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。     

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。     

膜蛋白ATAD3A在线粒体质量控制中的作用

线粒体质量控制对于线粒体网络的稳态和线粒体功能的正常发挥具有重要意义。三磷酸腺苷酶家族蛋白3A(ATAD3A)是同时参与调节线粒体结构功能、线粒体动力学和线粒体自噬等重要生物学过程的线粒体膜蛋白之一。近期研究表明,ATAD3A既可与Mic60/Mitofilin和线粒体转录因子A (TFAM)等因子相互作用以维持线粒体嵴的形态和氧化磷酸化功能,又能与发动蛋白相关蛋白1 (Drp1)结合而正性/负性调节线粒体分裂,还可作为线粒体外膜转位酶（TOM）复合物和线粒体内膜转位酶（TIM）复合物之间的桥接因子而介导PTEN诱导激酶（PINK1）输入线粒体进行加工,显示出促自噬或抗自噬活性。本文对ATAD3A在调控线粒体质量控制中的作用及其机制进行了综述。     

电子传递链功能缺陷相关线粒体疾病的治疗进展

线粒体疾病(mitochondrial diseases, MDs)与电子传递链功能缺陷密切相关。电子传递链上的五种复合物共同维持电子传递链的正常功能，从而确保ATP的产生。电子传递链上任何一种复合物的功能缺陷都会损伤线粒体功能，导致线粒体疾病的发生。因此，针对不同的复合物功能缺陷，可以采取相应的治疗措施来挽救其功能，达到缓解或治愈线粒体疾病的目的。本文以电子传递链上五种复合物为研究对象，阐述不同复合物功能缺陷导致的线粒体疾病以及相应的治疗措施。     

生物膜膜蛋白三维结构研究的现状与展望

1　生物膜膜蛋白三维结构研究的重要性与迫切性　　细胞是生命的基本结构与功能单位 .细胞的外周膜与细胞内的膜系统称为生物膜 .细胞的能量转换、信息识别与传递、物质运送和分配等基本生命现象都与生物膜密切相关 .生物膜是由蛋白质、脂类以及碳水化合物等组成的超分子体系 ,膜蛋白是膜功能的主要体现者 .生物膜膜蛋白可分为外周膜蛋白和内在膜蛋白 ,后者约占整个膜蛋白的 70 %～ 80 % ,它们部分或全部嵌入膜内 ,有的则是跨膜分布 ,如受体、离子通道、离子泵、膜孔、运载体(ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ)以及各种膜酶等等 .象水溶性蛋白质一样 …     

线粒体呼吸链复合物Ⅰ的结构与装配路径

线粒体是起源于最后真核生物共同祖先(last eukaryotic common ancestor,LECA)半自主性双层膜细胞器.线粒体氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)系统由细胞核和线粒体基因组协同编码5个蛋白质复合物组成,在内膜建立电子传递链并利用质子梯度产生三磷酸腺苷...     

综述: 与神经退行性疾病相关的RNA结合蛋白在线粒体损伤中的作用

线粒体是细胞内制造能量的细胞器,它还负责各种细胞信号的整合,参与协调多种复杂的细胞功能.线粒体是动态变化的,连续不断地进行分裂与融合,这是其功能维持和增殖遗传的关键.在过去20年中,参与线粒体分裂与融合的核心因子陆续被发现,它们在进化上高度保守,但是在形成分裂与融合复合物中的详细分子机制还有待于深入研究.线粒体分裂与融合的动态变化,是线粒体质量控制的重要组成部分,其动态平衡在细胞发育和稳态维持中起重要作用.线粒体动态变化失衡和功能失调,则会导致多种神经退行性疾病的发生.这些研究的发现为探索线粒体生物学及与疾病的关系开拓了令人振奋的新方向.     

EF4影响线粒体氧化磷酸化并调控膀胱癌细胞增殖及迁移

延伸因子4(EF4)是一种非传统的线粒体延伸因子,参与调控线粒体蛋白质合成过程.在本研究中,我们进一步探索了其在膀胱癌中的作用机制.通过检测EF4在膀胱癌及邻近正常组织中的表达,发现EF4在膀胱癌患者肿瘤组织中异常升高,并在T分期较高的肿瘤中高表达.随后,通过在HTB-9和T-24膀胱癌细胞中敲低EF4的表达,进一步探索了EF4在膀胱癌发生及发展中的作用.研究结果表明,通过RNAi敲低EF4表达不仅可以抑制膀胱癌细胞HTB-9和T-24在体外的增殖和集落形成,还显著降低了其迁移能力,这一结果主要归因于下调EF4表达阻碍了线粒体DNA编码的呼吸链复合物亚基的翻译,影响呼吸链复合物的组装,并最终导致线粒体氧化磷酸化功能障碍.以上结果表明EF4通过维持线粒体重要复合物的翻译而影响膀胱癌细胞的细胞增殖迁移及膀胱癌发生发展,并提示EF4可能是治疗膀胱癌的潜在目标分子.     

