fisiologia vegetal

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Biochimica et Biophysica Acta 1847 (2015) 993–1003 Institute of Plant Biology and Biotechnology, University of Münster, Münster 48143, Germany a r t i c l e i n f o a b s t r a c t Article history: Received 11 November 2014 Received in revised form 5 February 2015 Accepted 7 February 2015 Available online 14 February 2015 The understanding of calcium as a second messenger in plants has been growing intensively over the last decades. Recently, attention has been drawn to the organelles, especially the chloroplast but focused on the stromal Ca 2+ transients in response to environmental stresses. Herein we will expand this view and discuss the role of Ca 2+ in photosynthesis. Moreover we address of how Ca 2+ is delivered to chloroplast stroma and thylakoids. Thereby, new light is shed on the regulation of photosynthetic electron flow and light-dependent Keywords: Calcium Chloroplast metabolism by the interplay of Ca 2+ , thylakoid acidification and redox status. This article is part of a Special Issue entitled: Chloroplast biogenesis. © 2015 Elsevier B.V. All rights reserved. Photosynthesis Linear cyclic electron flow Calcium transporter Metabolism 1.Introducción El calcio es un nutriente esencial para las plantas. Se requiere para papeles estructurales en la pared celular y las membranas, como contra- catión de aniones inorgánicos y orgánicos en la vacuola y juega un papel esencial como mensajero intracelular en el citosol [1]. La concentración de calcio citoplasmático cyt [Ca2 Review Calcium-dependent regulation o f photosynthesis Hochmal Karina Ana 1 Stefan , Schulze 1 ,Kerstin Trompelt, MichaelHippler lis ts Contents a t availabl e ScienceDirec t Biochimica e t Biophysica Acta journalhomepage: www.elsevier.com/locate/bbabio

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fotosintesis y temperatura

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Biochimica et Biophysica Acta 1847 (2015) 993–1003

Institute of Plant Biology and Biotechnology, University of Münster, Münster 48143, Germany

a r t i c l e i n f o a b s t r a c t

Article history:Received 11 November 2014Received in revised form 5 February 2015Accepted 7 February 2015Available online 14 February 2015

The understanding of calcium as a second messenger in plants has been growing intensively over the last decades. Recently, attention has been drawn to the organelles, especially the chloroplast but focused on the stromal Ca2+ transients in response to environmental stresses. Herein we will expand this view and discuss the role of Ca2+ in photosynthesis. Moreover we address of how Ca2+

is delivered to chloroplast stroma and thylakoids. Thereby, new light is shed on the regulation of photosynthetic electron flow and light-dependent

Photosynthesis

Linear cyclic electron flow

Calcium transporterMetabolism

1.IntroducciónEl calcio es un nutriente esencial para las plantas. Se requiere para papeles estructurales en la pared celular y las membranas, como contra-catión de aniones inorgánicos y orgánicos en la vacuola y juega un papel esencial como mensajero intracelular en el citosol [1]. La concentración de calcio citoplasmático cyt [Ca2 +] en células aumenta de plantas en respuesta a diversas condiciones de desarrollo y los factores ambientales. Se considera que las alteraciones en cyt [Ca2 +] son cruciales para la respuesta fisiológica de la planta. Más de 30 procesos de desarrollo distintas o desafíos ambientales iniciado perturbación en la cyt [Ca2 +] (para revisión ver [2]). Tales señales de perturbación incluyen hormonas vegetales, la luz, los factores de estrés y elicitores patógenas o simbióticas [3-10]. En el alga verde Chlamydomonas reinhardtii, movimientos fototácticas rápidas requieren ambos H + inducida por la luz y Ca2 + eventos de señalización que se asocian con la región mancha ocular de Chlamydomonas y median la

regulación de flagelar flexión y adecuada dirección de nado [11,12], proporcionando de este modo fotoprotección por evitar el exceso de exposición a la luz.La red de señalización de calcio se compone de módulos distintos responsables de i) la generación de la Ca2 + firma, es decir, una elevación de la [Ca2 +], que es estímulo específico en cuanto a su amplitud, frecuencia y forma, en respuesta a una señal, ii ) el reconocimiento de la firma por parte de Ca2 + sensores y iii) la transducción del mensaje Ca2 + firma a los objetivos que median-señal específica respuestas [9,13-15]. Los análisis moleculares y bioinformático de los genes de Arabidopsis y el genoma reveló la ☆ Este artículo es parte de un número especial titulado: Biogénesis cloroplasto. Autor correspondiente.⁎

E-mail: [email protected] (M. Hippler). 1 Estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo.http://dx.doi.org/10.1016/j.bbabio.2015.02.010 0.005-2.728 / © 2015 Elsevier BV Todos los derechos reservados.

www.elsevier.com/locate/bbabio homepage:journal

Acta BiophysicaetBiochimica

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⁎ HipplerMichaelTrompelt,Kerstin,1Schulze, Stefan1Ana Karina Hochmal

☆ photosynthesisofregulationCalcium-dependent

Review

Keywords:CalciumChloroplast

metabolism by the interplay of Ca2+, thylakoid acidification and redox status. This article is part of a Special Issue entitled: Chloroplast biogenesis.

© 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

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presencia de unos 80 polipéptidos en el nivel de Ca2 + de la firma, a unos 400 y unos sensores 200 proteínas diana, lo que indica una red de señalización de Ca2 + intrincada [14]. Aquí una pregunta central es: ¿cómo decodificar plantas y distintivamente transmiten perturbaciones en Ca2 + citosólico firmas para objetivos de abajo? Dos tipos principales de componentes de señalización de Ca2 + -decoding son conocidos en las plantas. Tipo I componentes son proteínas "sensorresponder" que poseen tanto unión a Ca2 + y enzimáticos dominios "efectores". Ejemplos importantes son las quinasas dependientes de calcio de proteínas (CDPKs) [16-18] y las quinasas de calcio-calmodulina-dependientes (CCaMKs) [19]. Componentes de tipo II son proteínas "sensor-relay", tales como la calmodulina (CaM), que tienen una unión a Ca2 + dominio, pero no presentan una actividad enzimática [20]. Cuando Ca2 + se une, estas proteínas están encendidos para interactuar con proteínas diana respectivos y para alterar su actividad biológica. Otro ejemplo para componentes de tipo II son proteínas sensor de calcio calcineurina B-como (CBLS) de Arabidopsis [21], que interactúan específicamente con una familia de proteínas quinasas designados como CBL-que interactúan las proteínas quinasas (CIPKs) [22]. Un buen ejemplo de un tipo de regulación como es la fosforilación de la K + AKT1 canal a través CIPK23 y sobre regulación de su actividad bajo limitantes K + condiciones -Suministro [23,24].Aumentos inducidos oscuras de Ca2 estroma del cloroplasto + niveles preceden a la

