线粒体呼吸链膜蛋白复合体的结构

线粒体作为真核细胞的重要“能量工厂”,是细胞进行呼吸作用的场所,呼吸作用包括柠檬酸循环和氧化磷酸化两个过程,其中氧化磷酸化过程的电子传递链（又称线粒体呼吸链）位于线粒体内膜上,由四个相对分子质量很大的跨膜蛋白复合体（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、和Ⅳ）、介于Ⅰ／Ⅱ与Ⅲ之间的泛醌以及介于Ⅲ与Ⅳ之间的细胞色素c共同组成。线粒体呼吸链的功能是进行生物氧化,并与称之为复合物V的ATP合成酶（磷酸化过程）相偶联,共同完成氧化磷酸化过程,并生产能量分子ATP。线粒体呼吸链的结构生物学研究对于彻底了解电子传递和能量转化的机理是至关重要的,本文分别论述线粒体呼吸链复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的结构,并跟踪线粒体呼吸链超复合体的结构研究进展。     

线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅱ的三维结构解析

线粒体作为细胞器,是细胞内的动力工厂,是细胞发生有氧呼吸作用的主要场所,它的功能是通过氧化磷酸化进行能量转换,为细胞活动提供能量。其中,氧化过程由线粒体内膜上的4个呼吸链膜蛋白复合物(简称复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)来完成。近20年来,解析这4个膜蛋白复合物的结构一直是生物学研究的热点。     

运动调控线粒体呼吸链超级复合体的研究进展

线粒体呼吸链超级复合体(mitochondrial respiratory chain supercomplex, mitoSC)是线粒体内膜呼吸链上的自由复合体通过其亚基之间的相互作用形成的复合体超级组装,主要为mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2+Ⅳ_(1-4)、mitoSCⅠ_1+Ⅲ_2、mitoSCⅢ_2+Ⅳ_(1-2)、高分子量mitoSC (high molecular weight mitoSC, HMW mitoSC)和巨型超级复合体(mitochondrial metacomplex, mitoMC)。mitoSC已被证明具有提高呼吸链电子传递效率、减少活性氧产生的功能。在衰老的不同组织和诸多线粒体相关疾病组织中,mitoSC的种类和含量发生变化。本文通过归纳人类和哺乳动物不同组织中mitoSC的结构和功能,总结衰老、心脏疾病、2型糖尿病、癌症和基因缺陷疾病等条件下mitoSC的变化规律,重点探讨运动对mitoSC的影响及其相关调节机制,为线粒体相关疾病的运动干预提供参考。     

慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体ATP酶及吸链酶复合物的影响

目的:研究慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体Na 、K -ATPase和Ca2 、Mg2 -ATPase以及呼吸链酶复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性的影响.方法:经慢性间断低氧暴露(模拟海拔3 000 m、5 000 m分别低氧,每天4 h,共2周,最后8 000 m低氧4 h)和急性低氧(模拟海拔8 000 m低氧4 h)的大鼠,断头处死,迅速取出心脏,分离心肌线粒体,用水解磷酸根法测定ATP酶活性,用Clark氧电极法测定呼吸链酶复合物的活性.结果:①慢性间断低氧暴露对大鼠心肌线粒体Na 、K -ATPase的活性无明显影响.②急性低氧大鼠心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase的活性较正常大鼠显著降低,而慢性间断低氧暴露大鼠心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase的活性则明显升高,接近正常水平.③急性低氧大鼠心肌线粒体呼吸链酶复合物I(NADH-CoQ还原酶)、复合物Ⅱ(琥珀酸-CoQ还原酶)、复合物IV(细胞色素氧化酶)活性较正常大鼠显著降低,而经慢性间断低氧暴露后,三者的活性均显著提高.相同实验条件下,低氧对复合物Ⅲ(CoQ-细胞色素C还原酶)活性无明显影响.结论:慢性间断低氧暴露可以显著提高心肌线粒体Ca2 、Mg2 -ATPase和呼吸链酶复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的活性,从而改善低氧时心肌线粒体呼吸链的功能,维持心肌正常能量代谢,最终提高心肌收缩和舒张功能.     

