手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)小程序
官方微信
公眾號(hào)：chem17
掃碼關(guān)注視頻號(hào)
線粒體的蛋白合成能力有限，大量線粒體蛋白在細(xì)胞質(zhì)中合成，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體。這些蛋白質(zhì)在在運(yùn)輸以前，以未折疊的前體形式存在，與之結(jié)合的分子伴娘（屬hsp70家族）保持前體蛋白質(zhì)處于非折疊狀態(tài)。通常前體蛋白N端有一段信號(hào)序列稱(chēng)為導(dǎo)肽、前導(dǎo)肽或轉(zhuǎn)運(yùn)肽（leader sequence、presequence或transit-peptide），完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被信號(hào)肽酶（signal peptidase）切除，就成為成熟蛋白，這種現(xiàn)象就叫做后轉(zhuǎn)譯（posttranslation，圖7-27）。
圖7-27 線粒體蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(yùn) 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002
線粒體前體蛋白信號(hào)序列的特點(diǎn)是：①多位于肽鏈的N端，由大約20個(gè)氨基酸構(gòu)成；②沒(méi)有帶負(fù)電荷的氨基酸，形成一個(gè)兩性α螺旋，帶正電荷的氨基酸殘基和不帶電荷的疏水氨基酸殘基分別位于螺旋的兩側(cè)，現(xiàn)在認(rèn)為這個(gè)螺旋與轉(zhuǎn)位因子的識(shí)別有關(guān)；③對(duì)所牽引的蛋白質(zhì)沒(méi)有特異性要求，非線粒體蛋白連接上此類(lèi)信號(hào)序列，也會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體。此外有些信號(hào)序列位于蛋白質(zhì)內(nèi)部，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后不被切除，還有些信號(hào)序列位于前體蛋白C端，如線粒體的DNA解旋酶 Hmil。
表7-1 線粒體蛋白分選信號(hào)*
| 信號(hào)序列 | 定位 | 轉(zhuǎn)運(yùn)裝置 | 信號(hào)序列位置 |
| 位于N端，富含帶正電荷的和疏水的氨基酸，形成兩性α螺旋，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除。 | 基質(zhì) | TOM TIM23 | |
| 不被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被安插到外膜。 | 外膜 | TOM | |
| 被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被安插到內(nèi)膜。 | 內(nèi)膜 | TOM TIM23 | |
| 含兩個(gè)信號(hào)序列，首先轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，*個(gè)信號(hào)序列被切除，第二個(gè)信號(hào)序列引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)膜或膜間隙。 | 內(nèi)膜 膜間隙 | TOM TIM23 | |
| 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于N端信號(hào)序列，但位于蛋白質(zhì)內(nèi)部。 | 內(nèi)膜 | TOM TIM23 | |
| 為線粒體代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如腺苷轉(zhuǎn)位酶，具有多個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列和停止轉(zhuǎn)移序列，形成多次跨膜蛋白。 | 內(nèi)膜 | TOM TIM22 |
*根據(jù)N. Pfanner and A. Geissler 2001改編
圖7-28 線粒體的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)裝置——TOM和TIM復(fù)合體 引自Joachim Rassow and Nikolaus Pfanner 2000
蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及多種蛋白復(fù)合體，即轉(zhuǎn)位因子（translocator，圖7-28），由兩部分構(gòu)成的：受體和蛋白質(zhì)通過(guò)的孔道。主要包括：①TOM復(fù)合體，負(fù)責(zé)通過(guò)外膜，進(jìn)入膜間隙，在酵母中TOM70負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)部具有信號(hào)序列的蛋白，TOM20負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)N端具有信號(hào)序列的蛋白，這兩種蛋白的功能都相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的SPR受體，在人類(lèi)線粒體中hTom34的功能與TOM70相當(dāng)。TOM復(fù)合體的通道被稱(chēng)為GIP（general import pore），就相當(dāng)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的SEC61復(fù)合體，主要由Tom40構(gòu)成，還包括Tom22， Tom7， Tom6和Tom5；②TIM復(fù)合體，其中TIM23負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，也可將某些蛋白質(zhì)安插在內(nèi)膜；TIM22負(fù)責(zé)將線粒體的代謝物運(yùn)輸?shù)鞍?，?/span>ADP／ATP和磷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白插入內(nèi)膜；③OXA復(fù)合體：負(fù)責(zé)將線粒體自身合成的蛋白質(zhì)插到內(nèi)膜上，同樣也可使經(jīng)由TOM／TIM復(fù)合體進(jìn)入基質(zhì)的蛋白質(zhì)插入內(nèi)膜。
線粒體具有四個(gè)功能區(qū)隔，即外膜、內(nèi)膜、膜間隙、基質(zhì)。進(jìn)入不同部位的蛋白具有不同的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。
進(jìn)入外膜的蛋白具有不被切除的N端信號(hào)序列，其后還有疏水性序列作為停止轉(zhuǎn)移序列，然后蛋白質(zhì)被TOM復(fù)合體安裝到外膜上，如線粒體的各類(lèi)孔蛋白。
