Science：跨越70年，科学家终于发现所有的蛋白质实际上都是在这样的超级复合体中组织的

　　

线粒体是我们细胞中的发电站，为所有生命过程提供能量。瑞士巴塞尔大学的研究人员利用低温电子断层扫描技术，以前所未有的分辨率深入了解了线粒体的结构。他们发现，负责产生能量的蛋白质组装成大型“超复合体”，在提供细胞能量方面起着至关重要的作用。

地球上的大多数生物——无论是植物、动物还是人类，其细胞中都含有线粒体。它们的主要功能是为几乎所有的细胞过程提供能量。为了实现这一目标，线粒体利用我们呼吸的氧气和食物中的碳水化合物来再生ATP， ATP是细胞的通用能量货币。这个功能是由被称为呼吸复合物的蛋白质完成的，它们在能量产生过程中协同工作。

尽管这些呼吸复合体在70年前就被发现了，但它们在线粒体内的确切组织直到现在仍然难以捉摸。利用最先进的低温电子断层扫描技术，由巴塞尔大学生物中心的Florent Waltz博士和Ben Engel教授领导的研究人员能够以前所未有的分辨率直接在细胞内创建呼吸链的高分辨率图像。这项研究的结果发表在《科学》杂志上。

对细胞动力的新认识

“我们的数据显示，呼吸蛋白在线粒体的特定膜区域组织，粘在一起，形成一种主要类型的超复合体，使用电子显微镜，单个超配合物清晰可见——我们可以直接看到它们的结构和工作原理。呼吸超复合体将质子泵过线粒体膜。ATP生产复合体的作用类似于水磨，利用质子流来驱动ATP的产生。”SNSF Ambizione研究员、该研究的第一作者Florent Waltz解释说。

高效能源生产的线粒体结构

研究人员检查了莱茵衣藻活细胞中的线粒体。Waltz说：“我们非常惊讶，所有的蛋白质实际上都是在这样的超级复合体中组织的。这种结构可能使ATP生产更有效，优化电子流，并最大限度地减少能量损失”。

除了超复合体，研究人员还能够更仔细地检查线粒体的膜结构。“这有点像肺组织：内部线粒体膜有许多褶皱，增加表面积，以容纳尽可能多的呼吸复合物，”Engel说。

对进化和健康的看法

在未来，研究人员的目标是揭示呼吸复合物相互联系的原因，以及这种协同作用如何提高细胞呼吸和能量产生的效率。这项研究还可能为生物技术和健康提供新的见解。Waltz解释说：“通过检查其他生物体中这些复合物的结构，我们可以对它们的基本组织有更广泛的了解。这不仅可以揭示进化适应，还可以帮助我们理解为什么这些复合物的破坏会导致人类疾病。”