综述：理解线粒体蛋白质输入：前序列转位酶TIM23复合体的修正模型

《TRENDS IN Biochemical Sciences》：Understanding mitochondrial protein import: a revised model of the presequence translocase

这篇综述系统梳理了线粒体TIM23复合体的研究进展，挑战了传统认知并提出全新机制模型。作者团队整合冷冻电镜（cryo-EM）等最新结构生物学证据，揭示Tim17亚基作为蛋白质"滑轨"的核心功能（原认为Tim23形成通道），同时解析了Mgr2作为膜侧"门控"的分子机制。文章巧妙调和了传统生化研究与新结构数据的矛盾，为线粒体蛋白质靶向运输（△μH+驱动）领域提供了范式转换的视角。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，其功能依赖于细胞核编码蛋白质的精准输入。近期《Trends in Biochemical Sciences》发表的综述颠覆了传统认知，揭示前序列转位酶TIM23复合体的全新工作机制。

线粒体蛋白质输入的核心机器

线粒体双膜结构形成独特分区——外膜（OMM）、内膜（IMM）、膜间隙（IMS）和基质。约60%线粒体蛋白通过前序列途径输入，其中TIM23复合体负责跨越IMM的关键步骤。传统模型认为Tim23亚基形成亲水通道，而Tim17仅起辅助作用。但最新冷冻电镜结构显示：Tim17-Tim23以背靠背方式形成异源二聚体，Tim17的膜侧开放腔体才是真正的转运路径。

转运机制的范式转变

令人惊讶的是，结构数据显示TIM23复合体并不存在传统意义上的蛋白质孔道。Tim17腔内带负电残基与带正电的前序列相互作用，使前序列蛋白像"滑雪"般沿膜脂双层外叶滑动。Mgr2亚基作为"门控"调节膜侧开口，其与Tim17的相互作用通过二硫键稳定——这一发现得到人类同源蛋白TIMM17A/B研究的佐证。当转运膜蛋白时，Mgr2识别疏水分选信号，引导蛋白质侧向释放入IMM。

争议与调和

新模型与多项经典研究形成张力：电生理实验曾证实Tim23的成孔能力，交联研究显示转运中前序列同时接触Tim23和Tim17。作者提出三种解释可能：①去垢剂处理影响复合体组装状态；②冷冻电镜捕获的仅是转运循环某一状态；③Tim23二聚化可能发生在特定功能状态。值得注意的是，锥虫等原始生物仅保留Tim17同源蛋白，从进化角度支持其核心地位。

动态调控网络

TIM23复合体存在三种功能状态：含PAM复合体的TIM23_MOTOR（基质靶向）、含Tim21-Mgr2的TIM23_SORT（膜整合）以及核心TIM23_CORE。膜电位（△μ^H+）不仅驱动前序列电泳运动，还诱导Tim23构象变化。分子伴侣mtHsp70通过ATP水解提供后续动力，其活性受Pam18-Pam16异源二聚体调控。新发现的内膜氧化还原酶Dbi1通过调控Tim17二硫键影响复合体组装，揭示了氧化还原调控的新层面。

未解之谜

综述最后提出关键待解问题：TIM23是否在不同功能状态存在亚基计量比变化？Tim23空腔中发现的磷脂分子是否参与信号感知？如何协调结构数据与活体实验中观察到的Tim23电压感应现象？这些问题的解答需要开发新型原位成像技术，在接近生理状态下捕捉转运动态。

这项研究不仅改写教科书内容，更为治疗线粒体输入障碍相关疾病（如遗传性视神经病变）提供新靶点。通过整合三十年来的生化数据与最新结构生物学发现，该综述为理解细胞器生物发生这一基本生命过程树立了新标杆。