细胞里正在发生“秘密交易”？线粒体 “开后门” 专收特殊蛋白质

我们都知道，线粒体就像是细胞里的“发电厂”，负责生产能量货币ATP。而这个重要的细胞器，其实来自于十亿多年前两个古老细胞的结合。经过漫长的进化，线粒体自己的大部分基因都丢失了，现在它高度依赖宿主细胞帮它制造蛋白质。这些蛋白质在细胞质中的核糖体上合成，然后再被运进线粒体内部。

过去几十年的教科书告诉我们，这个过程是顺序发生的：蛋白质得先完全合成好，变成一条完整的长链，然后才会启动运输机制，进入线粒体。

但最近，加州理工学院的一个研究团队在《细胞》杂志上发表了一项新研究，彻底颠覆了这个经典理论。他们发现，事实并非如此。大约有五分之一的线粒体蛋白，根本不会等到完全合成才动身——它们还在核糖体上合成、只造出一小半的时候，运输过程就已经开始了。科学家把这种现象称为“共翻译导入”。

那么问题来了：为什么是这些蛋白质“优先”启用了这条加急通道？研究团队的研究生朱子坤和导师单晓鸥教授分析后发现，这些蛋白质有两个共同特点：个头大、结构复杂。

我们可以这样理解：蛋白质是由氨基酸串成的一条长链，它需要折叠成精确的三维结构才能正常工作。如果这个折叠过程非常复杂，比如需要把链上距离很远的部分拉到一起，那它在细胞质里完成全部折叠的难度就会很大。单晓鸥教授解释说，正是这种“难折叠”的特性，让这些蛋白质提前开始了进入线粒体的旅程。

按照传统理论，线粒体蛋白带有一段特殊的“地址标签”，也就是线粒体靶向序列（MTS），它像一张通行证，告诉蛋白质“你该去线粒体”。但这次的研究发现，只有这张通行证还不够。朱子坤通过实验证明，系统还在等待第二个信号——在合成过程中，从核糖体上露出来的第一个大型结构域。这个结构域，就像是触发运输的钥匙。

朱子坤打了个比方：“这就像你的登机牌锁在行李箱里。你有登机牌，但想用它，得先有密码开箱。那个大结构域，就是这个密码。”更有意思的是，研究人员尝试把这个“密码结构域”移植到其他通常等完全合成才进口的蛋白质上，结果这些蛋白质也纷纷提前出发、开始了早期运输。

单晓鸥教授强调，这项研究表明，蛋白质是如何被运进线粒体的，其实是一个多层级的控制系统，它的运作逻辑深深根植于蛋白质折叠的物理特性。那么，细胞为什么要设计出这样一套机制？研究人员推测，如果这些结构复杂的大蛋白完全在细胞质中合成并折叠，它们很可能会卡在线粒体膜上那道狭窄的“门”里，造成堵塞甚至错误。而一边合成、一边运输，反而更安全、也更高效。

朱子坤还指出，线粒体的这种共翻译运输机制，与其他细胞器（比如内质网）的机制完全不同。未来，如果能进一步弄清其中的调控细节，甚至人为控制某些蛋白质的运输时机，不仅有助于理解细胞运作的基本逻辑，还可能为治疗某些线粒体相关疾病提供新的思路。

该研究由美国国立卫生研究院和霍华德・休斯医学研究所等机构资助。如想查阅论文原文，可参考《细胞》期刊网站（DOI:10.1016/j.cell.2025.07.021）。