科學家成功揭示線粒體呼吸鏈膜蛋白復合物Ⅰ結構

　　德國科學家成功揭示細胞線粒體呼吸鏈膜蛋白復合物Ⅰ的結構，并發(fā)現(xiàn)了分子復合物中的全新能量轉換機制，細胞可通過該機制使用儲存在營養(yǎng)中的能量。相關研究成果發(fā)表在7月1日的《科學》（Science）雜志網(wǎng)絡版上。

　　有氧呼吸是動植物進行呼吸作用的主要形式，細胞在氧的參與下，通過酶的催化作用將糖類等有機物*氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時釋放出大量能量。細胞內的能量物質轉換發(fā)生在線粒體中，因此線粒體是為細胞提供能量的“動力工廠”。其氧化過程由線粒體內膜上的4個呼吸鏈膜蛋白復合物（簡稱復合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和IV）來完成。從20世紀50年代開始，關于這4個膜蛋白復合物的結構解析成為生物學界的熱點和焦點，迄今為止，美國、日本和中國的科學家已分別解析了線粒體膜蛋白復合物Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ的晶體結構，而復合物Ⅰ的精細結構卻一直還是個謎。

　　經(jīng)過十幾年的研究，德國科學家終于成功完成了線粒體呼吸鏈膜蛋白復合物Ⅰ晶體結構的X射線結構分析，這種巨大且極其復雜的復合物由40多個不同的蛋白質組成。德國弗賴堡大學生物化學與分子生物學研究所的卡羅拉·亨特教授、烏爾里克·勃蘭特教授和沃爾克·齊克爾曼博士合作完成了這一重要研究。

　　線粒體把外部吸收來的以營養(yǎng)形式存儲的能量在細胞內轉換為普遍的能量來源三磷酸腺苷（ATP）。ATP在線粒體中的生產(chǎn)要經(jīng)歷多個步驟，主要步驟為氫氣氧化為水的爆鳴氣反應。在實驗室中人們可以讓氫氣和氧氣相互反應，使存儲在原料中的能量以熱的形式釋放出來，而在生物氧通過呼吸鏈蛋白復合物膜時，能量受到控制，被釋放在小包中。這些能量像在燃料電池中那樣被轉化為zui終用于合成ATP的電子膜電位，人體內線粒體的表面積總計約1.4萬平方米，每天大約可以生成65公斤的ATP。

　　膜蛋白復合物Ⅰ的新結構模型解釋了其工作原理的重要和意想不到的信息。一個不是由已知分子形式的蛋白組成的“傳輸導桿”通過納米尺度的機械耦合完成了蛋白復合物內部的能量傳輸，可像蒸汽火車的車輪連桿一樣進行力的傳遞。

　　線粒體呼吸鏈的結構生物學研究對于*了解細胞內電子傳遞和能量轉化的機理至關重要。因為膜蛋白復合物Ⅰ的功能失活會導致帕金森氏癥或阿爾茨海默氏癥等神經(jīng)退行性疾病以及人體老化等，詳細理解它的功能具有特別的醫(yī)學意義。

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