generación de Ca2 + citosólico transitorios en células de hoja de tabaco [25], lo que sugiere que el cloroplasto representa un elemento del Ca2 celular + red y contribuye a la citosólica de Ca2 + de señalización [26-31]. Comúnmente, se ha descrito que la captación de Ca2 + en el cloroplasto se produce en la luz mientras Ca2 + se libera en el citosol en la oscuridad (como revisado en [30]). Además, hay pruebas de que los cloroplastos pueden contribuir a Ca2 + citosólico de señalización a través de la proteína del cloroplasto localizada sensor de calcio (CAS) [, 32-34]. Aunque los mecanismos exactos no se han resuelto, citosólicas Ca2 + señales inducidas por Ca2 + externa no podían ser generados en CAS mutantes knockout [32,35]. Los cambios en el cloroplasto Ca2 + pueden influir en las funciones enzimáticas de las proteínas de unión a Ca2 + en el orgánulo y podrían regular oxygenevolving capacidad del PSII y las propiedades de transferencia de electrones fotosintética y el mecanismo de fotoprotección. Esto plantea la cuestión de cómo se Ca2 + absorbido y liberado de los cloroplastos?2. Organellar Ca2 + dinámica, transportistas y señalizaciónLos cloroplastos son orgánulos de plantas que poseen una alta concentración de Ca2 +. La parte predominante del Ca2 cloroplástica + (~ 15 mM [68]) está unido a las membranas tilacoides carga negativa oa las proteínas de unión a calcio [69] mantenimiento de la libre estroma descansando [Ca2 +] precio tan bajo como 150 nm para evitar la precipitación de fosfatos (Fig. 1A).Desde hace más de 40 años se ha sabido que una absorción dependiente de la luz de Ca2 +

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se produce en los cloroplastos aislados [36,37,70]. Sin embargo, los mecanismos moleculares detrás de este proceso son aún poco conocidos (para ver los últimos comentarios [31,34]). Basado en el trabajo de Kreimer et al. [37,70], la afluencia de Ca2 + está mediada por un portador de tipo Uniport y ligada al transporte fotosintético de electrones a través del potencial de membrana.Además, en 1995 Johnson et al. [71] observó un flujo de Ca2 + en el cloroplasto en el cambio de la luz a la oscuridad (fig. 1B). Este Ca2 + darkstimulated flujo se muestran a pico 20-30 minutos después de la desviación de la luz con una magnitud que es proporcional a la duración previa de exposición a la luz y no fue impedido por la inhibición del flujo de electrones fotosintética con DCMU [25]. Llegaron a la conclusión de que el Ca2 + fue tomado durante la iluminación, secuestrado en el lumen tilacoides o por las proteínas de Ca2 + almacenamiento y liberado de estas tiendas en lugar de importados desde el citosol después de luces-off.Cabe señalar, que las señales específicas de Ca2 + también se pueden observar en el cloroplasto en respuesta a patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) [34,72], así como frío, alto contenido de sal y estímulos hiperosmóticos [34].2.1. La importación de Ca2 + a través de la envoltura del cloroplasto y la membrana tilacoideA pesar de el análisis de señales de Ca2 + en el cloroplasto y su importancia, la identificación de transportadores de Ca2 + en la envoltura del cloroplasto y la membrana

tilacoide sigue siendo un reto sin resolver. Para la importación de Ca2 + a través de la membrana Ca2 + transportistas potencial impulsado [73] de dos posibilidades sobre cloroplasto membrana Ca2 + -ATPasas se han propuesto (fig. 1A). En primer lugar, la autoinhibited Ca2 + -ATPasa AtACA1 fue identificado por Huang et al. en el sobre cloroplasto Arabidopsis pero su mayor abundancia en las raíces, la falta de Ca2 + -ATPasa en la envoltura [39], así como la asignación proteómico de AtACA1 a la membrana ER y el plasma [74,75] cuestionar el papel de AtACA1 en chloroplastidial Ca2 + importación. En segundo lugar, el metal pesado de tipo P ATPasa AtHMA1 fue identificado en la envoltura del cloroplasto por un enfoque proteómico por Ferro et al. [40] y su localización se confirmó por fusión GFP [41]. Sin embargo, los conflictos de los estudios relativos a su transporte de Ca2 + [76] y / o existen iones pesados como Cu2 + y Zn2 + [41,77].La familia del canal mechanosensitive de pequeños (MSL) proteínas de conductancia como exhibe dos miembros en el sobre cloroplasto de Arabidopsis thaliana: MSL2 y MSL3 [44,45]. Se ha demostrado para regular el tamaño de plástidos, Forma [44] y división [78]. Sin embargo, Ca2 + -Permeabilidad sólo puede ser inferida de sus MSCS homólogos bacterianos [79].Además, la AtGLR3.4 receptor de glutamato se localizó en el cloroplasto, así como la membrana plasmática [42]. GLRS pueden formar canales de cationes no selectivos y tienen papeles putativos en Ca2 + señalización [43].

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Curiosamente, GLRS así como los canales cíclicos nucleótidos cerrada (CNGCs) y canales de dos poros (TPCs) se encuentran en las algas verdes, plantas y animales superiores. Esto está en contraste con los canales de Ca2 + de cuatro dominios dependientes de voltaje (VDCCs), receptor transitorio canales potenciales (TRP) y el inositol (1,4,5) receptores -trisphosphate, que están ausentes de las plantas terrestres (revisado en [80] ) pero presente en las algas verdes comoC. reinhardtii [81].La importación de Ca2 + través de la membrana tilacoide ha demostrado ser dependiente de un gradiente de protones transthylakoid iluminación o inducida por ATP [82]. La sobreexpresión y caída de la proteína tilacoide Post-floral-gen específico 1 (PPF1) condujeron a un aumento y disminución de la capacidad de calcio de almacenamiento de células de guarda de Arabidopsis, respectivamente [46]. Además, su expresión en células de hepatoma humano condujo a perfeccionamiento activo corrientes de Ca2 +. Por lo tanto, PPF1 representa un candidato para el transporte de Ca2 + en el lumen de los tilacoides.2.2. Importación de proteínas codificadas nucleares en el cloroplastoSeñales de Ca2 + también regulan la importación de proteínas en el cloroplasto a través del TOC-TIC compleja (translocon de la membrana envolvente exterior / interior de los cloroplastos) (leer más [51]). Se han propuesto TIC20 y TIC110 para la translocación de preproteínas a través de la membrana interna [83,84] y, recientemente, los principales

