TOM-комплекс (англ.,TOM complex, translocase of outer mitochondrial membrane, укр.,транслоказа зовнішньої мембрани) є основними вхідними воротами для більшості білків — попередників мітохондрій, синтезованих на цитозольних рибосомах.

Транслокація білків у мітохондрії Мітохондріальні попередники переміщуються у внутрішні субкомпартменти за допомогою незалежних механізмів, що включають різні білкові механізми, які називаються транслоказами.

TOM-комплекс переміщує білки, вироблені з ядерної ДНК, через мітохондріальну мембрану для використання в окисному фосфорилюванні. У ензимології комплекс описується як АТФ-аза, що транспортує мітохондріальний білок, або, більш систематично, як АТФ-фосфогідролаза (імпортуюча мітохондріальний білок), оскільки для роботи частини TIM потрібен гідроліз АТФ.

Сортування білків зовнішньої мембрани Білки зовнішньої мембрани мітохондрій бувають двох типів: трансмембранні - бета-листи поринів, та закріплені на мембрані - альфа-спіральні білки. Попередники бета-листів порину транслокуються за допомогою комплексу TOM і входить в зовнішню мітохондріальну мембрану за допомогою комплексу SAM. Навпаки, білки, закріплені на альфа-спіральній мембрані, транслокуються комплексом TOM і входять мітохондріальним імпортним комплексом.

Білки, призначені для всіх субмітохондріальних компартментів, входять в зовнішню мітохондріальну мембрану або переміщуються через неї за допомогою комплексу TOM , а потім можуть перетинати внутрішню мембрану різними комплексами (T-транслокази внутрішня мітохондріальна мембрана). Повний TOM-комплекс містить сім субодиниць: що складаються з центрального білка Tom40 разом із набором тісно пов’язаних додаткових субодиниць TOMM22, TOMM20 і TOMM70, два пропротеїнові рецептори, три менші білки, TOM5, TOMM6 і TOMM7.

Ряд стабільних проміжних продуктів імпорту були вперше ідентифіковані для попередників Tom40 у грибах Neurospora crassa та Saccharomyces cerevisiae , першим з яких є асоціація з механізмом сортування та складання (SAM) зовнішньої мембрани. Досліджуючи шлях імпорту людського Tom40, були з’ясовані додаткові особливості його імпорту. бере участь у доставці попередника Tom40 до мітохондрій АТФ-залежним способом. Потім попередник утворює свій перший стабільний проміжний продукт із зовнішньою поверхнею комплексу TOM перед його інтеграцією та збіркою мембрани. Видалення еволюційно збереженої області в Tom40 порушує проміжний комплекс TOM і змушує його зупинятися на новому комплексі в міжмембранному просторі, як SAM ссавців. На відміну від своїх грибкових аналогів, людський попередник Tom40 не виявляється стабільно затриманим на проміжному SAM.

ПсевдонімиTOMM40 , C19orf1, D19S1177E, PER-EC1, PEREC1, TOM40, транслоказа зовнішньої мітохондріальної мембрани 40Зовнішні ідентифікаториOMIM : 608061 MGI : 1858259 HomoloGene : 101105 GeneCards : TOMM40 Лише 13 поліпептидів кодуються в мтДНК, мітохондріальний протеом складається з понад 1500 білків, які кодуються та транслокуються в мітохондрії з метою підтримки функції мітохондрій. Вони позначені N-кінцевою або/або C-кінцевою сигнальною послідовністю. Після транспортування через цитозоль із ядра сигнальна послідовність розпізнається рецепторним білком у комплексі транслокази зовнішньої мембрани (TOM). Сигнальна послідовність і сусідні частини поліпептидного ланцюга входять в комплекс TOM, а потім починають взаємодію з транслоказою внутрішньої мембрани (TIM), які, як припускають, тимчасово з’єднані в місцях тісного контакту між двома мембранами. Потім сигнальна послідовність переміщується в матрицю в процесі, який вимагає електрохімічного градієнта іонів водню через внутрішню мембрану. Мітохондріальний Hsp70 зв'язується з ділянками поліпептидного ланцюга і підтримує його в розгорнутому стані, коли він рухається в матрицю.

