Regolazione redox nel cloroplasto Mirko Zaffagnini Laboratorio di Fisiologia Molecolare delle piante, Università di Bologna Accademia dei Georgofili, 24 maggio 2012
Alghe verdi (Cr) Piante superiori (At) Fase luminosa Fase oscura La fotosintesi ossigenica
Fase oscura La fase luminosa o fase luce-dipendente
La fase oscura o Ciclo di Calvin-Benson
Proteina(e)? La scoperta del sistema ferredossina/tioredossina
Fd: ferredossina FTR: ferredossina:tioredossina reduttasi TRX: tioredossina Proteina(e)? Light La scoperta del sistema ferredossina/tioredossina
Tioredossine (Trx): Cys N Cys C Piccole proteine di circa 12-14 kda, solubili e termostabili truttura 3D: 5 foglietti β circondati da 4 α-eliche ito attivo: 2 cisteine conservate (W-Cys N -(G/P)-P-Cys C ) Presente in tutti gli organismi viventi Nel cloroplasto: Trx-f e Trx-m Tioredossine cloroplastiche: informazioni generali
Light PI Fd FTR Trx f H H Trx m H H Trx x H H Trx y H H FBPase, GAPDH, DAHP synthase PRK, BPase, NADP-MDH, G6PDH, CF1 ATPase, Rubisco activase, ACCase, AGPase, TR-BAMY, GWD MRB2, PRX-Q, GPX 2-cys PRX Metabolismo del carbonio Risposta antiossidativa Tioredossine cloroplastiche: target e ruolo fisiologico
Light PI Fd FTR Trx f H H Trx m H H Trx x H H Trx y H H FBPase, GAPDH, DAHP synthase PRK, BPase, NADP-MDH, G6PDH, CF1 ATPase, Rubisco activase, ACCase, AGPase, TR-BAMY, GWD MRB2, PRX-Q, GPX 2-cys PRX Metabolismo del carbonio Risposta antiossidante Tioredossine cloroplastiche: target e ruolo fisiologico
Cr Identificare nuove proteine bersaglio delle Trx Organismi fotosintetici (At e Cr): genoma disponibile Approccio proteomico: 1000 1500 2000 Mass (m/z) Proteomica redox
9 Tioredossine Approcci proteomici >400 target potenziali (>130 nei cloroplasti) Proteomica redox: ponti -
9 Tioredossine Approcci proteomici >400 target potenziali (>130 nei cloroplasti) Trasporto fotosintetico Risposta antiossidante Biosintesi AA e lipidi Biosintesi isoprenoidi Ciclo di Calvin Metabolismo dell amido Metabolismo dello zolfo Metabolismo dell azoto Metabolismo dell ATP etc Proteomica redox: ponti -
Ciclo di Calvin RPI X5P R5P 3 x RuP Transketolase 7P PRK RPE BPase 1,7P 3 x RuBP 3 x CO 2 X5P E4P Rubisco Transketolase F6P FBA FBPase F1,6P FBA G3P DHAP G3P DHAP G3P 6 x 3 - PGA 6 x 1,3 - PGA 6 x G3P PGK A 2 B 2 GAPDH or A 4 GAPDH G3P TPI Regolazione redox del Ciclo di Calvin
Ciclo di Calvin RPI TRX f - H Transketolase X5P 7P R5P 3 x RuP PRK RPE X5P BPase E4P 1,7P 3 x RuBP 3 x CO 2 Rubisco TRX f - H Transketolase 6 x 3 - PGA F6P PGK FBPase F1,6P FBA 6 x 1,3 - PGA A 2 B 2 GAPDH or TRX f - H FBA G3P DHAP G3P DHAP G3P 6 x G3P A 4 GAPDH TPI G3P Regolazione redox del Ciclo di Calvin
Ciclo di Calvin RPI TRX f - H Transketolase X5P 7P R5P 3 x RuP PRK RPE X5P BPase E4P 1,7P 3 x RuBP 3 x CO 2 Rubisco TRX f - H Transketolase 6 x 3 - PGA F6P PGK FBPase F1,6P FBA 6 x 1,3 - PGA A 2 B 2 GAPDH or TRX f - H FBA G3P DHAP G3P DHAP G3P 6 x G3P A 4 GAPDH TPI G3P Regolazione redox del Ciclo di Calvin
1 O 2 * 3 O 2 O 2 -. O 2 Produzione di RO durante la fase luminosa
