Roles and maturation of iron–sulfur proteins in plastids

Resumo

Uma razão pela qual o ferro é um elemento essencial para a maioria dos organismos é sua presença em grupos prostéticos como hemes ou aglomerados de ferro-enxofre (Fe-S), que são notavelmente necessários para reações de transferência de elétrons. Como uma organela com metabolismo intenso em plantas, o cloroplasto depende de muitas proteínas Fe-S. Isso inclui aquelas presentes na cadeia de transferência de elétrons, que serão, de fato, essenciais para a maioria dos outros processos metabólicos que ocorrem nos cloroplastos, por exemplo, fixação de carbono, assimilação de nitrogênio e enxofre, vias biossintéticas de pigmentos, aminoácidos e vitaminas, para citar apenas alguns exemplos. A maturação dessas proteínas Fe-S requer uma maquinaria complexa e específica denominada SUF (sulfur mobilisation). O processo de montagem pode ser dividido em duas etapas principais: (1) a montagem de novo em proteínas arcabouço, que requer ATP, átomos de ferro e enxofre, elétrons e, portanto, a ação concertada de várias proteínas que formam complexos de montagem de atuação precoce; e (2) a transferência do aglomerado Fe-S pré-formado para as proteínas cliente, utilizando um conjunto de fatores de maturação de atuação tardia. Maquinarias semelhantes, que compartilham esses princípios básicos, estão presentes no citosol e nas mitocôndrias. Esta revisão concentra-se nos detalhes moleculares atualmente conhecidos sobre a montagem e os papéis das proteínas Fe-S em plastídeos.

Abstract

One reason why iron is an essential element for most organisms is its presence in prosthetic groups such as hemes or iron–sulfur (Fe–S) clusters, which are notably required for electron transfer reactions. As an organelle with an intense metabolism in plants, chloroplast relies on many Fe–S proteins. This includes those present in the electron transfer chain which will be, in fact, essential for most other metabolic processes occurring in chloroplasts, e.g., carbon fixation, nitrogen and sulfur assimilation, pigment, amino acid, and vitamin biosynthetic pathways to cite only a few examples. The maturation of these Fe–S proteins requires a complex and specific machinery named SUF (sulfur mobilisation). The assembly process can be split in two major steps, (1) the de novo assembly on scaffold proteins which requires ATP, iron and sulfur atoms, electrons, and thus the concerted action of several proteins forming early acting assembly complexes, and (2) the transfer of the preformed Fe–S cluster to client proteins using a set of late-acting maturation factors. Similar machineries, having in common these basic principles, are present in the cytosol and in mitochondria. This review focuses on the currently known molecular details concerning the assembly and roles of Fe–S proteins in plastids.