componentes del complejo TIC20 han sido identificados: TIC56, TIC100, TIC214 y (YCF1) [85]. La importación de proteínas ha demostrado ser afectada por el inhibidor de la CaM Ophiobolin A, así como el calcio A23187 ionóforos e ionomicina [86]. Ca2 + influye en la actividad del canal de TIC110 [83] y TIC32, un compañero de interacción de TIC110, se identificó como una proteína de unión a CaM-in vitro [87]. Curiosamente, la interacción entre TIC32 y TIC110 se inhibe en presencia de NADPH [87] proporcionando un enlace entre Ca2 + de señalización y el estado redox del cloroplasto.2.3. Mitocondrial de Ca2 + importacionesLas mitocondrias pueden secuestrar Ca2 +, así y mitocondrial de Ca 2 + señales no sólo regular la velocidad de la energía mitocondrial (ATP) en los animales [88], pero también son una respuesta al estrés por frío, el estrés hiperosmótico y estímulos mecánicos en las plantas [89]. La búsqueda de proteínas de Ca2 + mitocondrial importación tomó casi 50 años y dio lugar a la identificación del calcio mitocondrial uniporter (MCU) en 2011 [90,91], que se asocia con varias proteínas (MICU1, MICU2, EMRE) en un complejo uniporter [ 92-94]. MCU tiene una highselectivity pero de baja afinidad por Ca2 + [95] y, curiosamente, se inhibe por el rutenio rojo, que se mostró para el influjo de Ca2 + dependiente de la luz en los cloroplastos y [37]. La identificación de Ca2 + mitocondrial transportador en las plantas no se encuentra hasta el momento. Sin embargo, seis homólogos potenciales de MCU se han identificado en A. thaliana, uno de los cuales se

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prevé que ser dirigidos no sólo a las mitocondrias, sino también a los cloroplastos (At5g66650,) [30].3. El impacto de Ca2 + en el metabolismo del cloroplastoLa siguiente sección introducirá la importancia de Ca2 + hacia el metabolismo del cloroplasto y destacado en las reacciones, que están estrechamente vinculados a la fotosíntesis. Estos procesos se ilustran en la Fig. 1A y Tabla 1 resume la función de las proteínas implicadas en lo que respecta a la fotosíntesis, así como su Ca2 + dependencia. Además del equilibrio redox inducido por la luz de una baja de descanso libre de [Ca2 +] (~ 150 nm [71]) es necesaria para la activación de la fijación de carbono fotosintético. Durante la transición de luz a oscuras, grandes flujos de Ca2 + en la delantera estroma a la desactivación de la fijación de carbono (fig. 1B) [25,82]. Es notable que la activación y desactivación de ciertas enzimas están reguladas por la misma molécula de señal.

3.1. Fase oscura de la fotosíntesisLas reacciones independientes de la luz representan el ciclo conocido calvinista Benson-Bassham (CBB) que tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y es la vía principal de la fijación de carbono de las plantas C3 [119]. El ciclo CBB procede en tres etapas principales: carboxilación, de reducción y de regeneración. En la primera etapa, el dióxido de carbono es Fig. 1. la dinámica del calcio y los procesos regulados en el cloroplasto. (A) En presencia de la luz, Ca2 + (círculos de color naranja) es tomado desde el citosol [36-38] y se almacena en el lumen

tilacoides y / o por unión a Ca2 + proteínas. Los candidatos para el transporte a través de la envoltura del cloroplasto y la membrana tilacoide son ACA1, HMA1, GLR3.4, MSL2 / 3 y PPF1, respectivamente [39-46]. Aunque no se ha demostrado la presencia de una leva en el cloroplasto, hubo diferentes proteínas de unión a CaM-potenciales identificados in vitro [47]. CAS puede unirse Ca2 +, así como de la leva y es fosforilada por la unión CaM-quinasa STN8 [, 48-50]. El CaM-dependiente NADK2 [47] proporciona NADP +, que se convierte en NADPH por la fotosíntesis, que a su vez se utiliza en el ciclo de CBB activo. Ca2 + está implicado en la señalización retrógrada a través de CAS, posiblemente mediado por 1O2 de señalización [34] y afecta a la importación de proteínas nucleares codificada en el TOC-TIC complejo [51]. Después de luces-off (B), Ca2 + es liberado de su tienda, lo que aumenta gratuita estroma [Ca2 +] a 2.6 M [52] (subrayado por las flechas naranjas). Esto tiene un efecto inhibidor sobre las enzimas del ciclo de CBB [53-55,]. El posterior aumento en el libre [Ca2 +] cyt indica una exportación de Ca2 + en el citosol a fin de restablecer la libre estroma [Ca2 +]. El papel del calcio en la maquinaria fotosintética y la modulación de la fuerza motriz de protones se representa en (C) para A. thaliana y (D) para C. reinhardtii. Durante el modo de LEF (líneas negras) los electrones se transfieren de agua para formar NADPH a través de PSII, PQ, Cytb6f, PC, PSI, ferredoxina (Fd) y FNR. La cadena de transporte de electrones está acoplado a protón bombeo (negro líneas discontinuas) la construcción de

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un gradiente de protones, que se utiliza por la sintasa de ATP para producir ATP y pueden estar influenciados por el TPK3 canales iónicos [56], PPF1 [46] y KEA3 [ 57,58]. CEF opera sólo alrededor de PSI [59] y es accionado por dos vías distintas, (i) un NDH-dependientes (plantas vasculares) [60,61] o NDA2-dependiente (C. reinhardtii) [62] y (ii) la PGRL1 / vía PGR5 dependientes [63]. Doubleheaded flechas indican la capacidad para formar un supercomplejo proteína en plantas vasculares (Supercomplejo NDH-PSI) [60] y C. reinhardtii (supercomplejo PSI-Cytb6f-PGRL1-ANR1-CAS) [64], respectivamente. Movilidad de LHCII durante las transiciones de estado, así como la posibilidad de FNR asociar con ambas supercomplexes se destaca por las fronteras frustradas. El impacto de calcio se ilustra por los iones de color naranja Ca2 +, que se pueden unir a la membrana tilacoide o proteínas de unión a calcio. Las proteínas de la maquinaria fotosintética que se sabe que se une directamente Ca2 + son PSBO [65], CAS [66] y TPK3 [56]. NDA2 [62] posee EF-manos, sin embargo unión a Ca2 + no se ha demostrado. Las proteínas que se proponen para ser fosforilada en una forma dependiente de calcio en Arabidopsis son PSAN [67], PSAH [67] y NDH-F [61]. En Chlamydomonas se ha observado PSAN y PSAH fosforilación (Bergner et al. 2015, presentado). El calcio se muestra adicionalmente para estimular la actividad TPK3 de una manera positiva y está posiblemente ligada por una sola mano EF-[56]. Los asteriscos indican in vitro

identificados fosforilación dependiente de calcio del PSAN, PSAH y CAS. Por favor referirse al texto de abreviaturas.

