作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/10/7 15:54:41
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科学家首次描述细胞必需的蛋白质复合体结构

 

当CIII2CIV组装成一个超复合体时,它的两部分被一个像鱼钩一样的分子固定在一起。这优化了细胞的新陈代谢。图片来源:奥地利科学技术研究所/Verena Resch Luminous实验室

为了完成诸多任务,细胞需要能量。在能量来源线粒体中,食物中的能量转化为三磷酸腺苷(ATP)分子。它作为一种燃料,驱动从肌肉收缩到DNA组装的大多数细胞过程。奥地利科学技术研究所的Leonid Sazanov和Irene Vercellino首次精确展示了哺乳动物细胞中蛋白质组装过程。

Vercellino和Sazanov利用低温电子显微镜技术,观察了极小样本在自然状态下的情况。他们展示了所谓的超复合体CIII2CIV的确切结构。这种蛋白质结构块的组装能泵送带电粒子和质子,通过线粒体膜,这是启动细胞内能量转换过程必需的。

因此,该结构完成了与汽车起动电池类似的任务。到目前为止,研究人员发现,CIII2CIV只在植物和酵母细胞中被描述过,而且呈现出了非常不同的形式。

为了解人类等动物的细胞是如何产生能量的,研究人员观察了老鼠和绵羊细胞,结果让他们感到惊讶。

“没有人能预测分子SCAF1的作用方式。”Sazanov说。先前的研究已经表明,分子SCAF1在两个蛋白质复合物的组装过程中发挥了作用,这两个复合物共同形成了CIII2CIV。跟仅仅在表面上与两个蛋白质复合物相互作用不同,这种分子在连接到复合物IV的同时,能深入到复合物III的内部。一旦它被吞下,就不能出来了。

此外,科学家们表示,CIII2CIV有两种不同的形式—— 一种是锁定的,另一种是未锁定的或成熟的。“在锁定状态下,复合体III的一些部分仍然缺失,两个复合物之间的相互作用非常密切。”Sazanov描述道。然而,一旦它完全组装好,这两个复合物就会通过SCAF1连接起来,而不会相互妨碍。“为了完成它的任务,复杂III可能更喜欢不受干扰的运动。”他假设。

另一方面,组装成一个超复合物,加速了化学反应进程,这对动物有很大的好处。已经证明,缺少SCAF1分子的小鼠和斑马鱼体形明显更小,而且更不健康,生育能力更低。

Vercellino和Sazanov描述了这种分子在形成CIII2CIV中的作用,CIII2CIV优化了细胞代谢。这是谜团的最后一块——该团队现在确定了哺乳动物线粒体中所有超复合物的结构。该成果为线粒体疾病的新疗法奠定了基础。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03927-z

 
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