Nature：从结构上揭示线粒体呼吸链超级复合物的组装机制

来源：生物谷原创 2023-04-12 11:26

真核生物通过线粒体中的细胞呼吸产生生存所需的能量，这一过程被称为氧化磷酸化。在这个过程中，营养物质和氧气被转化为一种化学形式的能量：三磷酸腺苷（ATP）。这是由线粒体内的电子传递链建立的质子梯度实现的

真核生物通过线粒体中的细胞呼吸产生生存所需的能量，这一过程被称为氧化磷酸化。在这个过程中，营养物质和氧气被转化为一种化学形式的能量：三磷酸腺苷（ATP）。这是由线粒体内的电子传递链建立的质子梯度实现的。

这种质子梯度由线粒体内膜上的四种呼吸链复合物驱动。一项新的研究将断层扫描和分子模拟结合起来，揭示了这些呼吸链复合物的组装以及它们如何塑造线粒体膜。该研究发现，在一种存在于池塘和湖泊中的自由生活的单细胞真核生物---嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）---中，所有四种呼吸链复合物都是结合在一起的。相关研究结果于2023年3月22日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III₂–IV₂ supercomplex”。

它们形成了一种巨大的5.8兆道尔顿的超级复合物，由150个蛋白组成，至少有300个跨膜螺旋和311个脂质。由于亚基的获取和扩展，呼吸链复合物I与倾斜了37度的呼吸链复合物III的二聚体结合。呼吸链复合物I还与呼吸链复合物IV的二聚体结合，产生一个作为呼吸链复合物II的结合位点的间隙。

该研究表明这种组装对线粒体膜的形成至关重要。最耐人寻味的发现之一是，呼吸链复合物IV的一个名为COX3的亚基被一分为二。这种分裂发生在基因水平上，然后每个片段都被扩展，形成了不同呼吸链复合物之间的一些界面。不同呼吸链复合物之间接触功能的增强代表了一种进化机制，显示了中性的分子复杂性如何能够变得有益。

由四种呼吸链复合物组成的超级复合物。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05817-y。

这些研究结果强调了呼吸链复合物的蛋白亚基的进化如何导致了这种超级复合物组装体，这种组装体积极地促进了线粒体膜曲率的形成，而这是线粒体正常功能所必需的。

这样，这种超级复合物塑造了线粒体的宏观结构，最终优化了ATP的合成。因此，这种超级复合物不仅具有酶的功能，还具有塑造线粒体膜的结构功能，这两者共同支持能量转换，为生命提供燃料。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Alexander Mühleip et al. Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III₂–IV₂ supercomplex. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05817-y.