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unido a su molécula aceptora ribulosa 1,5-bifosfato (RuBP)

por la enzima ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa-/ oxigenasa (RuBisCO), resultando en la formación de dos (3-PGA) moléculas de 3-fosfoglicerato. En la etapa de reducción 3-PGA es fosforilada

y reducido por el consumo de ATP y

NADPH, productos de la reacción dependiente de la luz de la fotosíntesis, produciendo gliceraldehído 3-fosfato (G3P). Los fosfatos de triosa aquí

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formados se utilizan ya sea en la etapa final de regenerar RuBP o introduzca el almidón o sacarosa ruta de biosíntesis [120]. Para mantener el equilibrio entre esas vías competitivas del flujo metabólico está muy regulada en el nivel de actividad de la enzima y el contenido [121]. El calcio se cree que es importante para la regulación de varias enzimas clave, incluyendo la fructosa 1,6-bisfosfatasa (FBPasa) y sedoheptulosa 1,7-bisfosfatasa (SBPase) del ciclo de las pentosas fosfato reductora. FBPasa cataliza la descomposición de la fructosa 1,6-bisfosfato (F1,6BP) a la fructosa 6-fosfato (F6P) y fosfato inorgánico (Pi). La regulación de esta enzima está influenciada por la interacción de una amplia variedad de factores tales como su sustrato fructosa 1,6-bifosfato, pH del estroma, iones de magnesio, el potencial reductor del sistema de tiorredoxina y los iones de Ca2 + [107122]. La actividad de la FBPasa se divide en dos etapas (histéresis): un proceso de activación lenta acompañada de un cambio estructural y un ritmo acelerado de la catálisis [108,123]. En la transición oscuro-luz de la enzima se activa por el potencial redox del sistema-ferredoxina tiorredoxina (ferredoxina foto-reducción, tiorredoxina reductasa y-ferredoxina tiorredoxina) [54108124]. Cables más luz a una afluencia de Ca2 + desde el citosol al cloroplasto [36,37,125]. Este aumento en cloroplástica Ca2 + probablemente no está afectando la libre estroma [Ca2 +], porque se propone Ca2 + para ser transportados en el lumen tilacoides y / o secuestrados por Ca2 + proteínas unión a [25]. El calcio

ha demostrado tener una función doble en la actividad de la FBPasa. Pre-incubación de la enzima con Ca2 + y F1,6BP ha demostrado tener un efecto positivo hacia su activación [52123126]. Por lo tanto, un estroma baja de descanso libre de [Ca2 +] es importante para permitir la activación de las enzimas del ciclo de CBB. Por otra parte, las altas concentraciones de Ca2 +, que se producen después de la luz a la oscuridad de transición por la liberación de la almacenada Ca2 +, conducen a la desactivación de la FBPasa [55,68,126].SBPase es la segunda enzima clave, que funciona en la intersección entre el ciclo de CBB y la ruta de biosíntesis de almidón. Cataliza la eliminación de un grupo fosfato a partir de sedoheptulosa 1, 7-bisfosfato (S1,7BP) para generar sedoheptulosa 7-fosfato (S7P). El SBPase está regulada de una manera similar a la FBPasa. Oxidado SBPase se activa cuando se reduce por ditiotreitol o tiorredoxina [53] redujo y la catálisis es inhibida a altas concentraciones de Ca2 + [55]. Reduce o nivel de expresión elevada de estas dos enzimas CBB más ha demostrado tener un impacto directo en la fotosíntesis [105,109]. Reducción de SBPase [109] o FBPasa [105] disminución de la capacidad fotosintética y la reducción de crecimiento de la planta de la papa o el tabaco.La otra forma redonda, actividad fotosintética podría aumentarse Cuando se expresa un FBPasa cianobacterias / SBPase en los cloroplastos de tabaco transgénicas [106]. Por lo tanto, la regulación de las enzimas del ciclo CBB través de Ca2 + afectará la capacidad fotosintética.

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Similar a las enzimas del ciclo de CBB, la regulación metabólica dependiente de calcio parece estar presente en las mitocondrias también. Varios deshidrogenasas mitocondriales tales como la piruvato deshidrogenasa (PDH) [127], NADH-isocitrato deshidrogenasa (ICDH) [128], y a-cetoglutarato deshidrogenasa (a-KGDH) [129], pueden ser activados por el aumento de concentración de Ca2 + en el orgánulo.Estudios recientes mostraron que la actividad de la transcetolasa cloroplasto (TKL), una enzima implicada tanto en el ciclo de CBB, así como la vía oxidativa de las pentosas fosfato (OPP) [110], es modulada por la fosforilación dependiente de calcio de una quinasa aún desconocido [ 112]. En la etapa de reducción de la CBB la transcetolasa cataliza la reacción de F6P, S7P y G3P que conduce a la formación de 5phosphate xilulosa (X5P), eritrosa 4-fosfato y ribosa 5- fosfato (R5P) [111]. En el OPP glucosa vía 6-fosfato (G6P) se utiliza para generar NADPH y la TKL cataliza las mismas reacciones que en el ciclo CBB pero en la dirección opuesta. Por lo tanto un control diferenciado de estas dos vías tiene que tener lugar. Rocha et al. TKL identificado como un nuevo objetivo de la fosforilación dependiente de calcio utilizando estromales fracciones de proteína de Arabidopsis y Pisum en un ensayo de fosforilación en presencia del quelante EGTA o Ca2 + [112]. Ellos podrían mostrar más que la fosforilación dependiente de calcio de AtTKL1 se produce en un residuo de serina conservada (Ser428). En presencia de AtTKL1 de calcio al menos 25

mM obtiene fosforilada mientras que la fosforilación está fuertemente disminuida en un mutante en el que el residuo de serina se reemplazó por un residuo de alanina. Mediciones de la actividad de la enzima en estroma pH fisiológico 7,2 (oscuro) y pH 8 (luz) sugieren que el evento de fosforilación dependiente de calcio no es un mecanismo de encendido y apagado, sino más bien un afinarse de distribuir carbonos entre CBB y OPP [112].Además de su función directa en la actividad enzimática o la catálisis Ca2 + es capaz de influir en el metabolismo del carbono de una manera diferente. CP12, una proteína redoxsensitive funcionamiento en la formación de un complejo de proteínas supramolecular junto con fosforribuloquinasa (PRK) y gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) [113], se demostró que era capaz de unirse de calcio [114]. Ensayos de superposición de calcio radiactiva de proteínas del estroma A. thaliana separadas y análisis de espectrometría de masas llevaron a la identificación de CP12 como una nueva proteína de unión a calcio cloroplasto localizada. Se confirmó CP12 de unión a calcio con la proteína recombinante aunque el mecanismo exacto de unión de calcio no se conoce desde CP12 no contiene motivos típicos EF-mano.3.2. El NAD quinasa dependiente de CaM NADK2Uno de los objetivos CaM putativo es un NAD cloroplástico quinasa, que cataliza la fosforilación de NAD + en NADP + en presencia de ATP [118]. Actualmente sólo en datos in vitro sustanciar interacción proteína-proteína entre CAM y el NAD cloroplasto cinasa. Cabe

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destacar que el NADP + se produce en el cloroplasto es la molécula aceptora para el transporte de electrones fotosintética en la reacción dependiente de la luz de la fotosíntesis y proporciona electrones como NADPH para muchos procesos metabólicos [130].A diferencia de otros organismos plantas contienen ambos NAD quinasas CaM-independientes y Cam-dependiente. Arabidopsis contiene tres genes que codifican quinasas NAD: NADK1, NADK2 y NADK3. El NADK2 chloroplastlocalized es el único CaM-quinasa dependiente putativo, mientras que los otros son CaM-independiente y localizada en el citosol [47, 115 116 131 132]. Además, NADK1 y NADK2 solamente fosforilan NAD +, mientras que NADK3 fosforila tanto NAD + NADH y [131]. Hasta la fecha no CaM se encontró que se encuentra en el cloroplasto, pero varias proteínas de leva (CMLs) se prevé que ser dirigidos al cloroplasto. Además, CAM y NADK2 interacción in vitro se demostró por Curien et al. utilizando la espectrometría de masas, CAM vinculante y ensayos de anisotropía de fluorescencia [49La actividad de CaM quinasa dependiente de NAD ha demostrado ser cambiado durante varias condiciones de estrés (por ejemplo, ataque de patógenos, la aclimatación al frío, el estrés oxidativo) [133,134]. Esto podría indicar una modulación de Ca2 + / CaM-dependiente de la relación NAD / NADP, que podría ser importante para la actividad de varias enzimas metabólicas que requieren estos cofactores [133,134].

Supresión de NADK2 en Arabidopsis (FADH2) redujo el contenido de clorofila y dio lugar a plantas sensibles hacia varias tensiones ambientales (por ejemplo, los rayos UVB, de sequía, de choque de calor y salinidad). Y por lo tanto NADK2 parece ser esencial para la biosíntesis de la clorofila y la protección adecuada contra el daño oxidativo [116]. Takahashi et al. investigado el mismo mutante para entender el posible papel de NADK2 en la fotosíntesis. Análisis de fluorescencia de clorofila reveló que en comparación con las plantas de tipo salvaje nadk2 mutantes mostraron disminución de rendimiento cuántico de transporte de electrones (II) y centros de reacción abiertos del fotosistema II (PSII) (Fv '/ Fm'). Sin embargo, ɸ extinción no fotoquímica (NPQ) eramultiplicado por cuatro en el mutante. Llegaron a la conclusión de que en lugar de transducción de energía dentro de los complejos de antena que el transporte de electrones en el centro de reacción se ve afectada y por lo tanto, analizó los posibles efectos en el ciclo de xantofila [117]. El ciclo de xantofila es parte de la reacción NPQ y es importante para la disipación del exceso de energía de la luz por el violaxanthin xantofilas, zeaxantina antheraxanthin y [135]. Cuantificación del contenido de xantofila después de la tratamiento de la luz y la adaptación a la oscuridad mostró que zeaxantina acumuló incluso después de prolongada adaptación a la oscuridad y en la cuenta de este, concluyeron que el contenido NADPH reducido del mutante nadk2 no pudo activar el epoxidasa zeaxantina [117].

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Elevada NADP (H) por las líneas de sobreexpresión NADK2 ya sea en plantas de sombra o de sol mostró efectos pleiotrópicos sobre el metabolismo de la planta. Mientras que la sobreexpresión de NADK2 en Arabidopsis (planta de sombra), sin embargo no tiene ningún efecto visible en el transporte de electrones fotosintética, la sobreexpresión de cloroplástica AtNADK2 del arroz (NK2; planta sol) aumentó la tasa de transporte de electrones fotosintética través PSII (ETR) [136]. En Arabidopsis, por un lado el metabolismo del carbono se cambió debido a la acumulación de los metabolitos del ciclo CBB junto con aumento de la actividad Rubisco. El fue promovido al otro la asimilación de nitrógeno mano se muestra por niveles elevados de los aminoácidos glutamina y glutamato y hasta reguladas nitrato reductasa (NIA) y nitrito reductasa (NIR) genes [137]. En el arroz transgénico (NK2), la sobreexpresión condujo a un aumento de la tolerancia hacia el estrés oxidativo causado por la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) por viológeno de metilo (MV) [130].Los diversos efectos sobre las plantas metabolismo visto ya sea en mutantes NADK2 desmontables o sobreexpresión revelan claramente que la modulación de la NADP + contenido y la relación de NADP / NAD es muy importante para el control adecuado de metabolismo de la planta.4. Ca2 + impacto en mecanismo de transferencia de electrones y fotoprotección fotosintéticaLos organismos fotosintéticos deben aclimatarse a su entorno de luz para optimizar la fotosíntesis y minimizar el daño

foto-oxidativo. En condiciones de poca luz, la energía de excitación se recoge para alimentar el trabajo fotoquímico mediante el mecanismo de transferencia de electrones fotosintética, mientras que a mayor presión de excitación exceso de fotones tienen que ser apagado, además de evitar el daño solar. La participación de Ca2 + en la modulación de estos procesos se ilustra en la Fig. 1C y D y se discuten en la siguiente sección.4.1. El calcio en el fotosistema IICa2 + es bien conocido por ser un componente estructural del fotosistema II (PSII) y esencial para la evolución de oxígeno eficiente. La oxidación de H2O por PSII requiere un clúster de metal que contiene cuatro iones mixtos de manganeso de valencia, un ión de calcio, y cinco ligandos oxo (racimo Mn4CaO5) [98,99,138]. Ligandos de proteínas para el clúster de metal se derivan casi exclusivamente de la PSII psbA proteína del núcleo, con la excepción de que un ligando de manganeso es proporcionada por PSBB [98,99,138]. PSBO, una subunidad PSII extrínseca del complejo de disociación del agua, es, además, capaz de unión al calcio dentro de la proteína PSII complejo [65,99], pero no proporciona ningún ligandos para la unión de calcio o manganeso en el Mn4CaO5 cluster [98,99, 138]. Reversible liberación de Ca2 + puede ser activado a través de la acidificación del PSII que conduce a una inactivación de la evolución de oxígeno [139]. Recuperación de PSII capacidad de evolución de oxígeno por reposición de calcio se suprime mediante la adición de antagonistas del calcio [139], lo que sugiere que la captación