细胞色素bc1复合物的结晶和显微红外光谱研究

研究了一种简便的适于膜蛋白结晶的好方法,并已用这种方法得到了较大的牛心线粒体细胞色素bc₁复合物的红色晶体.它们封装在玻璃毛细管中放置在冰箱中其形状可长期保持不变.首次用显微Fourier变换红外光谱研究了细胞色素bc_1复合物结晶的结构.参照细胞色素c的红外光谱,对细胞色素bc₁复合物的红外特征频率进行了经验式的归属和指认.不同部位,不同取向结晶的红外频率和相对强度存在明显差异,说明这种膜蛋白结晶的红外光谱特征与其结构的对称性和取向有关.实验结果表明,细胞色素bc₁复合物结晶中存在着磷脂.膜蛋白可能以不对称方式跨接在线粒体膜的磷脂双层中.     

线粒体自噬的研究进展

由于线粒体在生物氧化和能量转换过程中会产生活性氧,线粒体DNA又比核DNA更容易发生突变,因此线粒体是一种比较容易受到损伤的细胞器.及时清除细胞内受损的线粒体对细胞维持正常的状态具有重要的作用.细胞主要通过自噬来清除损伤线粒体,维持细胞稳态.越来越多的研究表明,线粒体自噬是一种特异性的过程,线粒体通透性孔道通透性的改变在这个过程中起着重要的作用.线粒体自噬在维持细胞内线粒体的正常功能和基因组稳定性上起着重要作用,但是线粒体发生自噬的信号通路及其调控机制还有待进一步深入研究.     

线粒体基因表达的调控及其与某些疾病的关系

线粒体除作为细胞生成能量的场所,其基因组还编码参与线粒体氧化呼吸链组成的13条多肽链,22种tRNA分子和2种rRNA分子。线粒体基因表达受众多因素调控,其表达异常可影响细胞对氧的利用,与一系列病理生理过程密切相关。该文介绍近年来线粒体基因表达调控,及肿瘤等疾病过程中线粒体基因表达变化的研究进展。     

双向BN/SDS-PAGE分离鉴定痢疾杆菌福氏5型M90T株毒力相关膜蛋白复合物

通过蓝色非变性凝胶电泳(BN-PAGE)比较痢疾杆菌福氏5型野生株M90T和大质粒缺失株M90T△T的膜蛋白复合物,发现一个野生株特有的复合物,其分子量的为290 kD,命名为M90T-290.通过第二向SDS-PAGE分离M90T-290得到6个蛋白亚基,质谱鉴定为:一个由大质粒编码的毒力蛋白Apyrase(ATP-二磷酸水解酶)和5个染色体编码的蛋白,这些蛋白可能以膜复合物的形式影响毒力蛋白IcsA的单极性分布和痢疾杆菌在细胞间的扩散.这个新发现的毒力相关膜复合物在痢疾杆菌的致病过程中可能发挥重要作用.     

分裂泛素化酵母双杂交系统研究光合膜蛋白相互作用

光合类囊体膜主要由光系统Ⅱ、细胞色素b6f复合物、光系统Ⅰ以及ATP合酶4个超分子复合物组成.利用分裂泛素化酵母双杂交系统研究光合类囊体膜蛋白间的相互作用.将叶绿体psbA基因编码的D1蛋白作为诱饵蛋白,以叶绿体基因psbD编码的D2蛋白、petB编码的Cytb6蛋白作为靶蛋白,分别共转化酵母菌株后进行相互作用分析.实验结果表明,诱饵蛋白D1能与来源于同一复合物光系统Ⅱ的D2蛋白发生相互作用,而与来源于细胞色素b6f复合物的Cytb6蛋白没有互作.这一结果表明,分裂泛素化酵母双杂交系统可以用于检测光合膜蛋白间的相互作用,从而为研究光合膜蛋白生物发生的调控机理提供一个有效的工具.     

