线粒体蛋白转运的研究进展.doc

线粒体蛋白转运的研究进展 重庆医学2006年1O月第35卷第19期 ? 综述? 线粒体蛋白转运的研究进展 高文祥,陈建综述,高钰琪△审校 (第三军医大学高原军事医学系病理生理和高原生理教研室,重庆400038) 关键词:线粒体;蛋白转运;转位分子 中图分类号:Q244文献标识码:A文章编号:167卜8348(2006)19—1795—04 线粒体内有1000～2000种蛋白质,其中绝大部分由核 DNA编码,经胞质核糖体合成后转运进入线粒体.线粒体蛋 白质跨线粒体内,外膜转运是维持线粒体功能的重要环节.近 年来的研究表明,在线粒体外膜和内膜上存在一系列的蛋白复 合物(称为转位分子).它们具有蛋白通道的功能,能够识别目 标蛋白并消耗ATP产能或利用线粒体膜电位(AXIr)完成蛋白 跨膜转运.本文综述了近年来有关转位分子介导的线粒体蛋 白转运的研究进展. 1转位分子 线粒体蛋白转运由线粒体膜上的转位分子(translocators, 又称为translocase~或translocons)介导,包括外膜TOM (translocaseofoutermitochondrialmembrane,T0M)复合物 和SAM复合物,内膜TIM23(translocaseofinnermitochondri— almembrane,TIM)复合物,TIM22复合物和OXA1复合物. 在线粒体蛋白转运过程中,转位分子主要起3种作用:(1)作为 受体识别靶蛋白和/或线粒体内的分选信号(intramitochondri— alsortingsigna1);(2)形成蛋白传导通道(protein—conducting channe1),以供非折叠构象的前体蛋白跨膜转运;(3)提供多肽 链移动的转位驱动力. 1.1TOM复合物TOM复合物位于线粒体外膜,包括核心 亚基Tom40,Tom22,Tom5,Tom6和Tom7,以及外周亚基 Tom20和Tom70.完整的TOM复合物由Tom40形成2～3 个直径约20nm的孔道,作为蛋白转运的通道,并将底物蛋白 主动分选至线粒体内的目标位点.1].Tom20和Tom70是蛋 白受体,分别识别蛋白前序列(presequence)和非折叠的成熟前 蛋白,以及成熟蛋白或大的疏水性前体蛋白.Tom22的胞质 功能区富含酸性氨基酸残基,可以识别前序列碱性氨基酸残 基,对Tom20的功能起补充作用.近来研究发现,Tom20和 Tom22胞质功能域还具有分子伴娘样活性,可以维持底物前 蛋白可转运的非折叠状态,并防止它们在线粒体表面聚集j. 而Tom5,Tom6和Tom7可以维持TOM复合物稳定性_l, Tom22和Tom5将受体与Tom40通道连接起来. 1.2TIM23复合物TIM23复合物介导含有前序列(prese— quence)的蛋白通过线粒体内膜.TIM23复合物包括2个膜内 在蛋白(integralmembraneprotein)Tim23,Tm17,Tim21L和 Tim50j,1个外围膜蛋白(peripheralmembraneprotein) Tim44,以及基质内可溶性蛋白SsclP和YgelP(MgelP). Tim50对于含有前序列的前体蛋白转运进入线粒体内膜是必 需白勺_.Tim23可以形成蛋白转运通道,当△存在时,前序 列触发Tim23二聚体解聚,导致Tim23通道开放Timl7的 *基金项目:国家自然科学基金资助项目 通讯作者 1795 序列与Tim23相似性,可能也可以构成孑L道.Tim44,SsclP和 YgelP形成驱动跨内膜转位的原动力(motor).SsclP是一个 线粒体热休克蛋白70(mitochondrialhotshockprotein70, mHsp70),YgelP是SsclP的核苷酸交换因子.2分子的 SsclP以核苷酸依赖的方式通过Tim44结合于TIM23,并以双 手交替(hand—over-hand)的方式与从TIM23通道出来的非折 叠状态的线粒体前体蛋白结合. 1.3TIM22复合物TIM22复合物协助插入多种不含前序 列的内膜蛋白,包括代谢产物载体蛋白(metabolitecarrierpro— tein)家族和一些Tim蛋白.TIM22复合物至少由Timl8, Tim22和Tim54等3个内膜蛋白组成.TIm22形成直径约为 16nm的孑L道,Timl8和Tim54可以使TIM22复合物保持稳 定].TIM22复合物的功能发挥需要与膜间隙(intermemn— branespace,IMS)内的小Tim蛋白协同作用,包括Tim8, Tim9,Timl0,Timl2和Tim13.这些小Tim蛋白可以形成3 个异寡聚复合物:IMS内的Tim