | |
100 mM dithiothreitol (DTT) in 1xIB | Sigma, Saint Louis, MO | 12/3/83 | Can be frozen in aliquots for future use |
200 mM MgATP in 1xIB | Sigma, Saint Louis, MO | 74804-12-9 | Can be frozen in aliquots for future use |
Thermolysin in 1xIB (2mg/mL) | Sigma, Saint Louis, MO | 9073-78-3 | Can be frozen in aliquots for future use |
HEPES | Sigma, Saint Louis, MO | H3375 | |
K-Tricine | Sigma, Saint Louis, MO | T0377 | |
Sorbitol | Sigma, Saint Louis, MO | 50-70-4 | |
Magnesium Chloride | Sigma, Saint Louis, MO | 7791-18-6 | |
Manganese Chloride | Sigma, Saint Louis, MO | 13446-34-9 | |
EDTA | Sigma, Saint Louis, MO | 60-00-4 | |
BSA | Sigma, Saint Louis, MO | 9048-46-8 | |
Tris | Sigma, Saint Louis, MO | 77-86-1 | |
SDS | Sigma, Saint Louis, MO | 151-21-3 | |
Glycerol | Sigma, Saint Louis, MO | 56-81-5 | |
Bromophenol Blue | Sigma, Saint Louis, MO | 115-39-9 | |
B-Mercaptoethanol | Sigma, Saint Louis, MO | 60-24-2 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır