线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运.docx

线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运一、线粒体蛋白质的转运线粒体的蛋白合成能力有限，大量线粒体蛋白在细胞质中合成，定向转运到线粒体这些蛋白质在在运输以前，以未折叠的前体形式存在，与之结合的分子伴娘(属hsp70家 族)保持前体蛋白质处于非折叠状态通常前体蛋白N端有一段信号序列称为导肽、前导肽或转运肽(leader sequenee、presequenee或transit-peptide)，完成转运后被信号肽酶(signal peptidase)切除，就成为成熟蛋白，这种现象就叫做后转译(posttranslation,图CYTOSOLflECOGNmONMATRIXINSERTION INTO MEMBRANE BY TOM COMPLEXTOMchavcd iwpiictar«c»p( nr protafn imTOM compl&)cmaHire mitochoftdrial prsteintienjisequenefl-PEPTIDASEriM23 camplesnTHrHbrena- eant：bel eaieTRA.NS LOCATION INTO MATRIX7-27)oprocursorproteinRV SIGNALdu(irmitoch[)ndrifll in«mbr8rt« inner mitQchpndrial naira图7-27线粒体蛋白质的定向转运 引自Molecular Biology of the Cell. 4thed.2002线粒体前体蛋白信号序列的特点是：①多位于肽链的N端，由大约20个氨基酸构成; ②没有带负电荷的氨基酸，形成一个两性a螺旋，带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏 水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧，现在认为这个螺旋与转位因子的识别有关；③对所牵引 的蛋白质没有特异性要求，非线粒体蛋白连接上此类信号序列，也会被转运到线粒体。

此外有些信号序列位于蛋白质内部，完成转运后不被切除，还有些信号序列位于前体蛋白C端,如线粒体的DNA解旋酶Hmil表7-1线粒体蛋白分选信号*信号序列定位转运装置位于N端，富含带正电荷的和疏基质TOM水的氨基酸，形成两性a螺旋，TIM23完成转运后被切除不被切除，含疏水性的停止转移外膜TOM序列，被安插到外膜被切除，含疏水性的停止转移序内膜TOM列，被安插到内膜TIM23含两个信号序列，首先转运到基内膜TOM质，第一个信号序列被切除，第膜间TIM23二个信号序列引导蛋白进入内膜隙或膜间隙结构类似于N端信号序列，但位内膜TOM于蛋白质内部TIM23为线粒体代谢物的转运蛋白，如内膜TOM腺苷转位酶，具有多个内部信号TIM22序列和停止转移序列，形成多次跨膜蛋白信号序列位置十卜 + + 叫1 AX/XZXZXZXZVT'C卄 4 十十 | N卯怀皿Diito'L f八」 I.八八.、严匚Mairix-Lar^eting ScrLingn ^zxEZkxzCHzxyOxzxED^xx：* 根据 N. Pfa nn er a nd A. Geissler 2001 改编P rep ratein v caFf^lrig m\ ami no*t«n-ina)PnsftfEwl*" wnltain Ing Inlemsl targelirig InfarmotkHi图7-28线粒体的蛋白转运装置 TOM和TIM复合体 引自Joachim Rassowand Nikolaus Pfanner 2000蛋白质的转运涉及多种蛋白复合体，即转位因子(translocator，图7-28)，由两部分 构成的：受体和蛋白质通过的孔道。

主要包括：①TOM复合体，负责通过外膜，进入膜间 隙，在酵母中TOM70负责转运内部具有信号序列的蛋白，TOM20负责转运N端具有信号 序列的蛋白，这两种蛋白的功能都相当于内质网上的SPR受体，在人类线粒体中hTom34 的功能与TOM70相当TOM复合体的通道被称为GIP (general import pore)，就相当于 内质网上的SEC61复合体，主要由Tom40构成，还包括Tom22, Tom7, Tom6和Tom5； ②TIM复合体，其中TIM23负责将蛋白质转运到基质，也可将某些蛋白质安插在内膜汀IM22 负责将线粒体的代谢物运输蛋白，如ADP / ATP和磷酸的转运蛋白插入内膜；③OXA复合 体：负责将线粒体自身合成的蛋白质插到内膜上，同样也可使经由TOM/TIM复合体进入 基质的蛋白质插入内膜线粒体具有四个功能区隔，即外膜、内膜、膜间隙、基质进入不同部位的蛋白具有 不同的转运途径进入外膜的蛋白具有不被切除的N端信号序列，其后还有疏水性序列作为停止转移序 列，然后蛋白质被TOM复合体安装到外膜上，如线粒体的各类孔蛋白进入基质蛋白质可以先通过TOM复合体进入膜间隙，然后通过TIM复合体进入基质。

也可以通过线粒体内、外膜间的接触点（鼠肝直径1um线粒体上约115个接触点），一步 进入基质，在接触点上TOM与TIM协同作用完成蛋白质向基质的输入（图7-29）图7-29线粒体内外膜的接触点进入线粒体内膜和膜间隙的蛋白具有以下几种情况（图7-30）:①蛋白N端具有两个信序列，首先被运送到基质，然后N端信号肽被切除，暴露出导向内膜的信号序列，在OXA的帮助下插入内膜如果第二段信号序列被内膜外表面的异二聚体内膜蛋白酶(heterodimeric inner membrane peptidase, Imp1/imp2)切除，则成为膜间隙蛋白②N端信号序列的后面有一段疏水序列，扮演停止转移序列的角色，能与TIM23复合体结合, 当进入基质的信号序列被切除后，脱离转位因子复合体而进入内膜，如果插入膜中的部分又 被酶切除，侧成为定位于膜间隙的蛋白③线粒体内膜上负责代谢底物/产物转运的蛋白, 如腺苷转位酶是多次跨膜蛋白，其N端没有可被切除的信号序列，但包含3—6个内部信号ctto&olirinof mamhrAna\inrwr irKifinbfan# p^otoin序列，可被TIM22复合体插到内膜上。

aignfilMcondyQITHl3«<]Ui»CIGaMATRIXMATRIXprot4mQinEarmombriHa spaca p r&W-in(BiMITOCHORORIAI PRO7ElNSmH£SI£OXAT| Wl?3 cd1 nwlw ea mpl wesit fl图7-30蛋白质进入内膜和膜间隙 引自Molecular Biology of the Cell. 4thed. 2002，（A.进入内膜和膜间隙的前体蛋白具有两个信号序列，经TOM /TIM23进入基质后，第二个信号序列使蛋白通过OXA复合体被安插到内膜上；B.进入内膜和膜间隙的前体蛋白信号序列后具有停止转移序列，被TIM23安插在膜上，C.通过途径A、B插入内膜的蛋白，被位于内膜的蛋白酶加工，成为膜间隙的可溶性蛋白，D.线粒体代谢物的转运器为多次跨膜蛋白，被TIM22安插到内膜中）蛋白质的输入是一个耗能的过程，能量的来源为水解ATP和利用质子动力势.能量消 耗粒体外和进入线粒体基质两步上，粒体外解除与前体蛋白质结合的分子伴娘，需 要通过水解ATP获得能量；在通过TIM复合体进入基质时利用质子动力势作为动力。

虽然 目前含不清楚质子动力势是如何被利用的，但解偶连接如DNP能抑制蛋白质的转运前体 蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsp70 —个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一 样将蛋白质"铰进(ha nd over hand)"基质，这一过程也需要消耗ATP然后线粒体hsp70 将蛋白质交给hsp60，完成折叠。