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《科学》:细胞可用全新机制使用储存能量

  科学:细胞使用全新的机制来储存能量

  线粒体呼吸膜蛋白的科学家公开了复合结构Ⅰ
德国科学家公布的结构线粒体呼吸链复合物Ⅰ膜蛋白,发现了分子复合物中能量转化的新机制,通过这个机制使用储存在营养物中的能量。相关研究成果发表在7月1日的“科学”(Science)杂志网络版。有氧呼吸是动植物呼吸的主要形式,在碳水化合物等有机物等酶的催化作用下,细胞内的氧被完全氧化分解产生二氧化碳和水,同时释放出大​​量的能量。细胞内能量物质的转换发生在线粒体中,所以线粒体是向细胞提供能量的“发电厂”。氧化过程由线粒体内膜上的四种呼吸链膜蛋白复合物(复合物I,II,III和IV)进行。自20世纪50年代以来,这四种膜蛋白复合物的结构分析已成为生物界的热点和焦点。迄今为止,美国,日本和中国的科学家已经分别分析了线粒体膜蛋白复合物III,IV和II,但是复合物I的精细结构一直是个谜。经过十多年的研究,德国科学家终于成功地完成了线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅰ晶体结构的X射线结构分析。这个巨大且极其复杂的复合体由40多种不同的蛋白质组成组成。这项重要的研究是与德国弗赖堡大学生物化学与分子生物学研究所的Corolla Hunt教授,Ulrich Brandt教授和Volker Ziehlmann博士合作完成的。储存的能量以营养的形式存在于线粒体的外部,吸收到细胞内的一种常见的能源腺苷三磷酸(ATP)中。 ATP在线粒体中的产生经历了几个步骤,主要步骤是氢气向水氧化的爆破气体反应。在实验室里,人们可以让氢气和氧气互相反应,以热的形式释放储存在原材料中的能量。当生物氧通过呼吸链蛋白复合膜时,能量被控制在小包装中释放出来。这些能量,如燃料电池中的那些能量,被转化为用于合成ATP的最终电子膜的电势。人类线粒体的表面积约为14,000平方米,每天产生约65千克ATP。
膜蛋白复合物的新结构模型我解释了关于它是如何工作的重要和意想不到的信息。 “分娩指南”不是已知分子形式的蛋白质,通过纳米机械耦合完成蛋白质复合体内部的能量转移,并且可以像蒸汽火车上的轮系杆一样起作用。线粒体呼吸链的结构生物学是彻底了解细胞内电子转移和能量转换机制的基础。由于膜蛋白复合物I的功能性失活可导致帕金森病,阿尔茨海默病等神经退行性疾病以及人类衰老,因此详细了解其功能具有特殊的医学意义。
 

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