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de Ca2 + en la estructura PSII intacta podría ser mediada a través del canal específico como estructuras. El papel funcional de Ca2 + en fotosintética-oxidación del agua se discute en detalle en otra parte [140,141].4.2. Las funciones versátiles de CASOtra proteína unión a Ca2 +, localizado en la membrana tilacoide, es la proteína sensor de calcio CAS [66]. Este 42 kDa proteína específica de la planta está codificada por un gen de una sola copia, y se conserva en algas, musgos, helechos y plantas con semillas. El musgo Physcomitrella patens representa una excepción, ya que posee tres proteínas estrechamente relacionados CAS [32,142]. CAS inicialmente ha sido identificado en la membrana plasmática de Arabidopsis y ha sido descrito como Ca2 + extracelular sensor. Exhibe una baja afinidad, pero de alta capacidad para unión a Ca2 +, que se produce en la región N-terminal de la proteína [66]. Sin embargo, estudios realizados posteriormente confirmaron la localización a la membrana tilacoide de cloroplasto en Arabidopsis [32,35,100,143] y Chlamydomonas [144, 145]. En la región C-terminal de la proteína, un dominio rodanesa-como se identificó que podrían exhibir función reguladora en lugar de enzimática. Esta hipótesis se basa en la observación de que el residuo de cisteína, que tiene una actividad catalítica potencial, se sustituye por ácido aspártico [32146]. Además, el C-terminal de la proteína contiene un motivo típico para las interacciones con las proteínas 14-3-3 y con proteínas que presentan una (FHA) de

dominio forkhead asociada a [100].Ca2 + de señalización se ha demostrado ser crucial para la regulación de la abertura estomática en A. thaliana, como el cierre de los estomas es inducida por un aumento en el Ca2 + externa concentración [147-149]. En la misma línea, los estudios anteriores utilizando antisentido cas o cas líneas pérdida de función confirmaron un papel de CAS en el cierre de los estomas al aplicar externa de Ca2 + [32,66]. Por lo general, el cierre de los estomas a través de un aumento de la concentración externa de Ca2 + se acompaña de elevaciones transitorias y repetitivas en [Ca2 +] cyt [148]. Sin embargo, tales Ca2 + citosólico transitorios no fueron detectables en las cepas mutantes, lo que indica un papel de chloroplastlocalized CAS para la regulación / generación de señales citoplasmáticas de Ca2 + [32]. Por lo tanto, la función CAS es crucial para la regulación de los estomas adecuada en respuesta a las elevaciones de Ca2 + externa a través de la modulación de Ca2 + citoplasmático dinámica [32,35]. De esta manera, el CAS está estrechamente implicada en la regulación de la disponibilidad de dióxido de carbono y por tanto, indirectamente implicado en la modulación del equilibrio redox de la estroma del cloroplasto. En consecuencia, CAS desmontables plantas de Arabidopsis también demostraron poseer una tasa de asimilación de CO2 inferior, probablemente debido a la transferencia de electrones fotosintética menos eficiente [150]. Por otra parte, Ca2 + y CAS parecen funcionar en eficiente de-etiolación en A.

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thaliana plántulas etioladas [48]. La colonización de la col china por Piriformospora indica promovido expresión CAS, correlacionando con un retraso de la disminución provocada por la sequía de la eficiencia y la degradación de los cloroplastos [151] fotosintética. Estos datos sugieren que en las plantas vasculares CAS también está involucrado en la regulación de la eficiencia fotosintética, como se ha demostrado para C. reinhardtii también (véase más adelante). De acuerdo con las funciones de fotosíntesis relacionados, expresión CAS es upregulated bajo condiciones de alta luz en las plantas vasculares y Chlamydomonas [33100152] y potencialmente fosforilada a través del cloroplasto cinasa STN8 / STL1 [100]. En Arabidopsis, STN8 es necesaria para la fosforilación de proteínas del núcleo PSII [50,101]. Curiosamente, un ensayo in vitro de unión a proteínas CAM había identificado STN8 y CAS como posibles objetivos, lo que sugiere que un Ca2 + -dependiente manera común de regulación puede existir para ambas proteínas [49]. De esta manera, STN8 podría estar implicado en la fosforilación de proteínas Ca2 + -dependiente en el cloroplasto como se ha descrito recientemente para Arabidopsis [67]. En particular y de conformidad, CAS ha sido identificado como un sustrato de fosforilación dependiente de Ca2 + de proteínas [67]. En este sentido, es interesante que peptidasas ATPdependent Q1 / FTSH5 y VAR2 / FTSH2 han sido identificados como objetivos de Ca2 + -dependiente de la fosforilación [67]. Como estas proteasas se han implicado en la degradación de foto-dañada subunidades PSII

[102], estos datos proporcionan otro enlace a la quinasa STN8.Además de la regulación de los estomas, CAS está implicado en la activación de la señalización inmune planta en A. thaliana [34], que apunta a una función de Ca2 + en la señalización de cloroplasto y la regulación de la expresión génica nuclear retrógrada. Una conclusión similar se obtuvo para las plantas desmontables CAS, donde se redujeron las cantidades de transcripciones de genes fotosintéticos [150]. Se ha propuesto que la señalización retrógrada CAS-dependiente está mediada por 1O2 de señalización, ya que los genes que responden a 1O2 también se vieron afectadas en un tratado con PAMP CAS knockout mutante [34]. En particular, la ausencia de señales CAS Ca2 + estromal alterada, lo que sugiere que CAS es crucial para Ca2 + transitorios dentro del cloroplasto también [34]. En Chlamydomonas, la expresión inducida por la luz de las nucleares codificada-Light cosecha Complejo Relacionada con el Estrés 3 (LHCSR3) se regula a través del tilacoide CAS proteína de membrana y Ca2 +, según lo revelado por la investigación de CAS cepas desmontables mutantes y experimentos de rescate de calcio [33 ]. Selección de una biblioteca de 20.000 inserción Chlamydomonas mutantes resultó en el descubrimiento de un nocaut en el mutante CAS que fue incapaz de crecer a CO2 del ambiente, lo que sugiere un posible papel de la CAS en CO2 mecanismo para concentrarse. Sin embargo, el fenotipo de CO2 de este mutante no pudo ser rescatado con CAS-etiquetados epítopo de hemaglutinina HA [153], lo que

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implica que más trabajo es necesario para establecer un vínculo entre CAS y CO2 mecanismo para concentrarse. Notablemente, LHCSR3 expresión de la proteína también fue reprimida por la adición del antagonista W7 CaM o el activador mastoparán Gprotein en las células de tipo salvaje [33]. Además se demostró que el antagonista W7 bloques también transcripción de los genes lhcsr3 [154]. Por lo tanto, lo que hace otro ejemplo, donde los cambios en la expresión de CAS alteran la regulación de la expresión génica nuclear.En las algas, LHCSR3 es necesario para la disipación térmica dependiente de la energía (QE) de exceso de energía de la luz absorbida [155]. qE es un constituyente de NPQ y necesarios para la fotoprotección eficaz. En las plantas vasculares, el RSP proteína PSII es esencial para qE [156], mientras que las patenas musgo P. utiliza ambos tipos de proteínas reguladoras que operan qE [157]. P. patens posee tres genes cas, que fueron encontrados a ser regulado en la ausencia de protones Gradiente Reglamento Como 1 (PGRL1) [142]. PGRL1 fue descubierto en Arabidopsis [158] como un componente novedoso para la Protón Gradiente Reglamento 5 (PGR5) / vía flujo cíclico de electrones PGRL1 dependiente [63] que operan en las membranas tilacoides. El requisito de PGRL1 para el flujo de electrones fotosintética cíclica eficiente (CEF) ha sido también establecido para Chlamydomonas y Physcomitrella [142,159-161]. Las interacciones proteína-proteína entre CAS y PGRL1 se ha demostrado in vivo de las

