本文为类型b（综述论文）。

本文作者为Walter Neupert（慕尼黑大学生理化学研究所）和Johannes M. Herrmann（凯泽斯劳滕大学细胞生物学研究所），发表于《Annual Review of Biochemistry》2007年第76卷，页码723–749。文章系统综述了真核生物线粒体蛋白质从胞质合成到线粒体内部各亚区室的转运与分选机制，重点关注近年来未解决的问题和当前研究热点。

文章首先指出，真核生物约10%–15%的核基因编码线粒体蛋白。这些蛋白在胞质核糖体上合成，大多以未折叠的前体形式存在，并与分子伴侣如Hsp70和Hsp90结合以维持转运活性。前体蛋白通常携带N端基质靶向序列（matrix-targeting sequence, MTS），可形成两亲性α螺旋，一面疏水、一面带正电；也有一些蛋白依靠内部靶向信号，如外膜蛋白和部分膜间隙或内膜蛋白。N端前导序列在到达线粒体基质后通常被线粒体加工肽酶（mitochondrial processing peptidase, MPP）切除。

在转运进入基质的过程中，外膜上的TOM复合体（translocase of the outer mitochondrial membrane）是几乎所有线粒体前体蛋白进入的总入口。TOM复合体包含受体亚基Tom70、Tom22、Tom20和孔道亚基Tom40及三个小亚基Tom5、Tom6、Tom7。Tom20主要识别N端前导序列，Tom70偏好带有内部疏水信号的前体，Tom22连接受体与孔道并维持复合体稳定。Tom40被推测形成β桶状结构，构成蛋白通道。TOM复合体存在多个顺式和反式结合位点，结合亲和力的增加驱动前导序列穿过外膜，甚至帮助部分解析叠。

内膜上的核心转运酶是TIM23复合体（translocase of inner membrane 23），由膜部分和“输入马达”（import motor）两部分组成。膜部分包括Tim23、Tim17、Tim50和Tim21，其中Tim23与Tim17形成通道核心，Tim50在膜间隙侧接收从TOM复合体传递来的前体蛋白。输入马达由Tim44、Tim14/Pam18、Tim16/Pam16、线粒体Hsp70（mtHsp70）及核苷酸交换因子Mge1组成。前导序列进入基质依赖内膜电位（Δψ），之后mtHsp70在Tim44和Tim14协助下反复结合进入基质的多肽链，以ATP水解驱动的棘轮机制（Brownian ratchet）阻止链段回滑，逐步将整条前体拉入基质。文章指出，现有证据更支持棘轮模型而非“动力冲程”（power stroke）模型。

对于外膜蛋白，尤其β桶蛋白如孔蛋白、Tom40和Tob55，其插入需要另一套TOB/SAM复合体（topogenesis of mitochondrial outer membrane β-barrel proteins / sorting and assembly machinery）。其核心组分Tob55/Sam50与细菌Omp85同源，含N端POTRA结构域和C端β桶区，另有两个胞质侧亚基Mas37和Tob38。β桶前体先经TOM复合体进入膜间隙，随后与小型Tim蛋白结合，再被TOB复合体从膜间隙侧插入外膜并组装。

对于内膜蛋白，文章详细介绍了三条途径。第一是TIM22途径，专门负责具有内部疏水信号的载体家族蛋白（如ATP/ADP载体）及Tim17、Tim22、Tim23等疏水亚基。前体在膜间隙由小型Tim蛋白复合体（如Tim9·10、Tim8·13）以六聚体形式形成“水母状”结构，帮助遮蔽疏水区并引导至TIM22复合体；TIM22复合体依赖膜电位将底物插入内膜。小型Tim蛋白含twin CX3C基序，其半胱氨酸可形成分子内二硫键或结合锌离子，与氧化还原状态调节有关。第二是停止转移途径（stop-transfer pathway），适用于只含一个跨膜区且N端朝向基质的蛋白如Cox5a。跨膜区及紧随其后的带电氨基酸簇、较高的疏水性和缺乏脯氨酸等特征被TIM23复合体识别，使前体在跨越内膜时被阻滞并从侧面插入脂双层。第三是保守分选途径（conservative sorting pathway），一些多跨膜内膜蛋白如Oxa1会先完整进入基质，再依赖OXA1复合体从基质侧插入内膜，这一方向体现了线粒体来源于细菌的进化特征。

在膜间隙蛋白输入方面，文章将其归纳为三类：第一类带有双分前导序列（bipartite presequence），先以停止转移方式插入内膜，再经IMP、m-AAA或Pcp1等蛋白酶切割释放到膜间隙；第二类为小型蛋白，依赖“折叠捕获”（folding trap）机制，如细胞色素c在膜间隙结合血红素后折叠，小Tim蛋白和含twin CX9C基序的蛋白则在Mia40和Erv1作用下形成二硫键，折叠后无法回溯从而完成单向输入；第三类依靠与膜间隙内亲和位点结合而驱动净转运，如细胞色素c血红素裂合酶和肌酸激酶。

文章的总结要点包括：线粒体前体蛋白在胞质中携带靶向信号，基质蛋白大多带N端前导序列并被MPP去除；受体识别前体后，TOM复合体介导外膜转运；β桶蛋白由TOB复合体插入外膜；TIM23复合体执行基质或跨内膜转运；TIM22复合体负责载体蛋白和Tim亚基的插入；部分内膜蛋白先进入基质再从基质侧插入；膜间隙蛋白按三类不同机制输入。文章提出的未来问题包括：TOB/SAM复合体插入β桶蛋白的确切能量来源与组装顺序；TIM复合体门控机制和膜电位的作用；基质侧插入内膜的分子机制；膜间隙蛋白折叠与二硫键形成的耦合以及是否存在蛋白质二硫键异构酶等。这篇综述系统梳理了线粒体蛋白质转运领域的核心机制和关键复合体，是理解线粒体生物发生和蛋白质稳态的重要参考，也为研究线粒体疾病相关蛋白输入缺陷提供了理论框架。