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南京中醫(yī)藥大學(xué)特聘教授Nature發(fā)表線粒體重要成果

佚名 2024-06-06 20:02:50

南京中醫(yī)藥大學(xué)特聘教授Nature發(fā)表線粒體重要成果

2016年08月21日訊 來自英國醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)(MRC)線粒體生物學(xué)部

,MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員,揭示出了哺乳動(dòng)物線粒體呼吸鏈復(fù)合體I(complex I)的結(jié)構(gòu)

MRC線粒體生物學(xué)部的Judy Hirst和MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Kutti R. Vinothkumar是這篇論文的共同通訊作者?div id="d48novz" class="flower left">

,F(xiàn)任職于南京中醫(yī)藥大學(xué)的朱家鵬(Jiapeng Zhu)教授是這篇論文的第一作者。朱教授長期從事執(zhí)行重要功能的生物大分子特別是膜蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能的研究
,在Nature, PNAS, Biochemistry等雜志以第一或者并列第一作者身份發(fā)表文章數(shù)篇

線粒體作為真核細(xì)胞的重要“能量工廠”

,是細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用的場所
,呼吸作用包括檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化兩個(gè)過程
,其中氧化磷酸化過程的電子傳遞鏈(又稱線粒體呼吸鏈)位于線粒體內(nèi)膜上,由四個(gè)相對分子量很大的跨膜蛋白復(fù)合體(I
、II
、III和IV)、介于I/II與III之間的泛醌以及介于III與IV之間的細(xì)胞色素c共同組成
。線粒體呼吸鏈的功能是進(jìn)行生物氧化
,并與稱之為復(fù)合物V的ATP合成酶相偶聯(lián),共同完成氧化磷酸化過程
,并產(chǎn)生能量分子ATP
。線粒體呼吸鏈的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究對于徹底連接電子傳遞和能量轉(zhuǎn)化的機(jī)理是至關(guān)重要的。

線粒體呼吸鏈復(fù)合體I

,又稱NADH泛醌氧化還原酶,也稱NADH脫氫酶
,是線粒體呼吸鏈電子傳遞系統(tǒng)的主要入口
,是呼吸鏈四個(gè)膜蛋白復(fù)合體中最為復(fù)雜、相對分子質(zhì)量最大
,包含亞基最多的一個(gè)復(fù)合體
。在哺乳動(dòng)物線粒體中復(fù)合體I催化了NADH的2個(gè)電子傳遞至輔酶Q,同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙
。哺乳動(dòng)物線粒體復(fù)合體I由45個(gè)不同亞基組成
,包含保守存在于從細(xì)菌到人類各種生物體中的14個(gè)核心亞基(催化機(jī)器的定位之所),及31個(gè)哺乳動(dòng)物特異性的額外亞基(supernumerary subunits)
。然而當(dāng)前對于這些額外亞基結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)是不完全的

在這篇文章中研究人員描述了來自牛(Bos taurus)的線粒體復(fù)合體I的單顆粒低溫電子顯微鏡結(jié)構(gòu),分辨率達(dá)到4.2埃(

?)
。他們定位并建立所有45個(gè)亞基的模型,包括31個(gè)額外亞基
,提供了這一哺乳動(dòng)物復(fù)合體的完整結(jié)構(gòu)
。這些結(jié)構(gòu)為了解復(fù)合體I組裝
,及引起臨床相關(guān)復(fù)合體I功能障礙的突變所產(chǎn)生的影響奠定了基礎(chǔ),并認(rèn)識(shí)了額外亞基的結(jié)構(gòu)和功能作用
,揭示出了有關(guān)催化機(jī)制和調(diào)控的一些新信息

眾所周知,線粒體是我們細(xì)胞中的發(fā)電廠

,它利用呼吸作用來釋放我們食物中的能量
,捕獲三磷酸腺苷(ATP)分子中的能量。在發(fā)表于2015年7月30日Cell雜志上的兩篇研究論文中
,來自麻省理工學(xué)院的研究人員揭示出了增殖細(xì)胞
,包括腫瘤細(xì)胞需要線粒體呼吸作用的原因。盡管有許多其他的途經(jīng)可以生成ATP
,得不到呼吸作用提供的電子受體細(xì)胞無法進(jìn)行增殖(兩篇Cell文章揭示驚人發(fā)現(xiàn):至關(guān)重要的氨基酸 )

線粒體是細(xì)胞內(nèi)的重要器官,負(fù)責(zé)從營養(yǎng)物質(zhì)中提取能量

,并將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可用的能源
。科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上
,提出了修訂版的線粒體作用模型
,他們對這一新模型進(jìn)行了驗(yàn)證。文章發(fā)表在2013年的Science雜志上(Science修訂線粒體作用模型 )

線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力工廠”

,而其中呼吸鏈復(fù)合物起著重要作用,只是一直以來人們都不知道這些復(fù)合物是如何生成的
。德國哥廷根的科學(xué)家研究表明
,新發(fā)現(xiàn)的蛋白復(fù)合物“MITRAC”是實(shí)現(xiàn)這一過程的關(guān)鍵。相關(guān)成果發(fā)表在2012年12月21日的Cell雜志上(Cell:呼吸鏈復(fù)合物生成機(jī)理揭開)

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