16.14: 내부 미토콘드리아 막으로의 단백질 수송

핵으로 암호화된 미토콘드리아 전구체는 두 개의 개별 트랜스로콘(TIM22 및 TIM23)이 포함된 다단계 과정을 통해 내막으로 가져옵니다. TIM23은 단백질의 N 말단 부분에 의해 닫혀 있는 양이온 선택성 기공입니다. TIM23의 음전하는 들어오는 전구체에 대한 수용체 역할을 하여 펩타이드 삽입 및 전좌를 위해 양전하를 띤 매트릭스 표적화 서열을 끌어당깁니다.

TIM23 채널을 통한 미토콘드리아 전구체의 수송은 ATP 가수분해 에너지에 의해 구동됩니다. TIM23이 내막의 매트릭스 측면을 향해 TIM44와 결합함에 따라 TIM44 이량체는 TIM23 채널의 입구에 결합하는 매트릭스 Hsp70의 두 분자를 모집합니다. 모터처럼 Hsp70은 TIM23 채널에서 나오는 펩타이드를 끌어당겨 매트릭스로 방출합니다.

TIM22는 또한 전압 활성화 채널이지만 매트릭스 표적화 서열 없이 담체 단백질과 통합 막 단백질을 인식합니다. 담체 단백질은 절단 불가능한 프리서열과 다중 내부 수입 신호를 가지고 있습니다. 이는 단백질의 막횡단 부분에 인접한 캐리어 시그니처라고 불리는 특정 구조적 모티프를 포함하고 있습니다. 전구체를 가져오는 동안 TOM70은 내부 신호를 인식하고 TIM10 및 TIM12는 캐리어 서명을 인식합니다. 그러나 TIM23과 달리 TIM22를 통한 전위는 샤페론이나 ATP 가수분해 에너지의 도움 없이 내막을 가로지르는 전기화학적 전위에 의해 구동됩니다.

세 번째 전위효소인 산화효소 어셈블리(OXA)는 TIM22/23 채널에 의해 전위된 통합 막 단백질을 삽입하는 데 필요합니다. 절단 가능한 N-말단 프리서열을 갖는 단일 스패닝 내부 막 단백질은 정지-전달 경로를 따르고 TIM23 채널에서 차단된 전구체의 측면 방출에 의해 내부 막에 통합됩니다. Oxa 기질에는 절단 가능한 사전 서열을 갖는 다중 범위 내막 단백질과 절단 불가능한 내부 수입 신호를 갖는 여러 담체 단백질이 포함됩니다. 매트릭스로 전이된 전구체는 미토콘드리아 단백질 분류의 보존적 경로에 따라 Oxa 전위효소를 통해 내막으로 다시 삽입됩니다.

내막을 가로지르는 전좌는 내막을 가로지르는 양성자 구배의 전기화학적 전위에 의해 주도됩니다.

내막의 매트릭스 쪽을 향한 음전하는 전구체를 펼치고 양전하를 띤 전염기서열을 끌어당깁니다.

두 개의 별개의 트랜스로케이터인 TIM23 및 TIM22는 내막을 가로질러 별도의 단백질 부류를 운반하는 것을 용이하게 합니다.

TIM22/23 단지를 가로지르는 이동은 보수적 경로와 정지-이동 경로의 두 가지 뚜렷한 경로를 따릅니다.

보수적 경로에서는 N-말단 매트릭스 표적화 염기서열을 포함하는 전구체가 먼저 매트릭스로 수송된 다음 삽입을 위해 내막으로 내보내집니다.

OXA 복합체(OXA complex)라고 하는 막관통 삽입 기계는 전구체와 연결되어 펩타이드 응집을 방지하고 내막으로의 자발적인 통합을 촉진합니다.

stop-transfer pathway에서 추가적인 내부 소수성 서열은 TIM 채널을 가로지르는 전구체의 전좌를 차단합니다.

매트릭스 Hsp70은 TIM 복합체가 단백질을 내막으로 측면으로 방출할 때 단백질의 나머지 N-말단 말단을 끌어당깁니다. 소수성 정지-전달 서열은 막관통 분절(transmembrane segment)을 형성하고 단백질을 내막에 고정하는 기능을 합니다.