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dirección web del DEPARTAMENTO DE BIOQUIMICA VEGETAL Y BIOLOGIA MOLECULAR
http://www.us.es/dbiovege/
Web de la American Association of Plant Biology
http://www.aspb.org/http://www.aspb.org/publications/arabidopsis/
Base de datos de Arabidopsis
http://arabidopsis.org/
EL CLOROPLASTO
• Introducción• Tipos de plastidios• Diferenciación• División• Elgenoma
cloroplastídico– Estructura– genes
LA CÉLULA VEGETAL
LA PARED CELULAR, LA MEMBRANA PLASMÁTICAY LOS PLASMODESMOS
RETICULOENDOPLÁSMICO
NUCLEO Y NUCLEOLO
PEROXISOMA
Actividad carboxilasa
ribulosa-1,5-bi-P + CO2 2 3-P-glicerato
Actividad oxigenasa
ribulosa-1,5-bi-P + O2 3-P-glicerato + 2-P-glicolato
FOTORRESPIRACIÓN
EL CLOROPLASTO
• Introducción• Tipos de plastidios• Diferenciación• División• Elgenoma
cloroplastídico– Estructura– genes
PROPLASTIDIO
PROPLASTIDIO
amiloplasto cromoplasto
EL CLOROPLASTO
• Introducción• Tipos de plastidios• Diferenciación• División• Elgenoma cloroplastídico
– Expresión génica– Regulación
DIFERENCIACIÓN DE PLASTIDIOS
etioplasto
desarrollo de granascloroplasto maduro
PR: prolamellar body (75% lípidos) tilacoidesLUZ
protoclorofilida clorofila
ORIGEN ENDOSIMBIONTE DEL CLOROPLASTO
1 de cada 16000 gametos
algas rojasGlaucocystophytes (Cyanophora)algas verdesplantas
Otros grupos de algas:Chlorarachnion (con nucleomorfo)EuglenaGuillardia (con nucleomorfo)EmilianiaLaminaria
EL CLOROPLASTO
• Introducción• Tipos de plastidios• Diferenciación• División• Elgenoma cloroplastídico
– Expresión génica– Regulación
División de plastidios (etioplastos)
Figure 1. Dividing and Mature Plastids in Arabidopsis.(A) Dividing proplastid from a cell in the shoot apical meristem.(B) to (D) Division conformations of epidermal cell chloroplasts stained with silver nitrate from young expanding cotyledons.(E) Typical chloroplast in early division, from an expanding leaf mesophyll cell.(F) Confocal topographic view of dumbbell-shaped plastids in the base of petals in the Arabidopsis arc5 mutant.(G) A mature Arabidopsis mesophyll cell showing part of the monolayer of chloroplasts over the internal cell surface with a large hole in the monolayer representing where the cell was previously attached to a neighboring cell.(H) An electron micrograph of arc5 petal chloroplasts showing an electron-dense plastid dividing ring at the narrow isthmus of a chloroplast in division (photograph courtesy of K. Hagley).
DRP: dynamn related proteins
wtRNAi FtsZ1RNAi FtsZ2 RNAi MinD RNAi ARC5
FtsZ1 FtsZ2 ARC6 ARC5
Figure 4. Phenotypes of Transgenic Plants Expressing Antisense Constructs of AtFtsZ1-1 or AtFtsZ2-1.
Tissue from the first leaves of 23-day-old plants was prepared for visualization of individual mesophyll cells by using Nomarski interference contrast optics, as described by Pyke and Leech 1991 .
(A) and (B) Cells from transgenic plants expressing the AtFtsZ1-1 antisense gene.
(C) and (D) Cells from transgenic plants expressing the AtFtsZ2-1 antisense gene.
(E) and (F) Cells from wild-type Arabidopsis.
EL CLOROPLASTO
• Introducción• Tipos de plastidios• Diferenciación• División• Elgenoma
cloroplastídico– Estructura– genes
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/euk_o.html
La replicación del DNA cloroplastídico no está acopladaa la replicación del genoma nuclear
EL CLOROPLASTO
• Fotosíntesis
- Introducción
- El aparato
fotosintético
- State transition
El aparato fotosintético
PSII
PSI
Interconexión entre granas y lumen tilacoidal
State transition
EL CLOROPLASTO
• Biotecnología
- Transformación
- Obtención de
mutantes
The elimination of marker genes using the CRE-lox site specific recombination system in plastids. In this example, the transplastome contains the marker gene aadA flanked by lox sites (arrowheads). The gene of interest (goi) that was introduced by selection for the marker gene is shown in blue. Introduction of cre (a) by Agrobacterium transformation or (b) by crossing results in expression of the CRE site-specific recombinase from the nuclear cre gene. The CRE is plastid targeted, and will simultaneously excise the marker gene from all the plastid genome copies. In the experiment described in [16], the gene to keep (i.e. the goi) was aadA and the gene to remove was codA, a negative selectable marker. In [30], the gene to be eliminated was aadA and the gene to keep was gfp (encoding GFP). Presence of cre and the linked kanamycin-resistance (neo) gene in the nuclear genome are indicated by c and n, respectively; their absence by a ‘+’. T0 refers to transgenic plants regenerated from tissue culture; T1 and T2 are the first and second generation progeny of T0 produced by self pollination.
