Kloroplasti algi i biljaka su stanični motori koji fotosintezom pretvaraju sunčevu energiju u kemijsku. Ove organele, omeđene ovojnicom s dvije membrane, sadrže vlastiti genom čija je ekspresija usko usklađena s ekspresijom nuklearnog genoma. Većina proteina kloroplasta kodirana je nuklearnim genima, prevedenim u citosolu kao proteini prekurzori koji sadrže tranzitnu sekvencu na svom amino terminalu koja služi kao ulazna karta u kloroplaste.
Uvoz proteina u kloroplaste posredovan je dvama membranskim proteinskim kompleksima koji se nazivaju TOC i TIC u vanjskoj i unutarnjoj membrani ovojnice. Ovi kompleksi igraju ključnu ulogu u kloroplasta biogenezi, u sklopu fotosintetskih aparata i u raznim metaboličkim putovima. Različite proteinske podjedinice TOC i TIC identificirane su i karakterizirane, a otkriveno je da TOC i TIC zajedno tvore superkompleks. Međutim, nejasno je kako se različiti proteini TOC-a i TIC-a skupljaju kako bi formirali kanale za translokaciju proteina kroz ovojne membrane kloroplasta, a putevi translokacije proteina unutar TOC-a i TIC-a ostaju nedostižni.
U studiji objavljenoj online u Priroda, grupa Liu Zhenfenga na Institutu za biofiziku Kineske akademije znanosti, u suradnji s prof. Jean-Davidom Rochaixom sa Sveučilišta u Ženevi, Švicarska, pružila je dugo očekivane uvide u molekularne komponente, trodimenzionalnu organizaciju i potencijal proteina translokacijski putovi superkompleksa TOC-TIC iz jednostanične zelene alge pod nazivom Chlamydomonas reinhardtii.
Istraživači su razjasnili supramolekularnu arhitekturu superkompleksa TOC-TIC pomoću krioelektronske mikroskopije.
Otkriveno je trinaest različitih proteinskih podjedinica u ovom superkompleksu. Uz izuzetak Tic214 kodiranog genomom kloroplasta, sve ostale podjedinice su nuklearno kodirane. Sastavljeni su u TOC kompleks u vanjskoj membrani, intermembranski prostorni kompleks (ISC) i TIC kompleks u unutarnjoj membrani. Zanimljivo je da je otkriveno da najveći membranski protein Tic214 proteže unutarnju membranu, intermembranski prostor i vanjsku membranu, povezujući druge protein podjedinice poput mosta i najvjerojatnije djeluju i kao skela.
Kompleks TOC u vanjskoj membrani uglavnom se sastoji od Toc34, Toc90 i Toc75, okruženih sa strane Toc90 kompleksom Ctap4-Ctap3. Hibrid u obliku bačve kanal formiraju Toc90 i Toc75 na vanjska membrana. Kanal sadrži ulaz na citosolnoj strani i dva izlaza koji se otvaraju prema intermembranskom prostoru, kao i lateralna vrata okrenuta prema lipidnog dvosloja. Molekula fitinske kiseline (također poznata kao inozitol heksafosfat/InsP6) interkalira na granici između Toc90 i Tic214, stabilizirajući njihov sklop poput klina.
Intermembransko-prostorna domena Tic214, Tic100, Tic56, Ctap3 i Ctap5 međusobno se isprepliću tvoreći strukturu nalik tornju koja povezuje TOC s TIC-om. u unutarnja membrana, u membranu ugrađene domene Tic214, Tic20, Ctap5 i tri male podjedinice (nazvane Simp1, Simp2 i Simp3) tvore TIC kompleks. Četiri molekule lipida služe za stabilizaciju sklopa lijevkastog kanala koji se nalazi na granici između Tic214 i Tic20 i sprječavaju curenje kanala.
Na temelju strukturnih podataka, istraživači su detaljno analizirali značajke pora unutar TOC i TIC kanala. Uspjeli su predvidjeti interakcije između tranzitnog peptida i TIC kompleksa putem simulacije molekularne dinamike.
Potkrijepljeno promatranjem dviju pora kanala povezanih površinskim utorom i prethodnim biokemijskim i funkcionalnim izvješćima, predloženi su višestruki putovi koji objašnjavaju translokaciju različitih predproteina kroz TOC-TIC superkompleks u različite lokalne odjeljke kloroplasta.