• [ ] 概述：由线粒体编码的蛋白质大约只有13种→执行功能需要上百种蛋白质→核基因编码→细胞质中游离核糖体合成→转运到线粒体

  细胞质中合成的某些线粒体蛋白

  

蛋白质的分选与转运

<aside> 🎯 核糖体的两种状态：

1. 游离核糖体：与细胞骨架结合
2. 附着核糖体：初始阶段自由，后随肽链合成，被转移至核糖体

合成蛋白质去向不同—>转运途径不同

转运信号/蛋白质的定位信号——位于N端（基因编码的序列）—————核糖体类型不同→信号序列不同→运输机制不同

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蛋白质的两种转运方式

细胞质核糖体的蛋白质合成与去向

<aside> 🍅 翻译后转运————游离核糖体

• 游离核糖体上合成的蛋白质必须完全合成并释放到细胞溶胶后才能被转运。

• 合成蛋白质在细胞内的定位由前体蛋白本身具有的导向信号决定，通过肽序列中的信号寻找目的地，是一种基于信号的寻靶。

• [ ] 蛋白质寻靶：蛋白质释放后需要自己找到目的地

  游离核糖体新生肽N端信号系统——靶向信号、靶向序列：由于这一段序列为氨基酸组成的肽，所以又称前导肽、转运肽

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<aside> 🍅 共翻译转运————附着核糖体

• 蛋白质翻译与转运定位同时进行，附着核糖体上合成的蛋白质通过信号序列介导核糖体进入内质网后，经过连续的膜系统分选才能到达最终目的地。

• 共翻译途径又称为分泌途径(secretory pathway)，是基于膜泡的转运(vesicle-based trafficking)

• [ ] 蛋白质分选：通过信号肽，经过连续的膜系统转运分选才能达到最终目的地

  附着核糖体新生肽N端——信号肽、信号序列

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线粒体蛋白的转运

线粒体蛋白质转运器

• 线粒体膜受体主要起转运线粒体蛋白质的作用，所以也称为蛋白质转运器/蛋白质转位体。
• 识别信号的受体（多亚基复合物）
• 信号序列与转运装置

<aside> 🍅 线粒体靶向序列（前导肽、转运肽）的一般特性

• 线粒体靶向序列是新生蛋白质N端一段 20~～50个氨基酸残基的肽链，通常带正荷的碱性氨基酸（特别是精氨酸和赖氨酸）含量较为丰富，其中不含或基本不含带负电的氨基酸，有形成两性a-螺旋的倾向——有利于穿过线粒体的双层膜，靶向序列具有识别的特异性。

<aside> 🍅 线粒体 靶向序列 引导寻靶时具有的6个特点

• 蛋白质需要折叠
• 需要受体
• 从转运通道进入
• 需要能量
• 需要转运肽酶
• 需要分子伴侣的帮助 </aside>

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<aside> 🍅 线粒体基质蛋白的转运————翻译后转运

• 大多在细胞质中游离核糖体上合成，通过基质的靶向序列引导转运而来。
• 蛋白质进入线粒体基质————过程 </aside>

<aside> ⭕ 线粒体膜间隙蛋白的转运————两种转运路径【翻译后转运】

线粒体前体蛋白有两个靶向序列：基质靶向序列+膜间隙靶向序列

• 线粒体膜间间隙蛋白——保护性寻靶
• 线粒体膜间间隙蛋白——非保护性寻靶 </aside>

<aside> ⭕ 线粒体内膜蛋白的转运

线粒体外膜和内膜蛋白的定位只需要-一个引导肽，引导外膜和内膜蛋白穿膜，至于这些蛋白质如何结合在相应的膜上，则是靠引导肽后面的--段疏水的停止转运序列(hydrophobic stop-transfer sequence) 阻止了蛋白质进- -步穿膜， 从而被结合在线粒体的膜上。如果疏水的停止转运序列同外膜转运酶( translocase of the outer membrane, Tom)结合，则成为外膜蛋白，若是同内膜转运酶( translocase of the inter membrane, Tim)结合则是内膜蛋白

• 线粒体内膜蛋白转运的三条路径 </aside>

<aside> ⭕ 线粒体外膜蛋白的转运

外膜含有丰富的孔蛋白（细菌质膜中的B桶结构蛋白)

• TOM复合物不能将此类孔蛋白介导整合到膜的脂双层→孔蛋白以未折叠形式被TOM转运到线粒体膜间隙，与特异性的分子伴侣短暂结合，防止聚集。
• 孔蛋白与外膜的SAM复合物结合，由SAM复合物介导孔蛋白插入外膜并正确折叠。
• 线粒体孔蛋白折叠与细菌孔蛋白折叠的保守途径，为内共生起源提供思考。
• 图 </aside>

线粒体蛋白转运的实验证明

• 通过脉冲示踪研究发现酵母线粒体蛋白合成之后存在于胞质溶胶中，后来胰蛋白酶处理逐渐进入线粒体各部位。通过无细胞系统进一步证明了这一结果。
• 首先在无细胞系统中合成酵母线粒体蛋白，然后将合成的蛋白质分成两组：一组直接加入胰蛋白酶；另一先加入线粒体，然后再用胰蛋白酶处理，发现加入线粒体的一组蛋白质具有抗性，而不加线粒体的一组蛋白质被胰蛋白酶水解。由于胰蛋白酶是水溶性的酶，不能进入线粒体，所以对胰蛋白酶的抗性说明线粒体蛋白进入了线粒体从而得到保护。

转运中间体与导向序列的特异性研究

在线粒体蛋白转运中一个很重要的中间过程是基质导向序列穿过内外膜，如果能够观察到该中间体的存在则是对上述转运机制的最有力的证明。另外，线粒体导向序列对所引导的蛋白质是否具特异性也是人们所关心的问题。通过体外实验证实了穿膜中间体的存在，同时证明导向序列对所引导的蛋白质没有特异性。

首先利用DNA重组技术构建一个嵌合蛋白：N端含有一个长为31个氨基酸的线粒体基质导向序列，其后接上一段间隔序列，长度为51个氨基酸，紧接着是187个氨基酸组成的小鼠二氢叶酸还原酶(DHFR)， 该酶在正常情况下存在于胞质溶胶中。用无细胞系统合成的DHFR嵌合蛋白能够被转运到线粒体基质，然后切除导向序列。

氨甲蝶呤(methotrexate)是DHFR抑制剂，它能够与嵌合的DHFR的活性位点牢牢地结合，使嵌合DHFR锁定在折叠状态而不能进入线粒体基质。但是N端的导向序列能够进入线粒体基质，并被水解，此时的DHFR仍然被结合在膜上形成稳定的转运中间体。

这-实验中，间隔序列的设计非常重要，如果间隔序列较短，譬如说35个氨基酸，就得不到稳定的转运中间体。当除去氨甲蝶呤，嵌合DHFR就能完全进入线粒体基质。这一实验同时证明了转运肽没有特异性。