BAM Pathway

미토콘드리아의 outer membrane과 그람 음성 세균의 outer membrane은 β-barrel 단백질을 공통적인 메커니즘으로 삽입한다. 이는 미토콘드리아의 내공생 기원을 뒷받침하는 강력한 증거이다.

Fig 12-52. (A) 미토콘드리아 outer membrane의 β-barrel 단백질 삽입. TOM complex를 통과한 후 intermembrane space chaperone이 aggregation을 방지하고, SAM complex가 outer membrane에 삽입·폴딩을 수행한다. (B) 그람 음성 세균의 outer membrane에서 BAM complex가 동일한 역할을 담당한다.

β-Barrel 단백질의 특성

Porin을 포함한 β-barrel 단백질은 outer mitochondrial membrane과 세균 outer membrane에 풍부하다. 이 단백질들은 무기 이온과 대사물질에는 투과적이지만, 대부분의 단백질에는 불투과적인 기공(pore)을 형성한다.

TOM complex는 α-나선형 소수성 분절만 측면으로 방출할 수 있어 β-barrel 단백질을 outer membrane에 삽입하지 못한다.

미토콘드리아에서의 경로 (SAM complex)

1. β-Barrel precursor 단백질이 TOM complex를 통해 unfolded 상태로 intermembrane space로 이동
2. Intermembrane space의 특화된 chaperone 단백질이 β-barrel 단백질의 aggregation을 방지
3. SAM complex가 chaperone으로부터 단백질을 받아 outer membrane에 삽입하고 폴딩을 완료

세균에서의 BAM complex

그람 음성 세균에서 β-barrel 단백질은 periplasmic space(미토콘드리아의 intermembrane space와 위상학적으로 동일)에서 **BAM complex (β-barrel Assembly Machinery)에 의해 outer membrane에 삽입된다.

SAM complex와 BAM complex의 유사성:

• SAM complex의 중심 subunit이 BAM complex의 세균 outer membrane 단백질과 homolog
• 두 복합체 모두 β-barrel 단백질을 동일한 위상학적 방향(periplasm/intermembrane space 쪽)에서 삽입
• 이 보존된 경로는 미토콘드리아의 내공생 기원을 강력하게 뒷받침함¹

TOM/SAM complex 자체도 β-barrel 단백질

주목할 점은, TOM complex와 SAM complex의 중심 subunit 자체가 β-barrel 단백질이라는 것이다. 따라서 새로운 TOM/SAM 복합체를 만들기 위해서는 기존 TOM/SAM 복합체가 필요하다 — 미토콘드리아 증식이 기존 organelle로부터만 가능한 이유 중 하나이다.

Footnotes

1. 1. ‘그람 음성균’ 유래설 (최근의 유력한 견해)

   최근의 분자생물학적 연구에 따르면, 미토콘드리아의 조상은 막이 두 개인 그람 음성균이었습니다. 이 경우 막의 유래는 다음과 같이 설명됩니다.

   • 조상 세균의 내막 $\to$ 현재 미토콘드리아의 내막 (전자전달계 존재)

   • 조상 세균의 외막 $\to$ 현재 미토콘드리아의 외막

   • 숙주 세포의 식포막 $\to$ 조상 세균을 집어삼킬 때 생겼던 숙주의 막은 진화 과정에서 소실됨

   이 가설은 미토콘드리아 외막에 존재하는 포린(Porin) 단백질이 그람 음성균의 외막에서 발견되는 것과 구조적으로 매우 유사하다는 강력한 증거를 바탕으로 합니다. ↩