miniatura|Tilacoides (discos e láminas verdes) no interior dun cloroplasto. (A membrana externa do cloroplasto non é verde, aínda que se mostre no debuxo; o verde está nos tilacoides). Un tilacoide (do grego thylakos, saco, bolsa) é un compartimento limitado por membranas situado dentro dos cloroplastos das plantas e algas e no interior das cianobacterias. Os tilacoides son o lugar onde teñen lugar as reaccións da fase luminosa da fotosíntese. Os tilacoides constan dunha membrana tilacoidal que limita un espazo chamado lume tilacoidal. Os tilacoides dos cloroplastos xeralmente forman moreas de discos membranosos, e cada unha destas moreas recibe o nome de granum, que en plural latino é grana, polo que os tilacoides da grana son os que están formando ditas moreas de discos. Cada granum está conectado con outros por outros tilacoides máis longos e non amontoados chamados tilacoides estromáticos, tilacoides intergranais ou lamelas, que interconectan todos os tilacoides formando un espazo intratilacoidal funcional continuo único.
Estrutura do tilacoide miniatura|250px|Estruturas dos tilacoides. miniatura|250px|dereita|Imaxe de microscopio electrónico de transmisión da grana.
Membrana A membrana tilacoidal é o lugar onde se producen as reaccións da fase luminosa da fotosíntese e onde están integrados os pigmentos fotosintéticos e a ATP sintetase tilacoidal. Presenta un patrón alternante de bandas claras e escuras que miden 1 nanómetro cada unha."Photosynthesis" McGraw Hill Encyclopedia of Science and Technology, 10th ed. 2007. Vol. 13 p. 469 A bicapa lipídica do tilacoide comparte certas características distintivas coas membranas procarióticas e coa membrana interna do cloroplasto. Por exemplo, os lípidos ácidos están presentes tanto nas membranas tilacoidais coma nas das cianobacterias e outras bacterias fotosintéticas e están implicados na integridade funcional dos fotosistemas. As membranas tilacoidais das plantas superiores están compostas principalmente de fosfolípidos "photosynthesis."Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica 2006 Ultimate Reference Suite DVD 9 Apr. 2008 e galactolípidos, que están dispostos asimetricamente nas membranas tanto en cada capa da membrana coma entre a capa superior e a inferior. Os lípidos das membranas tilacoidais sintetízanse por unha ruta complexa que implica o intercambio de precursores lipídicos entre o retículo endoplasmático e a membrana interna da envoltura do plasto e transportados desde a membrana interna aos tilacoides por medio de vesículas.
Lume O lume tilacoidal é o espazo interno encerrado pola membrana tilacoidal. Desempeña un papel importante na fotofosforilación durante a fotosíntese, xa que nel se acumulan os protóns bombeados desde o estroma a través da membrana tilacoidal e os producidos pola rotura de moléculas de auga no fotosistema II. Como acumula protóns, durante a fase luminosa ten un pH de 4.
Granum
Un granum (plural grana, en latín, ou gra, en galego) é unha morea de discos tilacoidais. Os cloroplastos poden conter de 10 a 100 destas moreas. Os tilacoides estromáticos, intergranais ou lamelas conectan cada granum cos demais. Os tilacoides da grana poden distinguirse dos estromáticos pola súa diferente composición en proteínas. A grana contribúe a que o cloroplasto teña unha grande área superficial en relación ao seu volume. As diferentes interpretacións que se fixeron das imaxes de tomografía electrónica das membranas tilacoidais orixinaron dous modelos para explicar a estrutura da grana. Ambos os dous postulan que as lamelas intersectan as moreas de tilacoides en láminas paralelas, aínda que se debate se estas láminas intersectan o eixe do granum en planos perpendiculares ou están dispostos formando unha hélice dextroxira.
Formación dos tilacoides Os cloroplastos desenvólvense a partir de proplastos cando a plántula emerxe do chan. A formación dos tilacoides require luz. No embrión da planta e en ausencia de luz, os proplastos desenvólvense en etioplastos, os cales conteñen estruturas membranosas semicristalinas chamadas corpos prolamelares. Cando se expoñen á luz, estes corpos prolamelares transfórmanse en tilacoides. Isto non ocorre nas plántulas que medran na escuridade, que sofren etiolación. Unha baixa exposición á luz pode facer que os tilacoides perdan a súa funcionalidade. Isto causa que os cloroplastos non funcionen e a planta morra.
A formación de tilacoides require a acción da chamada proteína de plástidos inducida por vesículas 1 (vesicle-inducing protein in plastids 1 ou VIPP1). As plantas non poden sobrevivir sen esta proteína, e niveis reducidos de VIPP1 producen plantas cun crecemento máis lento e máis pálidas, e cunha capacidade de fotosintetizar reducida. O VIPP1 requírese para a formación básica da membrana dos tilacoides, pero non para a ensamblaxe dos complexos proteicos da membrana tilacoidal. É unha proteína conservada en todos os organismos que conteñen tilacoides, incluíndo as cianobacterias, algas verdes, como Chlamydomonas, e plantas superiores, como Arabidopsis thaliana.
Illamento e fraccionamento de tilacoides Os tilacoides poden ser purificados das células das plantas utilizando unha combinación de centrifugación diferencial e de gradiente. A rotura dos tilacoides illados, por exemplo por rotura mecánica, libera a fracción luminal. As fraccións de membrana integral e periférica poden extraerse da fracción de membrana restante. O tratamento con carbonato de sodio (Na2CO3) separa as proteínas de membrana periféricas, e o tratamento con deterxentes e solventes orgánicos solubiliza as proteínas integrais de membrana.