弗氏志贺菌 M90T 株毒力相关膜蛋白复合物组成基因缺失突变体的构建

目的：构建弗氏志贺菌M90T株毒力相关膜蛋白复合物组成蛋白基因的缺失突变株。方法：分别扩增目的基因的上、下游同源臂和卡那霉素抗性基因片段,利用重叠延伸PCR技术将这3个片段融合为打靶片段,电击转化M90T／pKD46感受态细胞,在bRed重组系统的作用下,通过同源重组将目的基因置换为卡那霉素抗性基因,之后在辅助质粒pCP20的作用下切除FRT位点之间的卡那霉素抗性基因,得到基因缺失突变体。结果与结论：分别构建了M90T株毒力相关膜蛋白复合物4个组成蛋白Apy、DnaK、CIpB、YdgA的基因缺失突变体,为进一步研究各基因的功能提供了突变体。     

解偶联蛋白4的线粒体保护作用

线粒体解偶联蛋白(UCPs)是近年来发现的线粒体膜蛋白家族中的新成员.研究表明,解偶联蛋白4(UCP4)有调节线粒体膜电位、减少氧自由基的生成、调节细胞内钙离子浓度等作用,受细胞代谢、甲状腺激素,以及儿茶酚胺等调节.UCP4主要分布于大脑皮质和海马区,可能在脑血管病、精神分裂症、变性病等线粒体易受损的疾病中起重要作用.     

光对绿豆种子和叶片分离线粒体耗氧的影响

实验结果表明:照光时绿豆叶片分离线粒体通过细胞色素氧化酶途径的NADH氧化部分受阻,电子转向交替途径。不产生能量,不受能荷控制的NADH氧化途径有利于绿色细胞线粒体在光合作用时执行其提供碳架的功能。看来绿色细胞线粒体本身具有对光的敏感性,在照光时调节呼吸途径以适应其功能的转换。呼吸途径的转换机制目前还不清楚。绿豆种子线粒体与叶片线粒体不同,没有上述的这种对光的反应。     

经由线粒体损伤诱发的药源性肝损伤研究进展

线粒体是物质氧化和能量转换的场所,在能量代谢及自由基的产生、衰老、凋亡中起着重要作用。线粒体的呼吸链缺陷、代谢酶失活、结构改变、基因突变等因素都会影响整个细胞的正常功能,从而导致病变的发生。线粒体是药物毒性作用的重要靶标,肝脏作为药物代谢的重要脏器,也是药物引发损伤的主要靶器官。一些抗病毒药物、抗肿瘤药物和抗生素等可显著诱导肝脏线粒体损伤。药物主要通过改变线粒体结构、酶的活性或减少mtDNA 的合成,进一步破坏β- 脂质氧化和肝细胞的氧化能力,最终诱发肝损伤。综述药源性肝损伤领域有关线粒体损伤的研究进展,为预防和诊断药源性肝损提供思路。     

线粒体与多潜能干细胞功能

线粒体是细胞内重要的细胞器,主要功能是通过氧化磷酸化为细胞生命活动提供能量。近年来,研究表明,在多潜能干细胞（Pluripotent stem cells, PSCs）中线粒体表现出独有的特征,即在多能性状态下,PSCs主要依靠糖酵解提供能量,其分化期间线粒体氧化磷酸化代谢能力逐渐增强。相反,体细胞重编程为多潜能干细胞期间,线粒体氧化磷酸化向糖酵解途径的转变是其成功重编程必需的代谢过程。另外,线粒体通过生物合成和形态结构的动态重塑维持了PSCs多能性、诱导分化及诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cells, iPSCs）的重编程。因此,本文综述了PSCs线粒体形态结构及其在调控PSCs多能性、合成代谢、氧化还原状态的平衡、分化及重新编程中的作用,为深入了解线粒体调控PSCs功能的作用提供理论基础。     

酵母线粒体ATP合酶生物合成及组装机制研究进展

线粒体ATP合酶是线粒体氧化磷酸化的关键酶,其功能缺陷会导致能量代谢障碍相关的线粒体疾病。线粒体ATP合酶是由多个亚基组成的蛋白复合物,其生物合成和组装是个复杂的生物过程。酵母是研究线粒体ATP合酶结构、生物合成和组装机制的模式实验材料之一,且相关研究取得了很多进展。本文概述了国内外用酿酒酵母研究线粒体ATP合酶的结构、调控线粒体ATP合酶亚基生物合成和组装的辅助蛋白及合酶的模块化组装过程的研究进展,以期为线粒体ATP合酶的工作机制及相关线粒体疾病的研究提供理论借鉴和参考依据。