“令人惊讶”的完整呼吸超复合体

　　

每个真核细胞都有被称为线粒体的微小“发电站”，负责产生全能能量分子ATP。为了完成这一角色，线粒体必须维持处理ATP形成不同阶段的膜蛋白的空间组织。

在细胞分解糖的过程中，能量被释放出来，随后在线粒体内被利用来产生ATP。这一过程主要依赖于四种膜蛋白复合物——标记为复合物I、II、III和IV。这些复合物共同产生能量梯度，被复合物V利用来合成ATP。然后，这些ATP分子在细胞中引发一系列反应，这是维持生命的关键过程。       

众所周知，呼吸配合物I、III和IV相互作用，形成所谓的呼吸超配合物，优化了配合物之间的相互作用。到目前为止，研究人员还没有观察到复合体II是超复合体的一部分。在哺乳动物线粒体中，超复合体在膜上与复合体V在空间上是分开的，其中超复合体只存在于没有曲率的膜区域。然而，有单细胞真核生物，如嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila），其线粒体仅含有具有曲率的膜，因此超级复合物在这些膜系统中的位置一直是一个主要问题。

现在，在奥胡斯大学分子生物学和遗传学系博士后Rasmus Kock Flygaard的参与下，一个国际研究小组已经回答了关于四膜虫超复合体的一些关键问题。

“有史以来第一次，我们已经证明复合体II也可以形成超级复合体的一部分，这显示了ATP形成过程的令人难以置信的优化，”Rasmus Kock Flygaard说。“此外，通过我们的结构，我们可以看到超级综合体并不遵循简单的建设计划，相反，有一个令人惊讶的多样性，这是以前认为不可能的。”

这种超复合体结构的变化也是其在弯曲膜中存在的问题的核心，Rasmus Kock Flygaard继续说道:“来自四膜虫的超复合体已经用无数的蛋白质和额外的结构域进行了重建和扩展，这使得超复合体总体上具有弯曲的结构，因此它完全适应并发展成存在于弯曲的膜中。”

这是一个令人难以置信的例子，说明大自然如何能够使原本保守的蛋白质复合物适应新的环境，以保持其功能。现在，我们已经研究了单个生物体的膜蛋白结构，并有了全新的发现。还有更多的单细胞真核生物也在等待被描述，这样我们就可以提供一个更细致的关于生命是如何进化和适应的画面。”

参考文献:

Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III2–IV2 supercomplex” by Alexander Mühleip, Rasmus Kock Flygaard, Rozbeh Baradaran, Outi Haapanen, Thomas Gruhl, Victor Tobiasson, Amandine Maréchal, Vivek Sharma and Alexey Amunts, 22 March 2023, Nature.