proteínas Chlamydomonas [145], lo que sugiere un vínculo entre el CAS y CEF.4.3. El calcio en el flujo de electrones lineal y cíclicoAdemás el flujo de electrones fotosintética lineal (LEF), que proporcionaATP y NADPH, CEF ofrece, además, requiere ATP para Fijación de CO2 [162]. CEF también es importante para evitar la sobre-reducción del lado aceptor de PSI en condiciones ambientales de estrés y está implicado en re-ajuste del equilibrio ATP [163-166]. En las plantas de microalgas y vasculares, CEF está impulsado por dos vías distintas, (i) el NAD (P) H deshidrogenasa (NDH) -dependiente y / o (ii) PGRL1 / vía PGR5related [59,63,159,160,167]. Por ambas vías, supercomplexes de proteínas se han descrito (Fig. 1C y D). Un supercomplejo NDH-PSI ha sido identificado en Arabidopsis [60], mientras que para C. reinhardtii, Iwai et al. [64] aisló un supercomplejo proteína bajo condiciones de estado 2, integrado por PSI-LHCI, LHCII, el citocromo f compleja, ferredoxina (Fd) oxidorreductasa b6 / -NADPH (FNR), y PGRL1. Tal CEF-supercomplejo se ha aislado de forma independiente a partir de células bajo anoxia y encontrado para ser asociado con el CAS y anaeróbico Respuesta 1 (ANR1) [168]. Como se mencionó anteriormente, las interacciones entre CAS y PGRL1, sino también entre CAS y ANR1 y ANR1 con PGRL1 se mostraron en vivo [168]. En consonancia, desmontables de CAS y expresión ANR1 por la expresión de microARN artificial en C. reinhardtii causó una fuerte inhibición de la CEF bajo

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anoxia [168]. Es importante destacar que, CEF podría ser parcialmente rescatado por un aumento en la concentración de Ca2 + extracelular, concluyendo que CEF es dependiente de Ca2 + [168]. Estos datos establecen una regulación dependiente de Ca2 + de CEF a través de la función combinada de ANR1, CAS, y PGRL1, asociados entre sí en un complejo multiproteico. Por otra parte, estos resultados implican que CAS y Ca2 + son factores importantes en la modulación de qE y CEF. CEF y qE están interconectados como CEF participa en la acidificación del lumen tilacoides, que se requiere para una eficiente qE. Hace poco esta fuerte interdependencia se ha demostrado experimentalmente que el nocaut simultánea de LHCSR3 y PGRL1 tenido, en comparación con los nocauts individuales, un fuerte fenotipo aditivo en C. reinhardtii [142]. Participación de Ca2 + en la regulación de ambos componentes pone calcio en un papel primordial en la regulación de los mecanismos fotoprotectores sino también para integrar los cambios en el metabolismo del cloroplasto y / o respuestas a otras señales ambientales en la regulación de las funciones de fotosíntesis.Además de la PGRL1 / PGR5-dependiente, como se indicó anteriormente, existe una vía independiente CEF. Del trabajo en Arabidopsis se hizo evidente, que ambas vías CEF son esenciales para la fotosíntesis como mutantes defecto en ambas vías poseían fenotipos fuertes significativos en comparación con vía mutantes individuales [59]. El complejo NDH en formas de Arabidopsis junto con PSI una supercomplejo NDH-PSI que

avanza la función in vivo del complejo NDH [60]. Otra modulación de la actividad NDH se ha demostrado que se producen a través de la fosforilación de la subunidad complejo NDH-F [61]. Se demostró además que la cantidad de fosforilación estrechamente correlacionada con la actividad del complejo NDH [61]. La cantidad de NDH-F fosforilación, por otro lado, se correlacionó positivamente con la presencia de Ca2 + [61], lo que indica que una quinasa dependiente de Ca2 + es probable responsable de NDH-F fosforilación y la modulación de la actividad. En C. reinhardtii, la reducción de la nonphotochemical (PQ) piscina plastoquinona no implica el complejo de NDH-1, que no se encuentra en el cloroplasto de algas, pero en lugar de una deshidrogenasa NADH tipo II llamado NDA2 [62,103,104] funciona como un PQ-reductasa . Sorprendentemente, NDA2 posee dos EF-manos, apuntando a Ca2 + unión a capacidad y lo que sugiere que la actividad NDA2 también puede ser modulada a través de Ca2 +. Esto revelaría que ambos CEFpathways en Chlamydomonas son regulados por Ca2 +.PSI tiene una función central en el CEF, sino también en LEF. Dos subunidades PSI, PSAN y PSAH, se han descrito recientemente para ser fosforilados en una forma dependiente de calcio [67]. Este razonamiento se basa en ensayos in vitro; Sin embargo, la fosforilación no pudo ser confirmada por espectrometría de masas. PSAH junto con PSAL y PSAO se requiere para el atraque de fosforilados Complejo Luz-cosecha II (LHCII), que se ha revelado a

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través de experimentos de entrecruzamiento y la interferencia de ARN se acerca [97169170]. De acuerdo, las plantas de Arabidopsis que carecen de PSAH o PSAL están bloqueados en el estado 1 [97], mientras que las plantas que carecen PSAO se reducen en un 50% en las transiciones de estado [170]. La estructura cristalina PSI implica que PSAN está interactuando con LHCA2 / LHCA3 sugiere un papel en su estabilización [96]. Por otra parte, PSAN juega un papel menor en la unión eficaz de plastocianina (PC) de la ISP [171,172]. El hecho de que PSAH y PSAN interactúan con las proteínas de la antena podría indicar que su Ca2 + -dependiente de la fosforilación modula la energía de excitación hacia el centro de reacción. La fosforilación de PSAN luminal podría alterar la unión de plastocianina carga negativa a la ISP a través de repulsión de carga, sino que también podría ayudar a orientar el dominio N-terminal de carga positiva de PSAF que es crucial para la unión eficaz de plastocianina a PSI [172]. También será necesario seguir trabajando para abordar si de hecho existe un luminal Ca2 + -dependiente de proteína quinasa, que es actualmente desconocido. Otra interconexión entre PSI y Ca2 + dependiente de la regulación es la biosíntesis de NADP +, el aceptor final de electrones de este complejo. Como se ha indicado anteriormente, NADP +, se genera a partir de NAD + a través de NADK2 que es potencialmente regulada a través de una CaM aún no identificado [118]. Sin embargo, el agotamiento de ENKD hace cumplir NPQ [117], lo que indica que la regulación de lado aceptor PSI a través de la