呼吸链的发现与揭示过程

呼吸链是20世纪生物学研究中的重要发现之一,整个发现和揭示过程历经了近一个世纪。呼吸链的发现是在发现一系列与细胞呼吸有关的酶的基础上形成的,并在确定化学组成和定位的基础上,于20世纪60年代确定了呼吸链系列化学反应的顺序,此后则是对该复合物的结构解析和超级复合物的研究。呼吸链的结构生物学研究对彻底了解细胞内能量转化的机理至关重要,同时也为研究与线粒体相关的疾病提供了重要依据。     

补铁对低氧训练大鼠肝脏线粒体呼吸链功能的影响

目的:探讨补铁对低氧训练大鼠肝脏线粒体呼吸链功能的影响。方法:实验分为低氧对照组(HC),低氧训练组(HT),小剂量补铁+低氧训练组(SHT),中剂量补铁+低氧训练组(MHT),大剂量补铁+低氧训练组(LHT),比较各组大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ~Ⅳ(CⅠ~Ⅳ)的活性。结果:1与HC组相比:HT组CⅠ、CⅡ活性均显著提高(P0.01),CⅢ、CⅣ活性均有显著下降(P0.05,P0.01);SHT组CⅠ~Ⅳ活性均显著提高(P0.05,P0.01),MHT组CⅠ、CⅢ和CⅣ活性均显著提高(P0.05,P0.01);LHT组CⅠ和CⅣ活性均显著提高(P0.01),CⅢ活性显著下降(P0.01)。2与HT组相比:SHT组CⅠ活性显著性下降(P0.05),CⅢ和CⅣ活性均显著提高(P0.01);MHT组CⅠ和CⅡ活性均显著降低(P0.01),CⅢ和CⅣ活性均显著提高(P0.01);LHT组CⅡ活性显著降低(P0.01),CⅣ活性显著提高(P0.01)。结论:低氧训练及复合补铁,对肝脏线粒体呼吸链功能的影响较为复杂,在提高呼吸链起始酶活性方面单独的低氧训练效果最佳,在提高呼吸链关键酶活性方面,小剂量和中剂量补铁的效应要好于大剂量补铁,大剂量补铁要好于单独的低氧训练。合理的低氧训练及补铁有可能改善线粒体呼吸链功能,但低氧训练期间补铁应慎重。     

解开生命的结构——中国科学家解析出线粒体膜蛋白复合物Ⅱ精细结构

2005年7月1日出版的《细胞》杂志上发表了中国科学家解析出线粒体膜蛋白复合物Ⅱ精细结构的文章。结构决定功能,这个精细的三维结构除了科学上勿庸置疑的成就,还会给我们带来什么样的惊喜或者期待呢?线粒体上的呼吸链线粒体在细胞内拥有很独特的地位,它是细胞的"能量工厂",普     

我国率先解析和“呼吸”密切相关的膜蛋白复合体三维结构中国大陆科学家论文25年来首“登”Cell杂志

近日,我国科学家在世界上率先解析了线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的精细结构,填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白,成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑。这一研究成果于2005年7月1日发表在Cell杂志上,这是25年来我国大陆科学家第一次将完整、系统、原创的研究成果发表在Cell上。这项完全立足于“本土”取得的研究成果,发现并证实了这一和呼吸氧化作用密切相关的膜蛋白复合体是一个“穿膜蛋白复合物”,而不是传统教科书描述的“外周膜蛋白”,从而“纠正”了一直以来存在于生物化学和细胞生物学教科书中的传统认识。     

食物水限制对子午沙鼠肾和肝组织线粒体呼吸链复合物活性及相关自由基代谢的影响

目的观察食物水限制条件下对肾和肝组织线粒体呼吸链复合物活性的影响,研究组织线粒体能量代谢相关的响应特征。方法以健康成年子午沙鼠Meriones meridianus为材料,运用分光光度法测定了食物水限制3 d、6 d、9 d后子午沙鼠肾脏与肝脏组织线粒体呼吸链复合物Ⅰ~Ⅳ活性及超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量变化。结果水限制胁迫可引起肾和肝组织中线粒体呼吸链4种复合物的活性明显升高(P<0.05,P<0.01),体质量逐渐降低。其中水限制3 d是其适应性反应的重要阶段,3 d时呼吸链复合物活性升高幅度较大,9 d时活性均降低,但仍高于对照组。肾组织线粒体SOD活性呈不同程度升高,肾与肝组织线粒体MDA含量在水限制下显著升高。结论食物水限制引起肾和肝组织线粒体呼吸链复合物活性的升高与肾对水的重吸收和肝代谢增加有关,长时间水限制诱导自由基水平升高,对代谢酶活性的维持可能产生不利的影响。     

丹参酮Ⅱ－A磺酸钠对鼠肝线粒体功能的影响

利用大鼠肝脏线粒体为材料,以琥珀酸为底物,研究了不同浓度的丹参酮Ⅱ－Ａ磺酸钠对线粒体态４、态３呼吸及呼吸控制率,线粒体跨膜电位,线粒体呼吸链复合体（Ⅱ＋Ⅲ）电子传递及质子转移活性的影响。结果证明丹参酮ⅡＡ－磺酸钠是线粒体呼吸链复合体（Ⅱ＋Ⅲ）的有效抑制剂。文中对丹参酮ⅡＡ－磺酸钠在心肌缺血再灌注过程中的保护作用的分子机理进行了讨论。     

