肝细胞中有几百个线粒体，呈卵圆形，参与细胞能量代谢。其它的细胞大约只有十二个线粒体，但每个动物细胞都有此细胞器。这就引出了一个问题；既然线粒体中的几百种蛋白质都不是在线粒体内合成而是在胞浆内合成的，那么这些蛋白质怎样到达线粒体的呢，又怎样在线粒体内保持一定的比例呢？

答案似乎是位于线粒体中的大多数蛋白质，首先在胞桨合成一个携有能识别细胞器的特异氨基酸片段的前体蛋白质，这些特异的氨基酸能使线粒体接受这些蛋白质。在大多数情况下，这&片段又叫引子，在蛋白质进入线粒体后裂解下来。

这些引子对蛋白质进入线粒体极为重要，当研究者有目的地将这些引子放到非线粒体蛋白质上时，这些蛋白质甚至也能被线粒体所接受。这个发现又产生了一系列的新问题如线粒体能识别的引子是什么？这个系统怎样和已习惯的细胞其它部分的直接蛋白质系统比较？一些细胞生物学家和分子生物学家都积极研究着这些问题，这不仅仅是技术上的原因，而且对此类问题的理解可能具有真正的临床意义。

耶鲁大学的L · 罗逊贝格（Leon Rosenberg）说：我可以肯定，我们所发现的某些线粒体蛋白质疾病是由于蛋白质转运的改变，而不是由于酶活性的改变而引起的。因为这些蛋白质不能到达线粒体，因此就不能发挥作用。”基因学家曾以特异性输入线粒体的酶缺陷为特征描述了三、四十种遗传性代谢病。罗逊贝格说：“直到最近，我们总认为是突变才导致了这些酶的缺陷，以经典术语来说，称点状突变，延长和缺失。现在这些疾病的另一种可能的代谢基础是蛋白质不能到达它们要去的地方。”线粒体蛋白质输入的缺陷也可以解释为获得性疾病，如Reye氏综合症就是一种线粒体的获得性疾病。

认真研究蛋白质怎样进入线粒体的工作大约开始于1979年，当时G · 谢兹（Gottfried Schatz）和他们的同事们首先确立了这些蛋白质先要经过前体蛋白质的合成阶段。前体蛋白质的引子在线粒体中裂解下来，这些裂解的断片出现在蛋白质转运进入线粒体后。第二阶段是在1982年，当时集中研究有关线粒体蛋白质输入的分子生物学问题，G · 伯罗贝（Gunter Blobel）和他的同事们在洛克菲勒（Rockefeller）为酵母线粒体酶克隆了细胞色素C过氧化酶的基因，发现它有一个末端的外加片段，此片段不出现在线粒体的蛋白质中。W · 塞巴尔德（Walter Sebald）和他的同事对ATP合成酶——一个脉孢菌线粒体酶的亚单位进行观察，得到了同样的结果。到目前为止，已公布了12个以上的线粒体蛋白质引子。它们的长度从零到80个氨基酸不等。零位氨基酸片断是指在线粒体蛋白质中和蛋白质并为一体、不能断裂的这些氨基酸。

随着线粒体真相的暴露，蛋白质在细胞内的路线也愈来愈清楚了。最好的研究体系是这些从细胞分泌或进入溶酶体的蛋白质。在溶酶体中，这些蛋白质帮助分解其它蛋白质，另外，这些蛋白质也有引子，帮助它们进入内质网而装备在分泌颗粒或溶酶体中。但是，这些蛋白质被接受之前不一定通过胞浆转运，它们可以在核蛋白体上合成，核蛋白体和内质网结合，便接受了这些蛋白质。

另外，核内蛋白质似有可作标记的片段，理论上看，核蛋白质不能有在合成后裂解的片断，不能像线粒体蛋白质和分泌蛋白质。因为当一个细胞分裂时，它的核膜溶解，如果核蛋白质的标记片段裂解开，它将不能回到核内。

