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Translocators in mitochondrial membrane

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Translocators in Mitochondrial Membrane

미토콘드리아 막에는 약 1500여 종의 precursor protein을 각 subcompartment로 보내는 여러 translocator 복합체가 존재한다.

Fig 12-48. (A) 미토콘드리아 막의 translocator 복합체들. TIM23과 TIM22 복합체의 import channel 구성 단백질은 구조적으로 유사하며 공통된 진화적 기원을 시사한다. Matrix 쪽에서 TIM23 복합체는 import ATPase 역할을 하는 mitochondrial hsp70을 포함하는 복합체와 결합되어 있다. (B) 각 단백질이 서로 다른 복합체를 통해 최종 목적지에 도달하는 경로.1

TOM complex (Translocator of the Outer Membrane)

  • 핵 유전자로 암호화된 모든 미토콘드리아 단백질 수입에 필수2
  • Cytosol에서 signal sequence를 인식하고 intermembrane space로 단백질을 수송
  • 알파-나선형 소수성 분절을 가진 단백질만 측면으로 배출 가능 → β-barrel 단백질은 SAM complex로 넘겨짐

TIM complexes (Translocator of the Inner Mitochondrial Membrane)

두 종류의 TIM 복합체가 inner membrane에서 작동한다:

TIM23 complex

  • Matrix 단백질 수송에 사용345
  • N-terminal signal sequence를 인식하여 matrix로 전달2
  • Inner membrane 단백질 삽입에도 사용(측면 방출)
  • Matrix 쪽에 mitochondrial hsp70이 결합되어 있어 단백질을 끌어당김(ATPase)
  • 막전위를 이용해서도 당김

TIM22 complex

  • 대사물질 transporter 등 multipass inner membrane 단백질에 특화6
  • Intermembrane space chaperone의 도움을 받아 TIM22로 안내됨
  • 막전위(membrane potential)를 이용해 단백질이 올바른 위상으로 삽입되도록 함

SAM complex (Sorting and Assembly Machinery)

  • Outer membrane의 β-barrel 단백질 삽입 및 폴딩 담당
  • TOM complex를 통과한 unfolded β-barrel 단백질을 intermembrane space chaperone으로부터 받아 outer membrane에 삽입·폴딩(TOM →SAM 경로)
  • 세균의 BAM complex와 homolog (→ BAM pathway 참조)

OXA complex (Cytochrome Oxidase Activity complex)

  • Inner membrane 단백질 삽입에 사용, matrix 쪽에서만 접근 가능
  • 미토콘드리아 genome으로 암호화되어 matrix에서 번역된 membrane 단백질 삽입
  • 핵 유전자 산물도 TIM23을 통해 먼저 matrix로 수입된 후 OXA를 통해 inner membrane에 삽입되는 경우가 있음

MIM complex (Mitochondrial Import Machinery)

  • Outer membrane에 위치
  • α-helical proteins를 outer membrane에 삽입==
  • 일부 outer membrane 단백질 삽입에 관여

Footnotes

  1. 2023 중간 27번 — mitochondrial protein import의 전반적인 과정을 암기해야함. ↩

  2. 2025 중간 16번 — ② 옳음: TOM/TIM23을 통해 unfolded 상태로 통과. ① 옳음: N-terminal signal sequence는 matrix 내 MPP에 의해 절단됨. ④ 틀림: 미토콘드리아 단백질의 약 99%는 핵 유전자로 암호화됨. ↩ ↩2

  3. 2021 중간 20번 — 세포질에서 미토콘드리아로 단백질 운송 3가지 방법: ①TOM+TIM23(matrix), ②TOM+TIM22(inner membrane carrier), ③MIA pathway(IMS). 복기 불완전. (선지 미복기) ↩

  4. 2021 중간 미상D번 — 미토콘드리아 Matrix 단백질 수입 3단계: 1단계(MTS 인식 → TOM 통과), 2단계(TIM23 통과, 막전위 Δψ 구동), 3단계(mtHsp70 ATP로 완전 수입 후 MPP 절단). 복기 불완전. ↩

  5. 2023 중간 ver2 39번 — 미토콘드리아 matrix 단백질 수입 과정 에너지원 포함 서술: 준비(세포질 Hsp70/ATP) → TOM 통과(무에너지) → TIM23 통과(막전위 Δψ) → mtHsp70 완전 수입(ATP). 복기 완성. ↩

  6. 2021 중간 19번 — 세포질 단백질을 inner mitochondrial membrane과 IMS로 수송하는 방법: TIM23 lateral release(경로A), TIM22 pathway(경로B), MIA pathway(Mia40 disulfide trap으로 IMS에 포획) 서술형. 복기 불완전. (선지 미복기) ↩

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