丹参酮Ⅱ—A磺酸钠对鼠肝线粒体功能的影响

利用大鼠肝脏线粒体为材料,以琥珀酸为底物,研究了不同浓度的丹参酮Ⅱ－Ａ磺酸钠对线粒体态４、态３呼吸及呼吸控制率,线粒体跨膜电位,线料呼吸链复合体（Ⅱ＋Ⅲ）电子传递及质子转移活性的影响,结果证明丹参酮ⅡＡ－磺酸钠是线粒体呼吸链复合体（Ⅱ＋Ⅲ）的有效抑制剂,文中对丹参酮ⅡＡ－磺酸酸钠在心肌缺血再灌注过程中的保护作用的分子机理进行了讨论。     

力竭性运动对大鼠肝脏线粒体氧化磷酸化偶联的影响

本文以ＳＤ大鼠三级递增负荷力竭性跑台运动疲劳模型,分别测定了运动后即刻肝脏线粒体;１．呼吸链复合休Ⅰ＋Ⅲ和Ⅱ＋Ⅲ电子传递与质子泵出比值。２．以苹果糖酸＝谷氨酸和琥珀酸为底物的呼吸控制;态３呼吸速度,态４呼吸速率,呼吸控制率和磷／氧比。结果表明;两种呼吸底物启动的线粒体态４呼吸速率分别升高４６．４６和２３．５４％;呼吸链复合体Ⅰ＋Ⅲ和Ⅱ＋Ⅲ的总Ｈ＾３／２ｅ分别降低１８．６３和１５．８９％。     

线粒体嵴重构及其调控

线粒体是生物体内能量产生的主要场所,具有双层膜结构。线粒体内膜向基质延伸折叠形成嵴,在嵴上规律地排列着呼吸链超复合物等多种蛋白,调控氧化磷酸化和电子传递等重要生命代谢活动,为生物体的生长发育提供能量基础。但嵴的形成、形态调控机制、以及嵴动态调控与其生物学功能的内在联系及分子机理都不是很清楚。本文主要介绍线粒体嵴的结构、形成和重构机制、及相关生理病理功能,以促进对线粒体嵴的认识及探索。     

2016中国生命科学领域十大进展公布

<正>日前,中国科协生命科学学会联合体组织18个成员学会推荐,由生命科学领域专家审核并评选出2016年度"中国生命科学领域十大进展"。分别是:1)植物分枝激素独脚金内酯的感知机制;2)线粒体呼吸链超级复合物的结构与功能;3)组蛋白甲基     

OPA1的研究进展

OPA1（Optic Atrophy 1）基因属于核基因,编码的蛋白是线粒体内源发动蛋白,是线粒体塑形蛋白家族的成员。OPA1蛋白通过不同位点的剪接,形成多种亚型,参与线粒体内膜融合,对线粒体形态结构有着重要的作用。OPA1与呼吸作用复合物直接相关,作为呼吸链的一部分,保持呼吸链的完整性,参与呼吸作用和能量代谢;在细胞凋亡过程中则以OPA1-PARL复合体的形式发挥抗凋亡因子的作用。研究显示,OPA1在类固醇物质的生成等方面,也有着不可替代的作用。OPA1对多种疾病有影响,是显性视神经萎缩症（Dominant Optic Atrophy,DOA）的主要基因座,OPA1突变不仅会导致视觉疾病,也能引起听觉神经病变.OPA1还参与热休克应答,在抗癌药毒性抑制方面也有重要作用。本文着重于介绍OPA1的结构与功能,及其在疾病中的作用。     

OPA1的研究进展

OPA1(Optic Atrophy 1)基因属于核基因,编码的蛋白是线粒体内源发动蛋白,是线粒体塑形蛋白家族的成员。OPA1蛋白通过不同位点的剪接,形成多种亚型,参与线粒体内膜融合,对线粒体形态结构有着重要的作用。OPA1与呼吸作用复合物直接相关,作为呼吸链的一部分,保持呼吸链的完整性,参与呼吸作用和能量代谢;在细胞凋亡过程中则以OPA1-PARL复合体的形式发挥抗凋亡因子的作用。研究显示,OPA1在类固醇物质的生成等方面,也有着不可替代的作用。OPA1对多种疾病有影响,是显性视神经萎缩症(Dominant Optic Atrophy,DOA)的主要基因座,OPA1突变不仅会导致视觉疾病,也能引起听觉神经病变.OPA1还参与热休克应答,在抗癌药毒性抑制方面也有重要作用。本文着重于介绍OPA1的结构与功能,及其在疾病中的作用。     

