Thioredoxin verbindet Redox mit der Regulation grundlegender Prozesse in Pflanzenmitochondrien

Mitochondrien enthalten Thioredoxin (Trx), ein regulatorisches Disulfidprotein, und ein assoziiertes Flavoenzym, NADP/Trx-Reduktase, das eine Verbindung zu NADPH in dem Organell herstellt. Im Gegensatz zu tierischen und Hefegenossen ist die Funktion von Trx in Pflanzenmitochondrien weitgehend unbekannt. Dementsprechend haben wir kürzlich entwickelte proteomische Ansätze angewandt, um lösliche Trx-gebundene Proteine in Mitochondrien, die aus photosynthetischen (Erbsen- und Spinatblättern) und heterotrophen (Kartoffelknollen) Quellen isoliert wurden, zu identifizieren. Die Anwendung der mitochondrialen Extrakte auf mutante Trx-Affinitätskolonnen in Verbindung mit Proteomik führte zur Identifizierung von 50 potenziellen Trx-gebundenen Proteinen, die in 12 Prozessen funktional sind: Photorespiration, Zitronensäurezyklus und assoziierte Reaktionen, Lipidstoffwechsel, Elektronentransport, ATP-Synthese/-transformation, Membrantransport, Translation, Proteinassemblierung/-faltung, Stickstoffstoffwechsel, Schwefelstoffwechsel, Hormonsynthese und stressbezogene Reaktionen. Fast alle diese Ziele wurden auch durch ein fluoreszierendes Gel-Elektrophorese-Verfahren identifiziert, bei dem die Reduktion durch Trx direkt beobachtet werden kann. In einigen Fällen hingen die von Trx angesprochenen Prozesse von der Quelle der Mitochondrien ab. Die Ergebnisse unterstützen die Ansicht, dass Trx als Sensor fungiert und es Mitochondrien ermöglicht, Schlüsselreaktionen in Übereinstimmung mit dem vorherrschenden Redoxzustand anzupassen. Diese und frühere Ergebnisse deuten weiter darauf hin, dass Trx, indem es Redox in Chloroplasten und Mitochondrien wahrnimmt, es den beiden Organellen in photosynthetischem Gewebe ermöglicht, durch ein Netzwerk transportierbarer Metaboliten wie Dihydroxyacetonphosphat, Malat und Glykolat zu kommunizieren. Auf diese Weise kann Licht, das durch Chlorophyll absorbiert und verarbeitet wird, wahrgenommen werden und bei der Regulierung grundlegender mitochondrialer Prozesse ähnlich wie in Chloroplasten fungieren.