Table 1 Foreign genes successfully expressed to date from higher plant plastid genomes
Gene(s) Gene product and gene source Function aadA Aminoglycoside 3''-adenylyltransferase from E. coli Positive selectable marker (spectinomycin and streptomycin resistance) nptII Neomycin phosphotransferase from Tn 5 Positive selectable marker (kanamycin) resistance
uidA Glucuronidase (GUS) from E. coli Reporter of gene expression gfp Green fluorescent protein (GFP) from Aequorea victoria (Vital) reporter of gene expression cry1A Crystal toxin from Bacillus thuringiensis Insecticidal protein (protoxin
cry2A Crystal toxin from Bacillus thuringiensis Insecticidal protein (protoxin cry2Aa2 operon Crystal toxin, ORF1 and ORF2 (putative chaperonin) Insecticidal protein (protoxin) proteins from Bacillus thuringiensis codA Cytosine deaminase from E. coli Negative selectable marker (5-fluorocytosine sensitivity) EPSPS 5-Enol-pyruvyl shikimate-3-phosphate synthase from Herbicide tolerance (glyphosate) Petunia hybrida or from eubacterial species bar Phosphinothricin acetyltransferase from Streptomyces Herbicide resistance (glufosinate) hygroscopicus
hST Human somatotropin Therapeutic protein (human growth hormone)
EL CLOROPLASTO
• Expresión genica• Regulación
transcripcional• Regulación post-
transcripcional• Transformación
NEP(nuclear encoded RNA polymerase)
RpoZ
PEP(plastid encoded RNA polymerase)
rpoA, rpoB, rpoC1, rpoC2
plastídicasnucleares
Genes fotosintéticosGenes no fotosintéticos
rpoB rpoC1 rpoC2
NEP promotor
PEP promotores
PEPNEP
núcleo
cloroplasto
Genes plastídicos pueden tener múltiples promotores
atpB-atpE codifican dos subunidades de la ATP sintasa
Elevada regulación transcripcional de los promotores plastídicos:
- distintos promotores activos
- regulación de la intensidad de un promotor
Fuerte regulación transcripcional por factores ambientales (luz)
EL CLOROPLASTO
• Expresión genica• Regulación
transcripcional• Regulación post-
transcripcional
- splicing
- traducción
Estructura típica de un mRNA maduro del cloroplasto
Procesamiento de los rRNAs plastídicos
Trans-splicing
E1
E3
E2
E1E3
E2
E1 E3E2
psaA de Chlamydomonas
cromosoma cloroplasto
EL CLOROPLASTO
• Expresión genica• Regulación
transcripcional• Regulación post-
transcripcional
- splicing
- traducción
- El DNA del cloroplasto codifica ~ 50-100 proteínas, además de rRNAs y tRNAs
- La mayoría de las proteínas participan en la fotosíntesis o en transcripción y traducción
- Muchas de las proteínas codificadas en el cloroplasto funcionan en complejos oligoméricos que contienen subunidades que provienen tanto del genoma nuclear como del cloroplasto, como es el caso de la Rubisco
Rubisco
Diferencias entre la traducción citosólica y plastídica
bacterias
citoplasma
Inicio de traducción en Euglena gracilis
Translocación co-traduccional
Polisomas libres: producen proteínas en el estroma, que son dirigidas a sus destinos
Polisomas asociados a membrana: producen proteínas que son insertadasdirectamente en la membrana (proteínas del aparato fotosintético en lasmembranas tilacoidales)
Subunidad grandede la Rubisco
Ensamblaje de la Rubisco
Regulación del ensamblaje de la Rubisco
La luz como regulador principal del desarrollo del cloroplasto
Band-shift assay(retardo en gel)
La luz como regulador traduccional
psbA (D1 protein)
cPDI: chloroplast protein disulfide isomerase
cPABP: chloroplast polyadenylate-binding protein
Regulación de la síntesis de proteínas por la disponibilidad de cofactores
Modelo para la inserción co-traduccional de cofactores en la proteína D1
Regulación de la síntesisy ensamblaje del PSII
EL CLOROPLASTO
• Transporte de proteínas– Método de ensayo– Peptido de transito– Maquinaria– Envuelta externa– Sistema tilacoidal– Ensamble de complejos
thight binding: < 50 µMtranslocation: > 0.1 mM
Péptido de tránstito
20-150 aa
TOC159, TOC34: GTP-binding proteins
TOC75: translocation channel
TIC55: Rieske-type Fe-S centre
AtToc159, -132 y -120 interaccionan con el cloroplasto y con TOC34
etioplasto
wt ppi1
5 dias
cloroplasto5 dias
4 semanas
SRP (signal recognition particle)
Inserción de proteínas en la membrana tilacoidal
TOC75
TIC22TIC20
Bibliografía
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