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Pflanzenphysiologie: Auch Chloroplasten altern

Welche Proteine Chloroplasten aus dem Plasma einer Pflanzenzelle importieren, hängt stark vom Alter der Organelle ab. Forscher um Yi-Shan Teng von der Academia Sinica in Taipeh entdeckten in Untersuchungen an Erbsenkeimlingen drei Klassen von Proteinen, die unterschiedlich stark in verschieden alte Chloroplasten hineintransportiert werden. Verantwortlich dafür sind sehr variable Peptidsequenzen am Anfang jedes Proteins, die von Transportmolekülen erkannt werden. Die Forscher gehen davon aus, dass dieses System dazu dient, die optimale Versorgung unterschiedlich alter Chloroplasten in einer Pflanze sicherzustellen.

Zwei Transportkomplexe transportieren die neu hergestellten Proteine durch die beiden Chloroplastenmembranen ins Innere der Organelle. Diese Eiweißstrukturen namens Tic (translocon at the inner envelope-membrane of chloroplasts) und Toc (translocon at the outer envelope-membrane of chloroplasts) transportieren Proteine extrem effizient, solange ein Chloroplast jung ist, lassen mit zunehmendem Alter jedoch parallel zum sinkenden Proteinbedarf des Zellorgans stark nach. Wie die Wissenschaftler nun zeigen, bestimmt das Alter der Chloroplasten auch, welche Proteine durch die Poren gelangen. Das Team belegte in Untersuchungen an den Erbsenpflanzen, dass sich die Proteinvorläufer in drei Gruppen aufteilen – einerseits solche, die bevorzugt in junge Chloroplasten importiert werden, solche, die vor allem in ältere hineingelangen, und eine dritte Gruppe, deren Transport unabhängig ist vom Alter der Organelle.

Die Unterscheidung geht auf kurze Peptidabschnitte an einem Ende der von der Zelle erzeugten Vorläuferproteine zurück. Diese 13 bis 146 Aminosäuren langen Sequenzen, Transit-Peptide genannt, fungieren quasi als Adressaufkleber für die Rohproteine und werden beim Verarbeiten im Chloroplasten entfernt. Als die Forscher den Pflanzenzellen künstliche Vorläuferproteine mit vertauschten Adressaufklebern präsentierten, kehrte sich auch die Selektivität für die Vorläuferproteine um. Nach den Beobachtungen der Forscher garantiert die selektive Adressierung, dass unterschiedlich alte Chloroplasten trotz ihrer unterschiedlichen Bedürfnisse in der gleichen Pflanze optimal funktionieren: Die Alge Chlamydomonas, die in jeder Zelle nur einen Chloroplasten enthält, zeigt keine altersabhängige Adressierung von Proteinen.

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