כלורופלסטים של אצות וצמחים הם המנועים התאיים הממירים אנרגיית שמש לאנרגיה כימית באמצעות פוטוסינתזה. האברונים הללו, התחום במעטפת בעלת שתי ממברנות, מכילים גנום משלהם שביטויו מתואם היטב עם זה של הגנום הגרעיני. רוב חלבוני הכלורופלסט מקודדים על ידי גנים גרעיניים, המתורגמים בציטוזול כחלבוני מבשר המכילים רצף מעבר בקצה האמינו שלהם המשמש ככרטיס כניסה לכלורופלסטים.
יבוא חלבון לכלורופלסטים מתווך על ידי שני קומפלקסים של חלבון ממברנה הנקראים TOC ו-TIC בממברנת המעטפת החיצונית והפנימית, בהתאמה. מתחמים אלה ממלאים תפקיד מפתח ב כלורופלסט ביוגנזה, בהרכבת המנגנונים הפוטוסינתטיים ובמסלולים מטבוליים שונים. תת-יחידות החלבון השונות של TOC ו-TIC זוהו ואופיינו, ו-TOC ו-TIC התגלו כיוצרים קומפלקס על ביחד. עם זאת, לא ברור כיצד חלבונים שונים של TOC ו-TIC מתאספים יחד כדי ליצור את הערוצים לטרנסלוקציה של חלבון על פני ממברנות מעטפת הכלורופלסט, ומסלולי טרנסלוקציית החלבון בתוך TOC ו-TIC נותרו חמקמקים.
במחקר שפורסם באינטרנט ב טבע, קבוצתו של ליו ז'נפנג במכון לביופיזיקה של האקדמיה הסינית למדעים, בשיתוף פרופ' ז'אן-דיוויד רושה מאוניברסיטת ז'נבה, שוויץ, סיפקו תובנות מיוחלות לגבי המרכיבים המולקולריים, הארגון התלת מימדי והחלבון הפוטנציאלי. מסלולי טרנסלוקציה של קומפלקס העל TOC-TIC מאצה ירוקה חד-תאית בשם Chlamydomonas reinhardtii.
החוקרים הבהירו את הארכיטקטורה העל-מולקולרית של קומפלקס העל TOC-TIC באמצעות מיקרוסקופיה קריו-אלקטרון.
214 תת-יחידות חלבון שונות במתחם העל הזה התגלו. למעט Tic214 המקודד על ידי גנום הכלורופלסט, כל שאר יחידות המשנה מקודדות גרעיניות. הם מורכבים לקומפלקס TOC בממברנה החיצונית, לקומפלקס המרחב הבין-ממברני (ISC) ולקומפלקס TIC בממברנה הפנימית. למרבה הפלא, נמצא שחלבון הממברנה הגדול ביותר TicXNUMX משתרע על פני הממברנה הפנימית, החלל הבין-ממברנה והממברנה החיצונית, ומקשר את השני. חלבון יחידות משנה כמו גשר וככל הנראה גם פועלות כפיגום.
קומפלקס ה-TOC בממברנה החיצונית מורכב בעיקר מ-Toc34, Toc90 ו-Toc75, כשלצדו של Toc90 מתחם Ctap4-Ctap3. חבית היברידית ערוץ נוצר על ידי Toc90 ו-Toc75 על קרום חיצוני. התעלה מכילה כניסה בצד הציטוזולי ושתי יציאות הנפתחות לכיוון החלל הבין-ממברני, וכן שער לרוחב הפונה אל דו-שכבה שומנית. מולקולת חומצה פיטית (הידועה גם בשם אינוזיטול הקספוספאט/InsP6) משתלבת בממשק שבין Toc90 ל-Tic214, ומייצבת את ההרכבה שלהם כמו טריז.
תחום המרחב הבין-ממברני של Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 ו-Ctap5 משתלבים זה בזה ויוצרים מבנה דמוי מגדל המחבר את TOC עם TIC. בתוך ה קרום פנימי, התחומים המוטבעים בממברנה של Tic214, Tic20, Ctap5 ושלוש יחידות משנה קטנות (ששמו Simp1, Simp2 ו-Simp3) יוצרים את קומפלקס TIC. ארבע מולקולות ליפידים משמשות לייצוב הרכבה של תעלה דמוית משפך הממוקמת בממשק שבין Tic214 ו-Tic20 ומונעות מהערוץ לדלוף.
בהתבסס על הנתונים המבניים, החוקרים ניתחו בפירוט את תכונות הנקבוביות בתוך ערוצי TOC ו-TIC. הם הצליחו לחזות את האינטראקציות בין פפטיד המעבר לקומפלקס TIC באמצעות הדמיית דינמיקה מולקולרית.
נתמך על ידי תצפית של שתי נקבוביות תעלות המחוברות על ידי חריץ פני השטח והדיווחים הביוכימיים והתפקודיים הקודמים, הוצעו מסלולים מרובים כדי להסביר את הטרנסלוקציה של הפרה-חלבונים השונים דרך קומפלקס העל TOC-TIC לתאי כלורופלסט מקומיים נפרדים.