Tom40 — сортувальна станція мітохондріального білка

Кінцеві події імпорту білка в мітохондрії опосередковуються взаємодією з внутрішніми компонентами механізму імпорту в процесах, що використовують гідроліз АТФ і трансмембранний потенціал через внутрішню мембрану, тоді як транслокація через комплекс TOM не потребує гідролізу АТФ або трансмембранного потенціалу. Tom40 функціонує як складна станція сортування, розрізняючи субстрати для введення в зовнішню мембрану, транслокації в міжмембранний простір, транслокації та передачі до комплексу TIM54 або транслокації та передачі до комплексу TIM23. Точкова мутація W243R дискретно блокує один із цих шляхів, але не три інші.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC155987/

Члени комплексу Транслоказа зовнішньої мембрани (TOM) утворює комплекс із Tom70, Tom22 і Tom20 разом із Tom40, Tom7, Tom6 і Tom5. Tom20 і Tom22 є пропротеїновими рецепторами, які відповідають за розпізнавання попередньої послідовності, що розщеплюється, якою володіють білки, націлені на мітохондрії. Tom70 також є пропротеїн рецептором і може розпізнавати деякі розщеплювані препослідовні білки, однак він головним чином відповідає за розпізнавання нерозщеплюваних пропротеїнів і діє як точка для зв’язування шаперонів. Tom22 прикріплений до зовнішньої мембрани одним трансмембранним сегментом і також відіграє роль у стабілізації комплексу TOM. Tom40 є основним елементом транслоказного комплексу та комплексів з Tom22 з масою приблизно 350 тис. Дальтон. Він утворює центральний канал, що проводить білок, діаметром приблизно 2,5 нм. Людський Tom22 має приблизно 15,5 тис. Дальтон і є комплексом з Tom20. N-термінальний кінець Tom22 простягається в цитозоль і бере участь у зв'язуванні пребілка.

Загальна структура TOM-комплексу людини Електронна мікроскопія, електрофізіологія та функціональні аналізи припускають, що транслокація білка відбувається через канал ~20 Å, утворений Tom40.

Людський TOM-комплекс, має форму центросиметричного димеру, що складається з субодиниць Tom5, Tom6, Tom7, Tom22 і Tom40. Комплекс має загальний розмір ~125 Å × 120 Å × 90 Å і приблизну молекулярну масу 150 кДа. Два білки Tom40 β-barrel, вбудовані в зовнішню мембрану під кутом 20° вгору, і з'єднані двома субодиницями рецептора Tom22 і одним фосфоліпідом, утворюють основну структуру комплексу, що проводять білок. Молекула фосфоліпіду взаємодіє як з Tom40s, так і з Tom22s, стабілізуючи архітектурне розташування субодиниць. Невеликі білкові субодиниці Tom5, Tom6 і Tom7 оточують зовнішню стінку кожного Tom40, причому Tom5 знаходиться на дистальному кінці димера, а Tom6 і Tom7 розташовані на протилежних сторонах через β-ствольний канал.

Виразні електростатичні особливості комплексу, включаючи виражену негативну внутрішню та позитивну області на периферії та в центрі димеру на стороні міжмембранного простору (IMS), дають змогу зрозуміти механізм транслокації пребілка.

α-спіраль утворює збережену межу взаємодії з внутрішньою стінкою Tom40. Трансмембранний сегмент Tom5 входить у зовнішню мембрану під нахиленим кутом, слідуючи похилому контуру Tom40, з його С-кінцевим кінцем, який трохи простягається в сторону IMS. Tom6, окрім трансмембранної спіралі, має цитозольний α-спіральний домен, з’єднаний петлею з дев’яти залишків (Tom6 F34–R42), яка проходить паралельно зовнішній мембрані мітохондрій. Tom7 має конфігурацію з головним α-спіральним сегментом, з’єднаним з короткою С-кінцевою α-спіралью за допомогою петлі з чотирнадцяти залишків (Tom7 F36–V49), яка тягнеться до міжмембранного простору (IMS).

Молекулярні механізми для імпорту білків Пребілкові рецептори Tom20 і Tom70 і центральний рецептор Tom22 розпізнають вхідні білки-попередники , а Tom40 утворює канал, що проводить білок через зовнішню мембрану.

