線粒體中的大型超級復合體決定了細胞呼吸的方式

真核生物通過線粒體中的細胞呼吸產生生存的能量，這一過程被稱為氧化磷酸化。在這個過程中，營養物質和氧氣被轉化為一種化學形式的能量--ATP。這是由線粒體內的電子傳輸鏈建立的質子梯度實現的。該梯度由線粒體內膜上的一系列四個呼吸復合體驅動。

發表在《自然》雜志上的一項研究結合了單粒子、斷層掃描、分子模擬和生物物理學，揭示了生物能量的宏觀組合以及它們如何塑造線粒體膜。該研究發現，在嗜熱四膜蟲--一種在池塘和湖泊中發現的自由生活的單細胞真核生物的所有四個呼吸復合體都聯系在一起。它們形成了一個巨大的5.8兆噸的超級復雜的復合體，由150個蛋白質組成，至少有300個跨膜螺旋和311個脂質。由于亞單位的獲得和延伸，復合體I與復合體III的二聚體結合，該復合體傾斜了37度。復合體I還與復合體IV二聚體結合，產生一個間隙，作為復合體II的結合點。該研究表明，這種組裝對生物能膜的形成至關重要。

呼吸復合物的蛋白亞單位的進化導致了I-II-III2-IV2的裝配，有助于生物能膜的塑造，從而使其功能專業化。

最耐人尋味的發現之一是，復合物IV的一個名為COX3的亞單位被一分為二。分裂發生在基因水平上，然后每個片段都被擴展，為復合物之間的一些界面做出貢獻。復合物間接觸的功能增益代表了一種進化機制，顯示了中性的分子復雜性如何能夠變得有益。

研究結果強調了呼吸復合物的蛋白質亞單位的進化引發了超級復合物的組裝，它積極地促進了線粒體膜曲率的誘導，這對于線粒體的正常功能是必要的。這樣，超級復合物塑造了線粒體的宏觀結構，最終優化了ATP的合成。因此，呼吸系統超級復合物不僅具有酶的功能，而且還具有塑造膜的結構功能，兩者共同支持能量轉換，為生命提供燃料。

有關這項研究的更多信息，請參見科學家確定了完整的呼吸系統超級復合體。