在耶鲁大学，罗逊贝格和他的同事们集中研究了一个特殊的蛋白质 - 鸟氨酸转氨甲酰酶（OTC）一一一一个与尿素和氨解毒有关的线粒体酶。OTC功能缺乏患者常在出生不久便因氨的堆积而死亡。其中有些病人完全缺乏OTC；另一些病人则是OTC无功能；耶鲁的研究者认为，还有一些病人虽能合成OTC，但却不能进入相应的线粒体。

当合成OTC时，合成前体的第一部分是32个氨基酸片段，它为进入线粒体起着一种标记的作用。这个前体蛋白质的亚单位以某种方式漂移或被携入线粒体，在那儿，组装、转运到线粒体的最内层——基质，它的引子裂解，在这儿，三个OTC亚基组装成一个完整的蛋白质。

耶鲁的研究者们问道，32个氨基酸的引子是否含有蛋白质进入线粒体的足够信息？回答是肯定的。他们将OTC的引子连接到一个蛋白质——二氢叶酸还原酶上，此酶正常并不进入线粒体，连接后，这个酶能被线粒体接受。

同样，谢兹和他的同事们将取自酵母线粒体蛋白质的25个氨基酸引子溶合到二氢叶酸还原酶中，发现这个酶蛋白进入酵母线粒体和引子裂解。他们在体内外的实验均证实了这一些。谢兹指出：“作为目标的信息完全包含在前面的片段中。”

接着，这些研究者追寻这个引子究竟是什么？我们已经从哺乳动物、酵母和土壤脉孢菌中得知了大约12个引子。霍维奇 · 罗逊贝格及其同事们首先比较了这些引子，寻找其相似之处，他们没有发现相似性。但他们注意到在这些引子中实际上有一个酸性氨基酸的缺乏。霍维奇说：“所有这些都是研究有所突破的基础。”他在比较了这些结果后指出：“我们考虑到碱性残基起着一种重要的作用，就决定将它们变成中性残基。他们去掉了OTC引子末端四个精氨酸中的三个，将它们变成中性氨基酸 - 甘氨酸，然后将这个改变了的引子连接到OTC上，并将合成的OTC和线粒体在体外混合，”霍维奇说，结果是“什么也不发生”。OTC不进入线粒体，引子也不裂解。

在离析实验中，耶鲁研究者将他们改变了的OTC蛋白质和制备的线粒体基质放在一起孵育，基质中含有正常能裂解引子的酶。霍维奇说：“绝对没有裂解的证据。”罗逊贝格思考这些结果，提出：“在这儿，我们已经改变了引子的32个氨基酸的3个和整个蛋白质分子的350个氨基酸的3个，我们已经指出此蛋白质不再有功能。”

对这个结果的三个可能的假说是：① 精氨酸本身带的正电在识别中起主要作用；② 它不像特殊关键片段本身带有那么多的电荷；③ 当氨基酸改变时，引子的构型改变，使得它不再有功能。

谢兹在他自己研究的结果基础上更倾向于第三个假说。他和同事们将酵母线粒体蛋白质的25个氨基酸的引子一个个劈下来，发现仅末端第十二个氨基酸对蛋白质进入线粒体是必需的。但是，即使此蛋白质携带它的缩短了的引子进入线粒体，引子在线粒体也不再裂解。

谢兹提出定位于线粒体内膜的蛋白质有一个首先特异地位于线粒体的引子。在“N - 末端”，有一个谢兹称之；为“穿膜”的片段，使蛋白质特异地进入内膜。D · 范 · 隆（Dolf Van Loon）发现穿膜片段由不带电荷的氨基酸组成，带电的氨基酸排列在它的两边。他提出在这些不同的引子片段中，所能识别的东西是一个三维结构。但是，他说：“我们真的不知道它是如何进行的，直到我们有了分子衍射能够探寻其结构。”

虽然关于线粒体蛋白质的许多关键问题仍无答案，但没有个人怀疑这些答案不久将会被发现。谢兹坚定地声称：“蛋白质进入线粒体的研究对今后五年或更长时间来说将会引起很大的兴趣。”罗逊贝格指出：“这一研究的临床应用无疑地比理论探索要长得多。”

[Science, 1986年228卷，4707期]