Thylakoid membran Protein kompleksleri tarafından mavi yerli jel elektroforez Analizi
Summary
Bir iletişim kuralı bitki aydınlatma için thylakoid protein kompleksi organizasyon ve mavi yerel polyacrylamide ile kompozisyon jel elektroforez (BN-sayfa) ve 2D-SDS-sayfa açıklanmıştır. Protokol Arabidopsis thalianaiçin optimize edilmiş ama küçük değişiklikler ile diğer bitki türleri için kullanılabilir.
Abstract
Fotosentetik Elektron transferi zinciri (vb) NADPH ve ATP şeklinde kimyasal enerji güneş enerjisi dönüştürür. Dört büyük protein kompleksleri elektron sudan NADP+ ile iki photosystems için sürücü ve ATP üretimi için oluşturulan proton degrade kullanmak için thylakoid membran hasat güneş enerjisi gömülü. Photosystem PSII, psişik, sitokrom b6f (Cyt b6f) ve ATPaz farklı yönlendirme ve thylakoid membran dinamikleri ile tüm multiprotein kompleksleri vardır. Kompozisyon ve thylakoid membran protein kompleksleri etkileşimleri hakkında değerli bilgiler elde hafif deterjan yerli jel elektroforetik ayrımı tarafından takip tarafından kompleksleri membran bütünlüğü gelen çözücü tarafından kompleksleri. Mavi yerli polyacrylamide jel elektroforez (BN-sayfa) protein kompleksleri yerli ve fonksiyonel formlarındaki ayrılması için kullanılan bir analitik yöntemdir. Yöntem protein kompleksi arıtma daha ayrıntılı yapısal analizi için kullanılabilir, ama aynı zamanda protein kompleksleri arasındaki dinamik etkileşimler incelemek için bir araç sağlar. Yöntem mitokondrial solunum protein kompleksleri, analiz için geliştirilmiştir ama beri en iyi duruma getirilmiş ve thylakoid protein kompleksleri diseksiyon için geliştirilmiş. Burada, biz değişken fotosentetik protein kompleksleri ve onların etkileşimlerde Arabidopsis thalianaanalizi için detaylı güncel iletişim kuralı sağlar.
Introduction
Büyük multisubunit protein kompleksleri photosystem PSI ve PSII, Cyt b6f ve ATPaz koordine NADPH ve ATP üretimi fotosentetik ışık reaksiyonlarda. Daha yüksek bitki kloroplast içinde kompleksleri appressed grana ve appressed stroma thylakoids oluşan bir yapısal olarak heterojen membran yapıdır thylakoid zarının içinde yer alır. Mavi yerli polyacrylamide jel elektroforez (BN-sayfa) büyük multisubunit protein kompleksleri onların yerli ve biyolojik olarak aktif biçimde analizinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Yöntem mitokondrial membran protein kompleksleri1diseksiyon için kuruldu, ancak sonra thylakoid membran ağ3protein kompleksleri ayrılması için özelleştirilmiş. Yöntem (i) tek tek thylakoid protein kompleksleri için yapısal analizi, (ii) yerli protein kompleksleri Hofstede belirlemek için ve (iii) protein kompleksleri genel organizasyonu analizi için arıtma için uygundur çevre ipuçları değiştirme üzerine.