進(jìn)入基質(zhì)蛋白質(zhì)可以先通過(guò)TOM復(fù)合體進(jìn)入膜間隙，然后通過(guò)TIM復(fù)合體進(jìn)入基質(zhì)。也可以通過(guò)線粒體內(nèi)、外膜間的接觸點(diǎn)（鼠肝直徑1um線粒體上約115個(gè)接觸點(diǎn)），一步進(jìn)入基質(zhì)，在接觸點(diǎn)上TOM與TIM協(xié)同作用完成蛋白質(zhì)向基質(zhì)的輸入（圖7-29）。
圖7-29 線粒體內(nèi)外膜的接觸點(diǎn)
進(jìn)入線粒體內(nèi)膜和膜間隙的蛋白具有以下幾種情況（圖7-30）：①蛋白N端具有兩個(gè)信序列，首先被運(yùn)送到基質(zhì)，然后N端信號(hào)肽被切除，暴露出導(dǎo)向內(nèi)膜的信號(hào)序列，在OXA的幫助下插入內(nèi)膜。如果第二段信號(hào)序列被內(nèi)膜外表面的異二聚體內(nèi)膜蛋白酶（heterodimeric inner membrane peptidase，Imp1/imp2）切除，則成為膜間隙蛋白。②N端信號(hào)序列的后面有一段疏水序列，扮演停止轉(zhuǎn)移序列的角色，能與TIM23復(fù)合體結(jié)合，當(dāng)進(jìn)入基質(zhì)的信號(hào)序列被切除后，脫離轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體而進(jìn)入內(nèi)膜，如果插入膜中的部分又被酶切除，側(cè)成為定位于膜間隙的蛋白。③線粒體內(nèi)膜上負(fù)責(zé)代謝底物／產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白，如腺苷轉(zhuǎn)位酶是多次跨膜蛋白，其N端沒(méi)有可被切除的信號(hào)序列，但包含3－6個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列，可被TIM22復(fù)合體插到內(nèi)膜上。
圖7-30 蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)膜和膜間隙 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002，（A. 進(jìn)入內(nèi)膜和膜間隙的前體蛋白具有兩個(gè)信號(hào)序列，經(jīng)TOM／TIM23進(jìn)入基質(zhì)后，第二個(gè)信號(hào)序列使蛋白通過(guò)OXA復(fù)合體被安插到內(nèi)膜上；B. 進(jìn)入內(nèi)膜和膜間隙的前體蛋白信號(hào)序列后具有停止轉(zhuǎn)移序列，被TIM23安插在膜上，C. 通過(guò)途徑A、B插入內(nèi)膜的蛋白，被位于內(nèi)膜的蛋白酶加工，成為膜間隙的可溶性蛋白，D. 線粒體代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)器為多次跨膜蛋白，被TIM22安插到內(nèi)膜中）
蛋白質(zhì)的輸入是一個(gè)耗能的過(guò)程，能量的來(lái)源為水解ATP和利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)．能量消耗在線粒體外和進(jìn)入線粒體基質(zhì)兩步上，在線粒體外解除與前體蛋白質(zhì)結(jié)合的分子伴娘，需要通過(guò)水解ATP獲得能量；在通過(guò)TIM復(fù)合體進(jìn)入基質(zhì)時(shí)利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)作為動(dòng)力。雖然目前含不清楚質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)是如何被利用的，但解偶連接如DNP能抑制蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。前體蛋白進(jìn)入線粒體基質(zhì)后，線粒體hsp70一個(gè)接一個(gè)的結(jié)合在蛋白質(zhì)線性分子上，像齒輪一樣將蛋白質(zhì)“鉸進(jìn)（hand over hand）”基質(zhì)，這一過(guò)程也需要消耗ATP。然后線粒體hsp70將蛋白質(zhì)交給hsp60，完成折疊。
葉綠體大約含2000-2500 種蛋白，葉綠體基因組編碼的不足100 種，因此大量的蛋白質(zhì)也是由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中合成，然后定向轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體。
葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理與線粒體的相似。如：通常前體蛋白N端具有信號(hào)序列，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后被信號(hào)肽酶切除，和線粒體一樣發(fā)生后轉(zhuǎn)譯；每一種膜上有特定的轉(zhuǎn)位因子；內(nèi)外膜具有接觸點(diǎn)（contact site）；需要能量，同樣利用ATP和質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)。但是兩者的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體系中除了某些hsp分子相同外，轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體是不同的。葉綠體外膜的轉(zhuǎn)位因子被稱(chēng)為TOC復(fù)合體，內(nèi)膜的轉(zhuǎn)位因子被稱(chēng)為TIC復(fù)合體。
葉綠體有6個(gè)區(qū)隔：①外膜、②膜間隙、③內(nèi)膜、④基質(zhì)、⑤類(lèi)囊體膜、⑥類(lèi)囊體腔。因此葉綠體的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)途徑更復(fù)雜一些。
葉綠體前體蛋白的N端信號(hào)序列長(zhǎng)度為20－150 個(gè)氨基酸殘基，同一植物不同前體蛋白的N端序列不具有同源性，分為3 個(gè)部分：N 端缺乏帶正電荷的氨基酸，以及甘氨酸和脯氨酸；C 端形成兩性β折疊；中間富含羥基化的氨基酸，如絲氨酸和蘇氨酸。
轉(zhuǎn)運(yùn)到葉基質(zhì)的前體蛋白具有典型的N端序列。轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體內(nèi)膜和類(lèi)囊體的前體蛋白含有兩個(gè)N端信號(hào)序列，*個(gè)被切除后，暴露出第二個(gè)信號(hào)序列，將蛋白導(dǎo)向內(nèi)膜或類(lèi)囊體膜（圖7-30）。轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體外膜上的蛋白分兩類(lèi)：一類(lèi)含內(nèi)部信號(hào)序列；另一類(lèi)蛋白的N 端序列被切除后，其后的停止轉(zhuǎn)移序列使蛋白質(zhì)定位在外膜。
圖7-31 葉綠體的蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運(yùn) 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類(lèi)作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
采購(gòu)中心