我国科学家在线粒体呼吸链研究领域取得重要进展
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发布时间：2017-09-25
图. 人源呼吸链超超级复合物整体结构
人源线粒体呼吸链超超级复合物I2III2IV2结构模型（左上）；线粒体膜间隙一侧，复合物III和IV中细胞色素c结合位点（左下）。线粒体呼吸链复合物完整聚合形式预测模型I2II2III2IV2（右上）；线粒体膜间隙一侧，细胞色素c参与电子传递时在复合物III和IV之间的运动路径（右下）。Megacomplex，超超级复合物；M线粒体基质；IM，线粒体内膜；IM，线粒体膜间隙；CI，复合物I；CII，复合物II；CIII，复合物III；CIV，复合物IV；Cyt.c，细胞色素c。
在国家自然科学基金项目（项目编号：31625008）等资助下，清华大学生命科学学院杨茂君教授研究组在人源线粒体呼吸链超超级复合物领域取得重要进展，相关研究成果以“Architecture o Human Mitochondrial Respiratory Megacomplex I2III2IV2”（人源线粒体呼吸链超超级复合物I2III2IV2的结构）为题，于2017年8月24日在Cell杂志在线发表。
呼吸作用是生物体内最基础的能量代谢活动之一，是由位于线粒体内膜上的四种呼吸链蛋白复合物分步完成的，这四种蛋白复合物分别为复合物I（NADH脱氢酶）、复合物II（琥珀酸脱氢酶）、复合物III（细胞色素c还原酶）和复合物IV（细胞色素c氧化酶）。对线粒体呼吸链的研究一直都是国际生命科学领域的热点之一。人类线粒体呼吸链系统异常会导致如阿兹海默综合症、帕金森综合症、多发性硬化、少年脊髓型共济失调以及肌萎缩性脊髓侧索硬化症等多种疾病。由于人源线粒体呼吸链蛋白复合物的纯化条件极为苛刻、难度系数大，所以针对这些蛋白的药物筛选一直都很难开展。
杨茂君教授研究组首次获得了人源细胞的呼吸链蛋白复合物样品，并且运用冷冻电镜三维重构的方法，突破性地解析了目前所知的人源呼吸链蛋白最高级的组织形式—超超级复合物（MCI2III2IV2）中高分辨率三维结构，以及超级复合物（SCI1III2IV1）的原子分辨率结构，证明了线粒体呼吸链复合物存在更高级的组成形式，为此前一直处于各种猜想阶段的最高级线粒体呼吸链复合物组织形式的存在提供了直接的证据。
杨茂君教授课题组通过对结构的分析还发现，在线粒体呼吸链超超级和超级复合物中，两个复合物III的单体都是有活性的。此外，通过计算机模拟的方法，研究组还首次将复合物II的结构嵌入进呼吸链超级复合物的模型之中，将全部四个呼吸链复合物在结构水平统一到了一起，巧妙的预测了呼吸链复合物全新的完整聚合形式，为以后的研究提供了新的思路。
杨茂君教授研究组建立的一系列蛋白纯化方法和技术为今后的药物研发打下了良好的基础，其结构的解析不仅阐明了这些蛋白的作用方式及反应机理，也为人类攻克线粒体呼吸链系统异常所导致的疾病提供了一个良好的开端。
（本文转载国自然基金委员会）
