研究发现线粒体中的大型超级复合体决定了细胞呼吸的方式

真核生物通过线粒体中的细胞呼吸产生生存的能量，这一过程被称为氧化磷酸化。在这个过程中，营养物质和氧气被转化为一种化学形式的能量--ATP。这是由线粒体内的电子传输链建立的质子梯度实现的。该梯度由线粒体内膜上的一系列四个呼吸复合体驱动。

发表在《自然》杂志上的一项研究结合了单粒子、断层扫描、分子模拟和生物物理学，揭示了生物能量的宏观组合以及它们如何塑造线粒体膜。该研究发现，在嗜热四膜虫--一种在池塘和湖泊中发现的自由生活的单细胞真核生物的所有四个呼吸复合体都联系在一起。它们形成了一个巨大的5.8兆吨的超级复杂的复合体，由150个蛋白质组成，至少有300个跨膜螺旋和311个脂质。由于亚单位的获得和延伸，复合体I与复合体III的二聚体结合，该复合体倾斜了37度。复合体I还与复合体IV二聚体结合，产生一个间隙，作为复合体II的结合点。该研究表明，这种组装对生物能膜的形成至关重要。

呼吸复合物的蛋白亚单位的进化导致了I-II-III2-IV2的装配，有助于生物能膜的塑造，从而使其功能专业化。

最耐人寻味的发现之一是，复合物IV的一个名为COX3的亚单位被一分为二。分裂发生在基因水平上，然后每个片段都被扩展，为复合物之间的一些界面做出贡献。复合物间接触的功能增益代表了一种进化机制，显示了中性的分子复杂性如何能够变得有益。

研究结果强调了呼吸复合物的蛋白质亚单位的进化引发了超级复合物的组装，它积极地促进了线粒体膜曲率的诱导，这对于线粒体的正常功能是必要的。这样，超级复合物塑造了线粒体的宏观结构，最终优化了ATP的合成。因此，呼吸系统超级复合物不仅具有酶的功能，而且还具有塑造膜的结构功能，两者共同支持能量转换，为生命提供燃料。

有关这项研究的更多信息，请参见科学家确定了完整的呼吸系统超级复合体。

标签： 细胞呼吸 自然科学 生物物理学 生物能量