南京中醫(yī)藥大學特聘教授Nature發(fā)表線粒體重要成果

南京中醫(yī)藥大學特聘教授Nature發(fā)表線粒體重要成果

2016年08月21日訊 來自英國醫(yī)學研究理事會（MRC）線粒體生物學部，MRC分子生物學實驗室的研究人員，揭示出了哺乳動物線粒體呼吸鏈復合體I（complex I）的結(jié)構(gòu)。

MRC線粒體生物學部的Judy Hirst和MRC分子生物學實驗室的Kutti R. Vinothkumar是這篇論文的共同通訊作者。現(xiàn)任職于南京中醫(yī)藥大學的朱家鵬（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。

線粒體作為真核細胞的重要“能量工廠”，是細胞進行呼吸作用的場所，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，由四個相對分子量很大的跨膜蛋白復合體（I、II、III和IV）、介于I/II與III之間的泛醌以及介于III與IV之間的細胞色素c共同組成。線粒體呼吸鏈的功能是進行生物氧化，并與稱之為復合物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)生物學研究對于徹底連接電子傳遞和能量轉(zhuǎn)化的機理是至關(guān)重要的。

線粒體呼吸鏈復合體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，是呼吸鏈四個膜蛋白復合體中最為復雜、相對分子質(zhì)量最大，包含亞基最多的一個復合體。在哺乳動物線粒體中復合體I催化了NADH的2個電子傳遞至輔酶Q，同時將4個質(zhì)子由線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。哺乳動物線粒體復合體I由45個不同亞基組成，包含保守存在于從細菌到人類各種生物體中的14個核心亞基（催化機器的定位之所），及31個哺乳動物特異性的額外亞基（supernumerary subunits）。然而當前對于這些額外亞基結(jié)構(gòu)和功能的認識是不完全的。

在這篇文章中研究人員描述了來自牛（Bos taurus）的線粒體復合體I的單顆粒低溫電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，分辨率達到4.2埃（？）。他們定位并建立所有45個亞基的模型，包括31個額外亞基，提供了這一哺乳動物復合體的完整結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)為了解復合體I組裝，及引起臨床相關(guān)復合體I功能障礙的突變所產(chǎn)生的影響奠定了基礎(chǔ)，并認識了額外亞基的結(jié)構(gòu)和功能作用，揭示出了有關(guān)催化機制和調(diào)控的一些新信息。

眾所周知，線粒體是我們細胞中的發(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，來自麻省理工學院的研究人員揭示出了增殖細胞，包括腫瘤細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胞無法進行增殖（兩篇Cell文章揭示驚人發(fā)現(xiàn)：至關(guān)重要的氨基酸 ）。

線粒體是細胞內(nèi)的重要器官，負責從營養(yǎng)物質(zhì)中提取能量，并將其轉(zhuǎn)化為細胞可用的能源?？茖W家們在實驗觀察的基礎(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行了驗證。文章發(fā)表在2013年的Science雜志上（Science修訂線粒體作用模型 ）。

線粒體是細胞的“動力工廠”，而其中呼吸鏈復合物起著重要作用，只是一直以來人們都不知道這些復合物是如何生成的。德國哥廷根的科學家研究表明，新發(fā)現(xiàn)的蛋白復合物“MITRAC”是實現(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：呼吸鏈復合物生成機理揭開）。

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