巴塞爾的科學家們發現，線粒體中產生能量的蛋白質形成了大型超復合體，提高了ATP的生產效率，并為細胞生物學、進化和疾病提供了新的見解。

線粒體，通常被稱為細胞的發電站，負責產生幾乎所有重要細胞過程所需的能量。瑞士巴塞爾大學的研究人員現在使用低溫電子斷層掃描技術以前所未有的細節研究線粒體，揭示了對其內部結構的新見解。

他們的發現表明，負責產生能量的蛋白質，被稱為呼吸復合物，并不是單獨工作的。相反，它們組裝成稱為“超復合體”的大型結構，在有效產生ATP（細胞的主要能量來源）方面起著關鍵作用。

線粒體存在于幾乎所有生物的細胞中，包括植物、動物和人類。它們利用我們呼吸的氧氣和食物中的碳水化合物產生ATP來產生能量，ATP為基本的細胞功能提供動力。

盡管這些呼吸復合體在70年前就被發現了，但它們在線粒體內的確切組織直到現在仍然難以捉摸。利用最先進的低溫電子斷層掃描技術，由巴塞爾大學生物中心的弗洛倫特·瓦爾茲（Florent Waltz）博士和本·恩格爾（Ben Engel）教授領導的研究人員能夠以前所未有的分辨率直接在細胞內創建呼吸鏈的高分辨率圖像。這項研究的結果發表在《科學》雜志上。

對細胞動力的新認識

“我們的數據顯示，呼吸蛋白在線粒體的特定膜區域組織，粘在一起，形成一種主要類型的超復合體，”SNSF Ambizione研究員、該研究的第一作者弗洛倫特·瓦爾茲解釋說。

“使用電子顯微鏡，單個超配合物清晰可見 —— 我們可以直接看到它們的結構和工作原理。呼吸超復合體將質子泵過線粒體膜。ATP生產復合體的作用類似于水磨，利用質子流來驅動ATP的產生。”

高效能源生產的線粒體結構

研究人員檢查了萊茵衣藻活細胞中的線粒體。瓦爾茲說：“我們非常驚訝，所有的蛋白質實際上都是在這樣的超級復合體中組織的。”“這種結構可能會提高ATP的生產效率，優化電子流，并最大限度地減少能量損失。”

除了超復合體，研究人員還能夠更仔細地檢查線粒體的膜結構。“這有點像肺組織：內部線粒體膜有許多褶皺，增加表面積，以容納盡可能多的呼吸復合物，”本·恩格爾說。

對進化和健康的看法

在未來，研究人員的目標是揭示呼吸復合物相互聯系的原因，以及這種協同作用如何提高細胞呼吸和能量產生的效率。這項研究還可能為生物技術和健康提供新的見解。

瓦爾茲解釋說：“通過檢查其他生物體中這些復合物的結構，我們可以對它們的基本組織有更廣泛的了解。”“這不僅可以揭示進化適應，還可以幫助我們理解為什么這些復合物的破壞會導致人類疾病。”

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