Цитозольні фактори, такі як шаперони Hsp70 та їх ко-шаперони, J-білки, спрямовують білки до поверхні мітохондрій. Транслоказа зовнішньої мембрани мітохондрій (TOM) утворює вхідні ворота для пребілків. Як білки доставляються до мітохондріальних пребілкових рецепторів, погано вивчено. Цитозольний J-білок Xdj1 є специфічним партнером по взаємодії центрального рецептора Tom22. Tom22 рекрутує Xdj1 на поверхню мітохондрій, щоб сприяти імпорту пребілків і збиранню комплексу TOM. Крім того, рецептор Tom70 зв'язує інший цитозольний J-білок, Djp1. Цитозольні J-білки націлені на різні рецептори TOM і сприяють біогенезу мітохондріальних білків.

Основні моменти

Рецептор Tom22 рекрутує цитозольний J-білок Xdj1 до мітохондрій.

Xdj1 доставляє пребілки до Tom22 і сприяє біогенезу комплексу TOM.

Рецептор Tom70 рекрутує інший цитозольний J-білок, Djp1.

Мітохондріальні рецептори вибірково розпізнають ко-шаперони цитозольного J-білка.

J-білки беруть участь у сортуванні білків до мітохондрій.

Відсутність великої кількості цитозольного J-білка Ydj1 спричиняє накопичення мітохондріальних білків-попередників.

Відсутність Xdj1 свідчить про синтетичний дефект росту з відсутністю Pam17 внутрішньої мембрани транслоказно-асоційований мотор (PAM)(Sahi et al., 2013). Втрата Djp1 впливає на імпорт MIM1 комплексу мітохондріального імпорту (MIM) зовнішньої мембрани.

Молекулярні шаперони, такі як білки теплового шоку 70 кДа (Hsp70) і 90 кДа , беруть участь у транспортуванні білка до органел. Ці шаперони відіграють вирішальну роль у різних життєво важливих клітинних процесах, включаючи згортання білка, складання рибосом, брунькування везикул, внутрішньоклітинний транспорт білка, видалення агрегованих і неправильно згорнутих білків і сигнальні шляхи. Ко-шаперони Hsp40 , які також називають білками, пов’язаними з DnaJ (J-білками), можуть сприяти перенесенню субстрату до Hsp70 і стимулювати їх АТФ-азну активність.

Цитозоль дріжджових клітин містить 13 різних J-білків, які беруть участь у надзвичайній різноманітності клітинних процесів.

Демонстрація механорегуляції білкового комплексу β-стволової мембрани TOM-комплексу.

Вільно дифундуючі молекули TOM-комплексу зупиняються при взаємодії зі структурами, прилеглими до мембрани, нібито через взаємодію між її розширеними полярними доменами та несучою гідрогелевою плівкою. Одночасно з призупиненням руху TOM-комплексу оборотно змінюється з активного (повністю світлий, S H ) на слабко активний (середній світлий, S I ) і неактивний (темний, S L ) стан каналу. Тривала часова кореляція між латеральною рухливістю та іонною проникністю свідчить про те, що стробування каналу TOM-комплексу дуже чутливе до молекулярного обмеження та режиму латеральної дифузії.

За допомогою кріоелектронної мікроскопії, було визначено, що дві субодиниці Tom22 TOM- комплексу можуть змусити дві пороутворюючі β-субодиниці Tom40 зазнати конформаційних змін, що призводить до закриття каналу, і що цей динамічний ефект представляє нову функціональність TOM-комплексу в цілому. Механостимульована зміна конформації TOM-комплексу спостерігається in vitro і може бути підтверджено в інтактних мітохондріях, де механочутливі взаємодії з компонентами внутрішньої мембрани мітохондрій мають фізіологічне значення. З загальної точки зору, це може бути перша демонстрація механорегуляції білкового комплексу β-стволової мембрани та причинного ефекту латеральної дифузії. Поки що повідомлялося про механочутливість лише для α-спіральних білків.

Функція Комплекс TOM розпізнає білки-попередники, націлені на мітохондрії, опосередковує їх надходження та передає їх до окремих систем транслокації білків на зовнішній і внутрішній мітохондріальній мембрані, включаючи механізми сортування та збирання (комплекс SAM) і транслокази внутрішньої мембрани (комплекс TIM). Відіграє роль у збиранні дихального ланцюга НАДН-дегідрогенази мітохондріальної мембрани (комплекс I) шляхом утворення комплексу з BCAP31 і опосередкування транслокації компонентів комплексу I з цитозолю в мітохондріїhttps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31206022/ PubMed: 31206022.

Додаткова інформація