Science：新研究解析出线粒体超级复合物的高分辨率结构

我们星球上的大多数生物，无论是植物、动物还是人类，其细胞中都含有线粒体。线粒体是我们细胞中的能量工厂，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，线粒体利用呼吸中的氧气和食物中的碳水化合物来再生ATP，其中ATP是细胞的通用能量货币。这种功能是由称为呼吸复合物（respiratory complex）的蛋白质执行的，它们在能量产生过程中协同工作。尽管这些呼吸复合物是在70年前发现的，但是在此之前，它们在线粒体内的确切组织仍然难以捉摸。

在一项新的研究中，由瑞士巴塞尔大学生物中心的Florent Waltz博士和Ben Engel教授领导的一个研究团队利用前沿的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，负责能量产生的蛋白质会组装成大型的“超级复合物”，在提供细胞能量方面发挥着至关重要的作用。

Waltz解释道，“我们的数据显示，呼吸链中的蛋白在线粒体的特定膜区域分布，粘附在一起并形成一种主要类型的超级复合物。使用电子显微镜，可以清楚地看到单个超级复合物——我们可以直接看到它们的结构和工作原理。这种呼吸超级复合物将质子泵送到线粒体膜上。这些产生ATP的超级复合物的作用类似于水磨，利用这种质子流来驱动ATP的产生。”

负责高效生产能量的线粒体结构

研究人员研究了莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）活细胞中的线粒体。Waltz说，“我们非常惊讶的是，所有的蛋白质实际上都组装在这样的超级复合物中。这种架构可能会使ATP的生产更高效，优化电子流，并最大限度地减少能量损失。”

除了这些超级复合物，研究人员还能够更仔细地研究线粒体的膜结构。Engel说，“这有点让人联想到肺组织：线粒体内膜有许多褶皱，可以增加表面积，以适应尽可能多的呼吸复合物。”

在未来，研究人员的目标是揭示为什么呼吸复合物是相互关联的，以及这种协同作用如何提高细胞呼吸和能量生产的效率。这项研究也可能为生物技术和健康提供新的见解。

Waltz解释说，“通过研究这些呼吸复合物在其他生物中的结构，我们可以更广泛地了解它们的基本组装原理。这不仅可能揭示进化适应，还可能帮助我们理解为什么这些呼吸复合物的破坏会导致人类疾病。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Florent Waltz et al, In-cell architecture of the mitochondrial respiratory chain, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads8738.