Trends in Biochemical Sciences专刊丨线粒体生物化学

探讨线粒体生物化学的未来

线粒体生物化学的迅速发展，揭示出线粒体不仅承担经典的能量生产功能，更是细胞生理过程的动态整合者。在本期的“Trends Talk”访谈中，来自专刊中三篇论文的主要研究者共同探讨了当前在线粒体遗传学、蛋白质生成与功能结构等领域的关键挑战与研究突破。作者们强调跨了学科策略、改进的疾病模型，以及对线粒体蛋白质合成、装配与质量控制的整体性视角的重要性。他们的观点展现出线粒体生物化学的广阔前景，以及其在开发线粒体相关疾病治疗方案中的潜力。

人类线粒体翻译调控的新机制

线粒体翻译调控能够精确控制细胞器基因组编码的疏水性蛋白质的合成，协调它们在膜中的嵌入、积累与组装为氧化磷酸化（OXPHOS）复合物。最新研究显示，翻译的各个阶段（起始、延长、终止与循环再利用）均受到复杂调控机制的影响，这些机制涉及mRNA结构、特化翻译因子以及独特的调控策略，从而实现蛋白质水平的计量装配。关键发现包括mRNA驱动的核糖体暂停、移码翻译（frameshifting）、依赖终止的再起始机制等，这些机制微调蛋白质合成并促进双顺反子转录本中重叠开放阅读框（ORFs）的翻译。在本期中，来自美国迈阿密大学米勒医学院的Flavia Fontanesi和Antoni Barrientos及同事发表综述文章，总结了线粒体翻译调控的最新进展，这些研究发现显著增强了对线粒体基因表达的理解。

理解线粒体蛋白质导入：前导序列转位酶的修正模型

线粒体功能依赖于胞质蛋白精确地被导向并导入线粒体的各个子区室。大多数定位于基质的蛋白通过前导序列途径运输，该途径通过外膜易位酶（TOM）复合物将前体蛋白穿越线粒体外膜，再通过内膜23号易位酶（TIM23）复合物将其导入线粒体基质或内膜。虽然经典的生物化学研究为TIM23复合物的组成和机制提供了详细的机制性见解，但近期冷冻电镜（cryo-EM）数据对既有模型提出挑战，并构建了一个经修订的转运模型：该模型认为TIM17亚基在转运过程中如“滑道”般引导前体蛋白，而TIM23则主要作为结构支撑。在本期中，来自德国哥廷根大学医学院的Naintara Jain和Peter Rehling及波兰科学院国际分子机制和机器研究所的Agnieszka Chacinska发表综述文章，总结了当前的几种模型，并指出需进一步研究的问题与数据，从而深化对TIM23复合体功能的理解。

脂质：线粒体蛋白质导入中的新兴参与者

脂质不仅构成膜结构，其在线粒体蛋白导入中的功能作用也逐渐凸显。在本期中，来自波兰科学院国际分子机制和机器研究所的Mayra A. Borrero-Landazabal、Vanessa linke和Agnieszka Chacinska发表短评文章，通过对蛋白质易位酶（如TOM复合体）和嵌入酶（如TIM22复合体）的冷冻电镜结构进行分析，发现脂质可能在蛋白质的转运与嵌入过程中发挥结构和功能作用，同时蛋白嵌入酶还可能参与脂质的转位过程（lipid scrambling）。

线粒体产热：实验室里的“大象”……

研究早已确认，在线粒体底物氧化过程中释放的能量中，相当一部分以热的形式存在。然而，除了少数例外，热量通常只是被简单地描述为ATP生成的“代价”，很少被赋予具体的生理功能。在本期中，来自法国巴黎西岱大学的Pierre Rustin和Paule Bénit及同事发表观点文章，简要回顾了线粒体产热的相关文献，提出产热对细胞与个体层面的功能意义，并探讨为何线粒体能量转换中热的角色长期被忽视或未得到均衡的阐述。