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青科沙龙第104期 | Nature-线粒体呼吸链超高分辨率原位结构

线粒体通过氧化磷酸化在ATP能量产生中起关键作用，氧化磷酸化通过一系列呼吸复合物在细胞膜内发生。尽管进行了广泛的体外结构研究，但在生理状态下确定其分子机制的原子细节仍然是一个主要挑战，主要是因为纯化过程中失去了天然环境。
2024年5月29日，耶鲁大学张凯及南京中医药大学朱家鹏共同通讯在Nature在线发表题为“High-resolution in situ structures of mammalian respiratory supercomplexes”的研究论文，该研究报告了哺乳动物呼吸超复合体的高分辨率原位结构。

该研究确定了四个主要的超复杂组织：I1III2IV1,I1III2IV2, I2III2IV2 和 I2III4IV2，它们有可能在细胞膜上扩展成高阶阵列。这些不同的超复合物主要是由“蛋白质-脂质-蛋白质”相互作用形成的，这反过来又对周围膜的局部几何形状产生了实质性的影响。原位结构还捕获了这些呼吸超复合物中的许多活性中间体，揭示了复合物I中泛醌/泛醇交换机制和复合物III中Q周期的动态过程。在不同条件下处理的线粒体超配合物的结构比较表明，配合物I和III的构象状态之间可能存在相关性，可能是对环境变化的响应。通过保留天然膜环境，该方法能够在高分辨率下跨多个尺度(从原子水平的细节到更广泛的亚细胞背景)对线粒体呼吸超复合物的反应进行结构研究。

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