Condizioni normali DNA / RNA pecie reattive dell ossigeno (RO: 1 O 2, O 2 ˉ, H 2 O 2 ) Ossidazione Proteine Lipidi Residui contenenti zolfo: Cisteine e metionine Condizioni di stress abiotico/biotico H RO H RO H G H TRX H H H Ossidata (ponte -) Ridotta -glutationilata Interazione RO-proteine
H GH H 2 O 2 GG H G H H GRX GH H H Ridotta -glutationilata Glutatione Buffer redox (GH e GG) -glutationilazione Deglutationilazione 12.26 Å 8.12 Å 8.17 Å Glutaredossine (Grx): imili alle Trx (TrxX fold e famiglia ampia ito attivo: (Cys N -X-X-(Cys C /) ito di binding per il GH -glutationilazione: informazioni generali
-glutationilazione Approcci proteomici >250 target potenziali (>50 nei cloroplasti) Proteomica redox: -glutationilazione
-glutationilazione Approcci proteomici >250 target potenziali (>50 nei cloroplasti) Biogenesi proteine Risposta antiossidante Biosintesi AA Degradazione delle proteine Ciclo di Calvin Metabolismo dell amido Metabolismo dei nucleotidi Metabolismo dell azoto Metabolismo della clorofilla etc Proteomica redox: -glutationilazione
Ciclo di Calvin RPI TRX f - H Transketolase X5P 7P R5P 3 x RuP PRK RPE X5P BPase E4P 1,7P 3 x RuBP 3 x CO 2 Rubisco TRX f - H Transketolase 6 x 3 - PGA F6P PGK FBPase F1,6P FBA 6 x 1,3 - PGA A 2 B 2 GAPDH or TRX f - H FBA G3P DHAP G3P DHAP G3P 6 x G3P A 4 GAPDH TPI G3P Regolazione redox del Ciclo di Calvin
Ciclo di Calvin G RPI TRX f G - H G RPE X5P X5P G Transketolase 7P G BPase 1,7P E4P R5P 3 x RuP G PRK 3 x RuBP 3 x CO 2 Rubisco G TRX f - H Transketolase 6 x 3 - PGA TRX f - H G G F6P FBA FBPase G F1,6P FBA G3P DHAP G3P DHAP G3P 6 x 1,3 - PGA 6 x G3P PGK G A 2 B 2 GAPDH or A 4 GAPDH G TPI G3P Regolazione redox del Ciclo di Calvin
Glutationilazione della Tioredossina f
Tra le diverse Trx cloroplastiche solo la TRX-f subisce glutationilazione su una cisteina localizzata vicino al sito attivo TRX-f La glutationilazione della AtTRX f riduce la sua capacità di attivare gli enzimi target in condizioni di luce Glutationilazione della Tioredossina f
Luce/Buio Trx f Ciclo di Calvin Ottimizzazione dell utilizzo del potere riducente (NADPH) e dell energia (ATP) per l organicazione della CO 2 Regolazione del Ciclo di Calvin: luce vs buio e luce/ro
Luce/Buio tress ossidativo GH Trx f GRX RO RO GH GH Ciclo di Calvin Trx f Ottimizzazione dell utilizzo del potere riducente (NADPH) e dell energia (ATP) per l organicazione della CO 2 ignalling cellulare e redistribuzione del potere riducente verso il sistema antiossidante (glutatione, ascorbato ed enzimi) Regolazione del Ciclo di Calvin: luce vs buio e luce/ro
Luce/Buio tress nitrosativo tress ossidativo Trx f RN RO RO GH GH Ciclo di Calvin Trx f Ottimizzazione dell utilizzo del potere riducente (NADPH) e dell energia (ATP) per l organicazione della CO 2 ignalling cellulare e redistribuzione del potere riducente verso il sistema antiossidante (glutatione, ascorbato ed enzimi) Regolazione del Ciclo di Calvin: luce vs buio e luce/ro
Laboratorio di Fisiologia Molecolare delle Piante Francesca parla Paolo Pupillo Paolo Trost Institut de Biologie Physico- Chimique (CNR) Paris, FR téphane Lemaire Institut de Biotechnolgie des Plantes (CNR) Orsay, FR Myroslawa Miginiac-Maslow