Ayrılık öncesinde protein kompleksleri genellikle hafiftir ve protein kompleksleri doğal yapısını korumak dikkatle seçilmiş Nonyonik deterjanlar ile membran etkilenmezsiniz. Deterjanlar içeren hidrofobik ve hidrofilik siteleri ve form istikrarlı micelles bir belirli konsantrasyon, yukarıda adı verilen bir kritik micellar konsantrasyonu (CMC). CMC sonuçlarının lipid-lipid etkileşimleri bozulma ve protein kompleksleri solubilization üzerinde deterjan konsantrasyonu artan. Deterjan seçimi protein kompleksi ilgi kararlılığını ve deterjan solubilization kapasitesine bağlıdır. Rutin olarak kullanılan deterjanlar α/β-Lauryl-maltoside ve digitonin içerir. Protein kompleksleri içinde onların yerli durum solubilization çözünmez malzeme Santrifüjü tarafından kaldırılır. Yüksek bitkilerde thylakoid membran yapısı içinde son derece heterogenic ve bazı deterjanlar (Örneğin, digitonin), seçmeli olarak membran3yalnızca belirli bir kısmını solubilize. Bu nedenle, protein kompleksi kuruluş ya da protein kompleksleri arasındaki etkileşimler ayırdetmek için bu her zaman klorofil içeriği ve klorofil a/b belirleyerek seçilen deterjan solubilization kapasitesini belirlemek önemlidir verim ve temsil thylakoid (sub) etki alanı, sırasıyla, solubilized kısmını değerlendirmeye süpernatant sayısına oranı. Büyüme-ışık iklime alıştırılacağı bitkilerin sağlam thylakoids klorofil a/b oranı genellikle yaklaşık 3, ise chl bir / b değeri thylakoid kesirler zenginleştirilmiş grana birinde veya stroma thylakoids düşer (~ 2.5 altında) veya (~ 4.5) toplam değerini aşıyor thylakoids, anılan sıraya göre.
Protein kompleksleri için negatif yük sağlamak için Coomassie parlak mavi (CBB) boya solubilized örneğe eklenir. Şarj kayması nedeniyle protein kompleksleri anot doğru göç ve molekül ağırlığı ve şekil göre bir Akrilamid (AA) degrade olarak ayrılır. Etkili ve yüksek çözünürlüklü ayırma doğrusal akrilamid konsantrasyon gradyanı kullanılarak elde edilir. Onlar kendi boyut bağımlı gözenek boyutu sınırına ulaşıncaya kadar Elektroforez sırasında protein kompleksleri anot doğru göç. (İ toplam akrilamid polyacrylamide jel gözenek büyüklüğüne bağlıdır /bis– akrilamid konsantrasyonu (T) ve (II) cross-linker bis– akrilamid monomer konsantrasyonu (C) göre toplam monomerleri4. BN-sayfa ile boşanmadan sonra protein kompleksleri daha fazla onların bireysel protein alt ikinci boyut (2D) – SDS – sayfa tarafından alt. Burada, thylakoid membran protein kompleksleri BN-/ 2D SDS-sayfa tarafından çözümlenmesi için detaylı bir protokol açıklayın.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fotosentetik enerji dönüşüm makine thylakoid membran gömülü büyük multisubunit protein kompleksleri oluşur. Bu iletişim kuralı için çözümleme-in bitki thylakoid protein kompleksleri Arabidopsis thaliana BN sayfalı 2D-SDS-sayfa ile kombine ile gelen temel yöntemi açıklanır. Protokolü de thylakoid protein kompleksleri gelen tütün ve ıspanak thylakoids çözümlenmesi için uygundur, ama ufak değişiklikler gerektirebilir.
Membran protein kompleksleri solubiliza…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma mali biyokütle (SE2B) Marie Skłodowska-Curie hibe sözleşmesine (675006) Finlandiya Akademisi (proje numaraları 307335 ve 303757) ve güneş enerjisi tarafından desteklenmiştir. İletişim kuralı başvuru3dayalı.
