Science修订线粒体作用模型

　　

生物通报道：线粒体是细胞内的重要器官，负责从营养物质中提取能量，并将其转化为细胞可用的能源。2008年科学家们在实验观察的基础上，提出了修订版的线粒体作用模型，他们对这一新模型进行了验证。文章发表在本期的Science杂志上。

营养物质的摄取消化和吸收，是为了给机体内的细胞提供能量。消化道对营养物质进行分解，从糖/碳水化合物释放葡萄糖，从蛋白释放氨基酸，从脂肪释放脂肪酸。这些产物随后进入细胞，在线粒体中被加工，从而释放能量。

这项研究的领导者Dr. Enríquez说：“理解细胞的产能机制是了解生命系统的基础，这也是上个世纪生化领域的主要研究课题。人们在八十年代初期，阐述了线粒体完成上述任务的过程，又在九十年代解析了相关分子的结构。线粒体的产能机制，被认为是人们最为了解的细胞过程之一。”

然而，科学家们在研究线粒体疾病时，却发现事情没那么简单。此前的线粒体作用模型，无法解释这些疾病的症状，人们也无法利用这一模型开发出有效的治疗方式。这些都说明我们对线粒体功能的了解并不完全。

食物分子所释放出的能量，被暂时储存在两类分子中（N和F）。这类分子不能作为细胞的直接能量源，需要线粒体中的五种复合体（I、II、III、IV和V），将其中储存的能量转化为细胞的通用能源ATP。

人们一直认为，上述五种复合体在线粒体内膜中自由飘浮，不存在相互作用。而Dr. Enriquez的团队发现这一观点并不正确。“这五种复合体并不是独行侠，”Dr. Enríquez解释道。“它们会以不同的组合，形成呼吸链超级复合体。而我们的这项新研究，阐明了这些超级复合体的作用。”

研究显示，这些超级复合体的组成是动态的，可以根据N和F分子的相对丰度进行优化，提高超级复合体提取能量的效率。也就是说，超级复合体的组成，能够反映食物中的营养组成。

研究人员解析了超级复合体的组成，阐明了不同复合体组合的功能。“细胞从食物分子中提取能量的系统，比人们所设想的更为多变，可以根据食物的营养组成（或者特定的细胞类型）进行调解，”Dr. Enríquez说。

研究团队还意外的发现，在遗传学分析中使用得最广泛的小鼠系，不能正确装配呼吸链超级复合体。在这种情况下，用这些小鼠进行实验，并将结果推理到人类，就并不那么可靠。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Supercomplex Assembly Determines Electron Flux in the Mitochondrial Electron Transport Chain

The textbook description of mitochondrial respiratory complexes (RCs) views them as free-moving entities linked by the mobile carriers coenzyme Q (CoQ) and cytochrome c (cyt c). This model (known as the fluid model) is challenged by the proposal that all RCs except complex II can associate in supercomplexes (SCs). The proposed SCs are the respirasome (complexes I, III, and IV), complexes I and III, and complexes III and IV. The role of SCs is unclear, and their existence is debated. By genetic modulation of interactions between complexes I and III and III and IV, we show that these associations define dedicated CoQ and cyt c pools and that SC assembly is dynamic and organizes electron flux to optimize the use of available substrates.