科学家首次成功地实时检测生物电子转移

【字体: 时间:2008年03月06日 来源:生物通

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  细胞呼吸发生在真核生物的线粒体内膜上,以及原核生物的细胞质膜上,其中的电子转移非常重要,是机体将食物中的能量转移到ATP的关键。科学家最近在极低的温度下终止上述反应,并通过一个特殊的仪器捕获不同时间点的电子转移。该研究结果有助于了解线粒体疾病。

  生物通报道:芬兰赫尔辛基大学的两位研究人员Michael Verkhovsky博士和Marten Wikstrom教授领导一个研究小组,首次成功地实时检测到复合体I的电子转移。这项工作未来可能会有医学用途,因为绝大多数母性遗传的线粒体疾病都是由复合体I丧失功能所致。

研究人员研制出一个特别的仪器,通过它可以在不同的时间点捕获酶催化的电子转移,因为反应预先在液氮的温度下终止了。该仪器能够达到微秒(百万分之一秒)的精确度。电子是极小的基本粒子,因此转移得非常迅速。这项研究结果发表在《PNAS》上。该结果在分子水平上揭示了一定的复合体I的功能。

电子转移是细胞中许多化学反应的核心。电子转移在细胞呼吸中的功能尤其重要。细胞呼吸发生在真核生物的线粒体内膜上,以及原核生物的细胞质膜上。在细胞呼吸中,来源于食物的将被氧化成二氧化碳,其中释放出的自由电子转移到呼吸链。呼吸链由三个膜结合的酶复合物组成,转移的电子最终与呼吸的氧气反应并将其还原成水。

细胞中电子转移的目的是释放食物中主要的能量,将能量以更合适的形式保存——ATP(三磷酸腺苷),然后细胞在进行耗能的反应时再调用ATP。像生物合成、主动运输和机械工作等等都需要ATP,是胎儿发育和生长,神经和肾发挥功能,肌肉收缩等重要生理活动必不可少的。细胞呼吸中的能量在两个阶段被转移到ATP上。呼吸链的作用是将电子转移和带正电质子的跨膜转移偶联起来,因此线粒体质膜(或者细菌细胞的质膜)两边带上不同的电荷,就像电池充电一样。在第二个阶段,膜两边的电压驱使质子再次跨膜转运,同时通过一个非常特别的分子机制偶联合成ATP。

呼吸链的第一个复合体就被称为复合体I。高能量的电子以还原的NADH辅酶的形式转移到这个复合体中,NADH辅酶被氧化成NAD+后,贡献出两个电子。然后,这些电子沿着复合体I中的数个蛋白结合的离子/硫中心,最终到达泛醌,并将泛醌还原。这个反应是由复合体I催化,导致质子的跨膜转运,最终形成“充电的电池”。到后面,还原的泛醌又把它的电子贡献给呼吸链(最终给氧原子),自身氧化后再供复合体I使用。(生物通,揭鹰)
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