动物实验,动物线粒体 中国实验动物信息网 2020-10-12 543

　　线粒体是我们细胞的能量工厂，线粒体产生的能量支持生命，重要的是一个巨大的分子质子泵，称为复合体I（Complex I）。它会引发一系列反应并建立质子梯度来促进ATP的产生。复合物I发挥着核心作用，但其质子跨膜运输的机制仍不清楚。

　　现在，在一项新研究中，奥地利科学技术学院的Leonid Sazanov及其团队解决了复合物I的工作原理之谜：将其本构变化和静波结合起来，将质子转变为线粒体矩阵。要移动它。

　　复合物I是呼吸链中的*种酶。呼吸链由线粒体内膜中的一系列蛋白质复合物组成，负责细胞的大部分能量产生。在呼吸链中，三种膜蛋白建立了质子梯度，将质子从细胞质移动到线粒体基质。驱动此过程的能量主要来自NADH分子（来自我们所吃的食物）和呼吸的氧气之间的电子转移。 ATP合酶是呼吸链中的*后一个蛋白质，并利用该质子梯度产生ATP。

　　Complex I不仅在生活中起着核心作用，而且在规模上也非常有趣。真核复合物I的分子量为1兆道尔顿，是*大的膜蛋白之一。这种大小也使研究化合物I变得困难。在2013年分析了相对简单的细菌酶的结构后，2016年，Sazanov团队率先确定了哺乳动物I复合体的结构。然而，复合物I使质子跨膜移动的机制是有争议的。萨扎诺夫说：“有一种观点认为，复合物I的一部分起着活塞的作用，打开和关闭质子的通道。另一种观点是，复合物I中心的氨基酸残基起着驱动器的作用。”

　　另一个，我发现它已经配置好了。在亲水臂中，电子从NADH转移到疏水电子载体醌。膜臂是质子传输的地方。与防转运蛋白（anti-porter）子系统关联的结构有三种，一个子系统包含醌耦合腔。在这个与醌结合的腔中，络合物I在每个催化循环中将两个电子转移至醌，并且醌进一步将电子转移至络合物III和络合物IV。但是，由于这些类似反向转运蛋白的亚基距离醌结合腔太远，电子和醌之间的相互作用如何使每个催化循环的四个质子跨膜移动？神秘是。为了解决这个问题，Sazanov团队对绵羊的化合物I进行了低温电子显微镜检查。通过一系列的努力，论文的*作者，萨萨诺夫团队的博士生Domen Kampjut解决了在不同条件下获得的23种不同复合物的结构。通过添加NADH和Kinon，您可以捕获工作中的Complex I图像，并在工作时更改两个主要状态之间的构象。由于具有高分辨率，因此可以识别蛋白质中的水分子。这是实现质子转移的关键。它们为膜臂中心轴上的许多水分子提供了一种途径，使质子在极性氨基酸残基和水之间跳跃，从而形成沿膜和跨膜的通道。

　　但是只有在离Kinon*远的子系统中，质子才跳过膜。其他两个子系统提供了该*远子系统和醌之间的键。当醌结合腔“等待”醌到达时，螺旋会阻塞膜臂中心轴上的水丝。当醌结合至醌结合腔时，该区域周围的蛋白质构象发生剧烈变化，从而导致螺旋旋转。这时，水管连接了复合物I的所有膜子系统，两个质子移至醌以完成醌的还原。该机制的重要部分是静态波，其中在*反转运蛋白附近产生电荷，并引发带电氨基酸残基之间的相互作用。静波沿这些反向转运体传播，总共四个。

　　Sazanov解释： “我们发现了在复合体I中起作用的一种新的出乎意料的机制。构象变化和静波的结合促进了质子通过膜的转移。这似乎有些过分，但这可能是有用的。这种机制仍然很健壮。“