科學家發現，粒線體中產生能量的蛋白質形成大型超級複合物，提高了ATP的生產效率，並為細胞生物學、演化和疾病提供了新的見解。粒線體通常被稱為細胞的“動力源”，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利用低溫電子斷層掃描技術以前所未有的細節研究了粒線體，揭示了粒線體內部結構的新見解。

質子從呼吸超複合體（藍色）流向ATP 產生複合物（粉紅色），為粒線體中ATP 的再生提供動力。圖片來源：Biozentrum / Verena Resh

他們的研究結果表明，負責產生能量的蛋白質，即呼吸複合物，並不是單獨起作用的。相反，它們會組裝成稱為「超級複合物」的大型結構，這些結構在有效產生細胞的主要能量來源ATP 方面發揮關鍵作用。

粒線體存在於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，為細胞的基本功能提供動力，從而產生能量。

儘管這些呼吸鏈複合物早在70 年前就被發現，但它們在粒線體內的確切組織結構至今仍不為人所知。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Florent Waltz 博士和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解析度影像。這項研究結果發表在《科學》雜誌。

「我們的數據顯示，呼吸蛋白在粒線體的特定膜區域組織起來，黏在一起，形成一種主要類型的超複合物，」SNSF Ambizione 研究員、研究第一作者Florent Waltz 解釋道。 「使用電子顯微鏡，單一超級複合物清晰可見——我們可以直接看到它們的結構和工作原理。呼吸超級複合物將質子泵過線粒體膜。ATP 生成複合物的作用類似於水磨，利用這種質子流來驅動ATP 生成。”

研究人員檢查了萊茵衣藻活細胞中的粒線體。 「我們非常驚訝，所有的蛋白質實際上都是以這樣的超級複合物的形式組織的，」沃爾茲說。 “這種結構可能使ATP 的生產更有效率，優化電子流，並最大限度地減少能量損失。”

除了超級複合體，研究人員還能夠更仔細地檢查粒線體的膜結構。 「這有點讓人聯想到肺組織：粒線體內膜有許多褶皺，增加了表面積，以容納盡可能多的呼吸複合體，」恩格爾說。

未來，研究人員的目標是揭示呼吸複合體為何相互關聯，以及這種協同作用如何提高細胞呼吸和能量產生的效率。這項研究也可能為生物技術和健康提供新的見解。

「透過研究其他生物體中這些複合物的結構，我們可以更廣泛地了解它們的基本組織，」沃爾茲解釋。 “這不僅可以揭示進化適應，還可以幫助我們理解為什麼這些複合物的破壞會導致人類疾病。”

編譯自/ ScitechDaily