不同剂量补铁对低氧训练大鼠力竭运动后骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响

目的：探讨不同剂量补铁对低氧训练大鼠力竭运动后骨骼肌线粒体呼吸链酶复合体活性的影响。方法：将40只雄性Wistar大鼠随机分为5组（n=8）：安静对照组（C）、运动组（E）、运动低剂量补铁组（EL）、运动中剂量补铁组（EM）、运动高剂量补铁组（EH）。各组大鼠分别在低氧（模拟海拔3 500 m）环境中居住和训练5周,每周6 d。力竭运动后即刻取骨骼肌样本,测定线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ~Ⅳ（CⅠ~Ⅳ）活性。结果：与C组相比,E组、EL组、EM组骨骼肌线粒体呼吸链CⅠ~Ⅳ活性均显著提高（P<0.05,P<0.01）,EH组CⅠ活性显著降低（P<0.05）,CⅢ和CⅣ活性均显著提高（P<0.05,P<0.01）;与E组相比,EL组、EM组和EH组CⅠ~Ⅳ活性均显著降低（P<0.01）。结论：低氧训练及结合补铁均可改善低氧环境骨骼肌线粒体呼吸链功能,提高机体有氧工作能力,但低氧训练结合补铁的效果不及低氧训练。     

线粒体电子传递系统的组装及其生物学意义

电子传递链亦称呼吸链,由位于线粒体内膜的I、II、III、IV 4种复合物组成,负责电子传递和产生质子梯度。电子主要从复合物I进入电子传递链,经复合物III传递至复合物IV。电子传递系统的组装是一个十分复杂的过程,目前已知主要有约69个结构亚基以及至少16个组装因子参与了人类复合物I、III、IV的组装,这些蛋白质由核基因组与线粒体基因组共同编码。对线粒体电子传递系统的蛋白质组成及其结构已研究得较为清楚,但对它们的组装了解得还比较初步。许多人类线粒体疾病是由于电子传递系统的功能障碍引起的,其中又有许多是由于该系统中一个或多个部件的错误组装引起的。研究这些缺陷不仅能够加深对线粒体疾病发病机理的了解,也有助于揭示线粒体功能的调控机制。将着重对电子传递系统复合物的组装及其与人类疾病关系的研究进展进行综述。     

线粒体内活性氧产生靶标位点研究进展

活性氧(reaction oxygen species,ROS)是真核细胞在生命活动过程中产生的一种中间产物,它在胞内信号转导、细胞应答、损伤修复等过程发挥着重要的作用。线粒体在合成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)过程中有部分电子会从电子传递链(electron transport chain,ETC)上泄漏,与细胞质中O2、H2O及NO等结合产生ROS,是细胞内ROS的主要来源。目前,人们对真核线粒体内ROS的产生位点已有初步的了解,大多数研究证实复合物Ⅰ和复合物Ⅲ是ROS的主要来源,复合物Ⅱ也能产生部分的ROS,但其具体的靶标位点还未得到全面的阐述,使得深入了解线粒体内ROS的功能受到限制。现就诱导线粒体产生ROS的主要方法和线粒体内产生ROS的靶标位点进行简要的综述,以期为日后相关生理学、毒理学及病理学等研究提供参考。     

鱼藤酮帕金森大鼠呼吸链复合酶Ⅰ、Ⅳ的改变

目的研究鱼藤酮帕金森模型大鼠呼吸链复合酶Ⅰ、Ⅳ的变化。方法雄性Wistar大鼠每日颈背部皮下注射鱼藤酮葵花油乳化液2 mg/（kg.d）连续3～5周制备鱼藤酮帕金森模型大鼠;按行为学评分标准记分。模型动物分成高分组、低分组、模型4周组。分光光度法测定呼吸链复合酶Ⅰ、Ⅳ。结果模型低分组肌肉呼吸链复合酶Ⅰ受到明显抑制,停给鱼藤酮4周后肌肉和黑质呼吸链复合酶Ⅰ显著低于正常。而模型高分组肌肉呼吸链复合酶Ⅰ升高,模型各组肌肉呼吸链复合酶Ⅳ均见升高,但黑质未见升高。结论鱼藤酮帕金森模型大鼠肌肉和黑质呼吸链复合酶Ⅰ明显抑制。肌肉见呼吸链复合酶Ⅳ代偿性升高而黑质未见。