disponibilidad de NADP + y evaluaciones ENKD en fotoprotección, que es de por sí ya estrechamente ligado a Ca2 + -dependiente regulación.4.4. Vincula Ca2 + TPK3 a la acidificación de los tilacoides lumenRecientemente otros iones tales como potasio entraron en el foco como AtTPK3, un canal de potasio de dos poros, y AtKEA3, un K + / H + intercambiador, participar en la modulación de la fuerza motriz de protones (Fig. 1C) [56-58,]. Ambas proteínas se localizan en la membrana tilacoide. Probables funciones KEA3 en K + / H + antiport, impulsando así a la captación de K + en el lumen de los tilacoides, particularmente bajo condiciones en donde existe una gran fuerza motriz de protones que faciliten el transporte de K + en el lumen. Por otro lado, AtTPK3 ha sido descrito como un canal de potasio de dos poros que conducir K + transporte fuera del lumen en el estroma a lo largo del gradiente de potencial eléctrico que se genera a través de la transferencia de electrones fotosintética activa. Abajo-regulación de la expresión tpk3 está dando lugar a una disminución de la capacidad para la construcción de un ΔpH. Al mismo tiempo tpk3 plantas desmontables presentan un mayor potencial eléctrico a la luz que en el tipo silvestre [56]. Por lo tanto Carraretto et al. [56] llegó a la conclusión de que se requiere la mediada por TPK3 salida de K + desde el lumen para la regulación del potencial eléctrico transmembrana y para la mejora del gradiente de pH. Estos datos también sugieren que TPK3 y KEA3 están bien regulados diferencialmente y / o poseen diferentes capacidades

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para el transporte de potasio como el fenotipo tpk3 se registró en la presencia de KEA3 funcional, presumiblemente. Aquí es importante tener en cuenta que la regulación de AtTPK3 es dependiente de Ca2 + [56]. En ausencia de Ca2 + el canal no está activo. Ahora es tentador especular que Ca2 + -dependiente de regulación de CEF y AtTPK3 va de la mano y media en la acidificación apropiado de la luz que permite el control de fotosíntesis adecuada y fotoprotección. Para más conclusiones, Ca2 + -dependence de la actividad del canal AtTPK3 y regulación del CEF necesario determinar in vivo. Aquí tiene que ser dicho, que Ca2 + -dependiente de la regulación CEF través de la vía PGRL1 / PGR5 dependiente queda demostrado en las plantas vasculares, aunque todos los jugadores incluyendo CAS, PGRL1 y PGR5 también existe. Sin embargo, Ca2 + -dependiente de regulación de CEF a través de la NAD (P) H deshidrogenasa (NDH) -dependiente CEF ya quedó demostrado (véase más arriba, [61]). Por otra parte, las propiedades reguladoras y en las tasas de transporte de potasio vivo de KEA3 y TPK3 deben determinarse para entender su impacto y su papel en la regulación de la transferencia de electrones fotosintética y fotoprotección. Notablemente Ca2 + se ha implicado en Ca2 + cerrada la conmutación entre acoplamiento de energía gradiente de protones localizada y deslocalizado [173174]. El concepto de dominios de protones localizados se han despertado controversia en la literatura [175] y una reflexión detallada está más allá del alcance de esta revisión. Sin

embargo, algunos de los efectos descritos de calcio y potasio [173174] sobre la formación de ATP debe ser re-visitó a la luz de TPK3 y KEA3. Además, la función de PPF1 que podrían transportar Ca2 + en el lumen de los tilacoides a expensas de protones debe ser considerado y más explorado, ya que esto también contribuirá a la modulación de la fuerza motriz de protones.5. ConclusionesA partir de la importación dependiente de la luz del Ca2 + en el cloroplasto y Ca2 estromal estimulada oscuro + flujo, se demostró que el Ca2 + está estrechamente relacionada con la fotosíntesis (Fig. 1). La función reguladora del Ca2 + incluye procesos como el ciclo de CBB, que se alimenta de la fotosíntesis, así como proporcionar NADP + como aceptor terminal de electrones para la fotosíntesis. Pero lo más destacable es el papel fundamental de Ca2 + en el flujo de electrones cíclico y lineal. Aunque los mecanismos moleculares no se conocen, el impacto de Ca2 + y Ca2 + - proteínas de unión como CAS en CEF y foto-protector NPQ, indica una interacción entre la acidificación del lumen tilacoides y la regulación del CEF por Ca2 +, que podría ser descrito en un modelo preliminar.Durante la fotosíntesis (Fig. 1C y D), un gradiente de pH a través de la membrana tilacoide es construir hasta que no sólo se utiliza para la producción de ATP, sino también para la importación de Ca2 + en el lumen. El Ca2 + podría ser almacenado mediante la unión a proteínas o la membrana tilacoide, pero probablemente también regula CEF través de CAS y PGRL1 en el PGRL1 /-

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PGR5 dependen de la vía o Ca2 + -dependiente de la fosforilación de NDH-F en el NDHdependent CEF. Además se necesita para la mejora TPK3 dependiente de ΔpH. Un alto acidificación no sólo podría conducir a la liberación de Ca2 + de PSII, sino también de la membrana tilacoide o Ca2 + proteínas -vinculante. Esto podría aumentar la concentración de Ca2 + libre en el lumen. Exportación de Ca2 + desde el lumen a lo largo del gradiente electroquímico, según lo sugerido por TPK3 K + dependiente de las exportaciones, por un canal hasta ahora no caracterizado contribuiría aún más a la regulación de ΔpH y ΔΨ y podría participar en el control de los mecanismos fotoprotectores tales como la regulación de la expresión de LHCSR3.Para una mayor exploración, la medición de los flujos de Ca2 + a través de la membrana tilacoide en dependencia de las condiciones que favorecen la LEF y CEF sería necesaria para entender el papel regulador de Ca2 + en la transferencia de electrones fotosintética. Además, la identificación y caracterización de Ca2 + transportistas y levas o CMLs chloroplastidial serían ampliar la comprensión de estos procesos.

RESUMEN

La comprensión de calcio como un segundo mensajero en las plantas ha estado creciendo intensamente durante las últimas décadas. Recientemente, se ha prestado atención a los orgánulos, especialmente el cloroplasto, pero centrado en la estromal Ca2 + transitorios en respuesta a las tensiones ambientales. Aquí vamos a ampliar este

punto de vista y discutir el papel del Ca2 + en la fotosíntesis. Además nos ocupamos de cómo Ca2 + se entrega al estroma del cloroplasto y tilacoides. De este modo, la nueva luz se derramó en la regulación del flujo de electrones fotosintética y dependiente de la luz el metabolismo por la interacción de Ca2 +, la acidificación tilacoide y el estado redox. Este artículo es parte de un especialEmisión titulado: biogénesis del cloroplasto.