蛋白质分别进入线粒体的不同区室
线粒体是由双层膜包围的细胞器，是真核细胞氧化、产生能量的主要场所。线粒体的蛋白合成能力有限，大量线粒体蛋白是在细胞质中合成后，定向转运至线粒体的外膜、内膜、膜间腔和基质腔，这种转运方式为翻译后转运（post-translational translocation）。
（一）蛋白质输入到线粒体中起始于线粒体外膜上的转运蛋白
1.线粒体前体蛋白转运需要信号序列和转运蛋白 在细胞质基质内合成的线粒体蛋白称为前体蛋白，其上含有一段信号序列，一个或多个信号序列引导不同的前体蛋白进入各自相应的线粒体部位。进入线粒体基质腔的蛋白，其信号序列在蛋白质的N-端，该序列引导线粒体前体蛋白转运至线粒体基质腔并很快被信号肽酶切除。
线粒体前体蛋白信号序列的特点是：①多位于多肽链的N-端，大约20个氨基酸组成；②没有带负电荷的氨基酸，形成一个两性α螺旋，带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏水性氨基酸残基分别位于螺旋的两侧，认为这个螺旋与转位因子的识别有关；③对所牵引的蛋白质没有特异性要求，非线粒体蛋白连接上此类信号序列，也会被转运到线粒体。此外有些信号序列位于蛋白质的内部，完成转运后不被切除，这类信号序列可将蛋白质转运至外膜、内膜和膜间腔内。还有些信号序列位于前体蛋白的C-端，如线粒体的DNA解旋酶Hmil。
线粒体膜上含有多种蛋白质复合体，由两部分组成：受体和蛋白质通过的孔道。受体能够识别并结合线粒体前体蛋白，并将其转移到转运蛋白处；转运蛋白形成通道，是前体蛋白进入线粒体的部位。蛋白质转运复合体主要包括：①TOM复合体（translocator of the outer mitochondrial membrane）：为线粒体外膜上的蛋白转运复合体，介导几乎所有的线粒体蛋白通过线粒体外膜，进入膜间隙。②SAM复合体：位于线粒体外膜上，但线粒体膜上的前体蛋白，如孔蛋白，经TOM转运进入膜间隙后，SAM复合物可以将它们正确折叠并插入到外膜上。③TIM复合体（translocator of the inner mitochondrial membrane）：是线粒体内膜上的蛋白转运复合体，其中最主要的一个是TIM23，TIM复合体可使被运输蛋白穿过线粒体内膜，运至基质。④OXA复合物：位于内膜上，介导由线粒体自身合成的内膜蛋白的插入，以及一些运入机制的内膜蛋白的插入。
2.线粒体前体蛋白以伸展状态与外膜转运复合体结合
（1）分子伴侣将线粒体前体蛋白解折叠：由细胞质基质内核糖体合成的线粒体前体蛋白质与分子伴侣Hsc70结合，保护线粒体前体蛋白质的疏水面，防止相互作用而凝聚，使其在相对伸展的未折叠状态下进入线粒体外膜的胞质面。
（2）线粒体前体蛋白转运始于外膜上的转运蛋白：未折叠的线粒体前体蛋白通过N-端的信号序列与线粒体外膜上的受体蛋白结合，并通过转运蛋白转运到外膜上或穿过外膜，进入膜间腔（图1-7-2）。对于大多数进入线粒体基质的蛋白质而言，还需要穿过线粒体内膜。
图1-7-2 蛋白质输入线粒体
（二）线粒体外膜和内膜中的转运复合体在线粒体蛋白的输入过程中相互合作(https://www.daowen.com)
实验表明，线粒体前体蛋白能够穿过线粒体的双层膜进入线粒体基质腔，得益于线粒体内外膜中的转运复合体的相互作用。在电子显微镜下观察，在线粒体内外膜上存在着一些内膜与外膜相互接触的地方，在这些地方，膜间腔变狭窄，形成转运接触点（translocation contact site）是蛋白质进入线粒体的通道。在转运接触点，TOM复合体首先转运信号序列穿过外膜进入膜间腔，然后与TIM复合体结合，开放TIM复合体上转运蛋白通道，这时蛋白质多肽链就进入线粒体基质（图1-7-3）。
图1-7-3 蛋白质转运至线粒体基质
在游离核糖体上合成的前体蛋白，与胞质蛋白分子伴侣Hsc70结合，并使其保持未折叠或部分折叠状态，其N-端具有基质靶向序列（步骤1），前体蛋白与内外膜接触点附近的输入受体（Tom20/22）结合（步骤2），被转运进入输入孔（步骤3），输入的蛋白进而通过内外膜接触点的输入通道（外膜为Tom40，内膜为Tim23/17，步骤4、5），线粒体基质分子伴侣Hsc70与输入蛋白结合并水解ATP以驱动基质蛋白的输入。输入的基质蛋白其基质靶向序列，在基质蛋白酶作用下被切除，同时Hsc70也从新输入的基质蛋白上释放出来（步骤6），进而折叠，产生活性构象（步骤7）。
（三）蛋白质向线粒体内外膜和膜间腔转运有多种机制
线粒体外膜含有丰富的孔蛋白（porin）。孔蛋白是桶状蛋白，首先通过TOM复合体被输入膜间腔，在那里与特化的伴侣蛋白短暂结合以防凝聚，然后再与外膜的SAM复合体结合，在其帮助下插入外膜并正确折叠（图1-7-4a）。
定位在线粒体内膜的蛋白最初转位过程也利用TOM和TIM 23复合体将被输送蛋白的N-端信号肽序列真正送入线粒体基质腔，位于N-端信号肽之后的一段疏水氨基酸作为停止转移序列，防止穿越内膜的进一步转位。TOM复合体牵引着蛋白的剩余部分通过外膜进入膜间腔，信号肽在基质腔被切除；从TIM 23释放的疏水序列仍镶嵌锚定在内膜（图1-7-4b）。
在另一种向内膜转运的途径中，TIM 23复合体最初将完整蛋白转位至基质腔，基质信号肽酶切除N-端信号肽，暴露出新N-端的一段疏水序列。引导蛋白经内膜转位蛋白复合体OXA插入到内膜上（图1-7-4c）。
内膜不存在孔蛋白，由一组特异性运输蛋白大家族来担当大量小分子跨内膜运输的任务，包括ATP、ADP和磷酸盐的运输。这些多次穿膜蛋白N-端不含可被切除的信号肽，但含有内部信号肽。它们穿过外膜的TOM复合体后，膜间腔的分子伴侣蛋白引导它们到TIM 22复合体，通过一个需要膜电位而非线粒体Hsc 70或ATP的过程，插入到内膜（图1-7-4d）。
图1-7-4 蛋白质输入线粒体各部位的过程