Materials
| 6-aminocaproic acid (ACA) | Sigma-Aldrich | A2504 | |
| BisTris | Sigma-Aldrich | B4429 | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | |
| Acrylamide (AA) | Sigma-Aldrich | A9099 | Caution: Neurotoxic! |
| n-dodecyl-β-D-maltoside | Sigma-Aldrich | D4641 | |
| Tricine | Sigma-Aldrich | T0377 | |
| Tris | Sigma-Aldrich | T1503 | |
| SDS | VWR | 442444H | |
| Urea | VWR | 28877.292 | |
| Glycerol | J.T. Baker | 7044 | |
| Sodium Fluoride (NaF) | J.T. Baker | 3688 | |
| EDTA disodium salt | J.T. Baker | 1073 | |
| Digitonin | Calbiochem | 300410 | Caution:Toxic! |
| Pefabloc SC | Roche | 11585916001 | |
| Serva Coomassie Blue G | Serva | 35050 | |
| β-mercaptoethanol | Bio-Rad | 1610710 | |
| APS (Ammonium persulfate) | Bio-Rad | 161-0700 | |
| TEMED (Tetramethylethylenediamine) | Bio-Rad | 1610801 | |
| (N,N'-Methylene)-Bis-Acrylamide | Omnipur | 2610 | |
| Glycine | Fisher | G0800 | |
| Prestained Protein Marker, Broad Range (7-175 kDa) | New England Biolabs | P7708 | |
| Falcon, Conical Centrifuge Tubes 15 ml | Corning | 352093 | |
| Dual gel caster with 10 x 8 cm plates | Hoefer | SE215 | |
| Gradient maker SG5 | Hoefer | ||
| 0.75 mm T-spacers | Hoefer | SE2119T-2-.75 | |
| Sample gel comb, 0.75 mm | Hoefer | SE211A-10-.75 | |
| Mighty Small SE250 vertical electrophoresis system | Hoefer | SE250 | |
| IPC-pump | Ismatec | ||
| Power supply, PowerPac HV | Bio-Rad | 164-5097 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424R | |
| Rocker-Shaker | Biosan | BS-010130-AAI | |
PROTEAN II xi Cell |
Bio-Rad | 1651813 |
References
- Schägger, H., von Jagow, G. Blue native electrophoresis for isolation of membrane protein complexes in enzymatically active form. Analytical Biochemistry. 199, 223-231 (1991).
- Kügler, M., Jänsch, L., Kruft, V., Schmitz, U. K., Braun, H. -. P. Analysis of the chloroplast protein complexes by blue-native polyacrylamide gel electrophoresis (BN-PAGE). Photosynthesis Research. 53, 35-44 (1997).
- Järvi, S., Suorsa, M., Paakkarinen, V., Aro, E. -. M. Optimized native gel systems for separation of thylakoid protein complexes: novel super- and mega-complexes. Biochemical Journal. 439, 207-214 (2011).
- Strecker, V., Wumaier, Z., Wittig, I., Schägger, H. Large pore gels to separate mega protein complexes larger than 10 MDa by blue native electrophoresis: Isolation of putative respiratory strings or patches. Proteomics. 10, 3379-3387 (2010).
- Porra, R. J., Thompson, W. A., Kriedemann, P. E. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics. , 384-394 (1989).
- Blum, H., Beier, H., Gross, H. J. Improved silver staining of plant proteins, RNA and DNA in polyacrylamide gels. Electrophoresis. 8, 93-99 (1987).
- Aro, E. -. M., et al. Dynamics of photosystem II: a proteomic approach to thylakoid protein complexes. Journal of Experimental Botany. 56, 347-356 (2005).
- Suorsa, M., et al. Light acclimation involves dynamic re-organization of the pigment-protein megacomplexes in non-appressed thylakoid domains. The plant journal for cell and molecular biology. 84, 360-373 (2015).
- Laemmli, U. K. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature. 227, 680-685 (1970).
- Schägger, H., Pfeiffer, K. Supercomplexes in the respiratory chains of yeast and mammalian mitochondria. The EMBO Journal. 19, 1777-1783 (2000).
- Rantala, S., Tikkanen, M. Phosphorylation-induced lateral rearrangements of thylakoid protein complexes upon light acclimation. Plant Direct. 2, 1-12 (2018).
- Rantala, M., Tikkanen, M., Aro, E. -. M. Proteomic characterization of hierarchical megacomplex formation in Arabidopsis thylakoid membrane. Plant Journal. 92, 951-962 (2017).