Proteínas tilacoidais Os tilacoides conteñen moitas proteínas de membrana periféricas e integrais, e proteínas luminais. Estudos recentes de proteómica de fraccións tilacoidais proporcionaron moitos detalles sobre a composición proteica dos tilacoides. Estes datos foron resumidos en varias bases de datos de proteínas dos plastos que están dispoñibles en liña.- The Plastid Proteome Database – Plastid Protein Database
Segundo estes estudos, o proteoma do tilacoide consta de polo menos 335 proteínas diferentes. Delas, 89 están no lume, 116 son proteínas integrais de membrana, 62 son proteínas periféricas situadas no lado estromático da membrana, e 68 son proteínas periféricas do lado luminal. Ademais, predícese por métodos computacionais a existencia doutras proteínas luminais pouco abundantes. Entre as proteínas tilacoidais con funcións coñecidas, o 42% están implicadas na fotosíntese. O seguinte grupo funcional máis grande de proteínas comprende as proteínas implicadas no transporte ao obxectivo, procesamento e pregamento de proteínas co 11% do total, resposta ao estrés oxidativo (9%) e tradución de proteínas (8%).
Proteínas integrais de membrana A membrana dos tilacoides contén proteínas integrais de membrana que xogan un importante papel na captación de luz (están asociadas ás clorofilas) e nas reaccións luminosas da fotosíntese. Na membrana tilacoidal hai catro complexos proteicos principais: Fotosistemas: fotosistema I e fotosistema II Complexo do citocromo b6f ATP sintase
O fotosistema II está localizado principalmente nos tilacoides da grana, e o fotosistema I e a ATP sintase está localizado principalmente nos tilacoides do estroma e as capas externas da grana. O complexo do citocromo b6f está distribuído por igual en todas as membranas tilacoidais. Debido a esta localización preferente en sitios distintos dos dous fotosistemas, requírense transportadores de electróns móbiles para transportar electróns entre eles. Estes transportadores son a plastoquinona e a plastocianina. As plastoquinonas transportan electróns do fotosistema II ao complexo do citocromo b6f, e a plastocianina transpórtaos desde o complexo do citocromo b6f ao fotosistema I.
Entre todas, estas proteína utilizan a enerxía da luz para facer funcionar a cadea de transporte de electróns cloroplástica que xera un potencial quimiósmótico a través da membrana tilacoidal (necesario para a produción de ATP) e forma NADPH, un produto da reacción redox terminal da cadea. A ATP sintase utiliza o potencial quimioosmótico para producir ATP durante a fotofosforilación.
Fotosistemas
Os fotosistemas son centros redox captadores de luz, cada un dos cales consta dun complexo antena que utiliza clorofilas e pigmentos fotosintéticos accesorios, como carotenoides e ficobiliproteínas para captar luz de varias lonxitudes de onda. Cada complexo antena ten entre 250 e 400 moléculas de pigmentos e a enerxía que absorben é transportada por resonancia a unha clorofila a especializada no centro de reacción de cada fotosistema. Cando unha clorofila a do centro de reacción absorbe enerxía, excítase un electrón, que é transferido a unha molécula aceptora de electróns. O fotosistema I contén un par de moléculas de clorofila a denominadas P700, xa que este centro de reacción absorbe luz cunha lonxitude de onda de 700 nm . O fotosistema II contén a clorofila P680 que absorbe luz de 680 nm (estas lonxitudes de onda corresponden co vermello profundo do espectro visible). O P é a abreviación de pigmento e o número é o pico de absorción específico de luz desa lonxitude de onda en nanómetros que fan as moléculas de clorofila en cada centro de reacción.
Complexo do citocromo b6f
O complexo do citocromo b6f é parte da cadea de transporte electrónico tilacoidal e combina o transporte de electróns co bombeo de protóns cara ao interior do tilacoide. Para este bombeo está asociado con plastoquinonas. Enerxeticamente, está situado entre os dous fotosistemas e transfire electróns do fotosistema II-plastoquinona ao fotosistema I-plastocianina.
ATP sintase
A ATP sintase tilacoidal é unha CF1FO-ATP sintase similar á ATPase mitocondrial. Está integrada na membrana tilacoidal coa porción CF1 asomando ao estroma. Deste modo, a síntese de ATP ten lugar no lado estromático dos tilacoides onde se necesita ATP para as reaccións da fase escura da fotosíntese.
Proteínas do lume tilacoidal A proteína de transporte electrónico plastocianina está presente no lume e transporta electróns entre o complexo proteico do citocromo b6f ao fotosistema I. Polo contrario, as plastoquinonas son liposolubles e móvense dentro da membrana do tilacoide.
O lume dos tilacoides é tamén o sitio da oxidación de auga polo complexo liberador de osíxeno asociado co lado luminal do fotosistema II.
As proteínas luminais poden ser preditas computacionalmente baseándose nos seus sinais de destino (targeting signals). En Arabidopsis, á parte das proteínas luminais preditas que presentan o sinal Tat, o grupo máis grande de proteínas con función coñecida están implicadas o 19% no procesamento de proteínas (proteólise e pregamento), o 18% na fotosíntese, o 11% no metabolismo, e o 7% no transporte de electróns e defensa.
Expresión das proteínas tilacoidais