巴塞尔的科学家们发现，线粒体中产生能量的蛋白质形成了大型超复合体，提高了ATP的生产效率，并为细胞生物学、进化和疾病提供了新的见解。

线粒体，通常被称为细胞的发电站，负责产生几乎所有重要细胞过程所需的能量。瑞士巴塞尔大学的研究人员现在使用低温电子断层扫描技术以前所未有的细节研究线粒体，揭示了对其内部结构的新见解。

他们的发现表明，负责产生能量的蛋白质，被称为呼吸复合物，并不是单独工作的。相反，它们组装成称为“超复合体”的大型结构，在有效产生ATP（细胞的主要能量来源）方面起着关键作用。

线粒体存在于几乎所有生物的细胞中，包括植物、动物和人类。它们利用我们呼吸的氧气和食物中的碳水化合物产生ATP来产生能量，ATP为基本的细胞功能提供动力。

尽管这些呼吸复合体在70年前就被发现了，但它们在线粒体内的确切组织直到现在仍然难以捉摸。利用最先进的低温电子断层扫描技术，由巴塞尔大学生物中心的弗洛伦特·瓦尔兹（Florent Waltz）博士和本·恩格尔（Ben Engel）教授领导的研究人员能够以前所未有的分辨率直接在细胞内创建呼吸链的高分辨率图像。这项研究的结果发表在《科学》杂志上。

对细胞动力的新认识

“我们的数据显示，呼吸蛋白在线粒体的特定膜区域组织，粘在一起，形成一种主要类型的超复合体，”SNSF Ambizione研究员、该研究的第一作者弗洛伦特·瓦尔兹解释说。

“使用电子显微镜，单个超配合物清晰可见 —— 我们可以直接看到它们的结构和工作原理。呼吸超复合体将质子泵过线粒体膜。ATP生产复合体的作用类似于水磨，利用质子流来驱动ATP的产生。”

高效能源生产的线粒体结构

研究人员检查了莱茵衣藻活细胞中的线粒体。瓦尔兹说：“我们非常惊讶，所有的蛋白质实际上都是在这样的超级复合体中组织的。”“这种结构可能会提高ATP的生产效率，优化电子流，并最大限度地减少能量损失。”

除了超复合体，研究人员还能够更仔细地检查线粒体的膜结构。“这有点像肺组织：内部线粒体膜有许多褶皱，增加表面积，以容纳尽可能多的呼吸复合物，”本·恩格尔说。

对进化和健康的看法

在未来，研究人员的目标是揭示呼吸复合物相互联系的原因，以及这种协同作用如何提高细胞呼吸和能量产生的效率。这项研究还可能为生物技术和健康提供新的见解。

瓦尔兹解释说：“通过检查其他生物体中这些复合物的结构，我们可以对它们的基本组织有更广泛的了解。”“这不仅可以揭示进化适应，还可以帮助我们理解为什么这些复合物的破坏会导致人类疾病。”

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