我国率先解析线粒体膜蛋白复合物Ⅱ精细结构
——中国大陆科学家完整、系统、原创的研究论文25年来首登《Cell》
本报北京讯 日前，从中国科学院生物物理研究所传来讯息，我国科学家在世界上首次成功解析了线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的精细三维结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白；还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”，从而纠正了传统教科书中的错误认识。这项完全立足于“本土”取得的研究成果，发表在7月1日出版的《Cell》(《细胞》)杂志上，这也是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这一国际权威学术期刊上。
呼吸作用具有非常重要的生理意义，而有氧呼吸是高等动物和植物进行呼吸作用的主要形式。线粒体作为细胞器，是细胞进行有氧呼吸作用的主要场所，其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四个呼吸链膜蛋白复合物(简称复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、和Ⅳ)来完成。由于结构决定功能，关于这四个膜蛋白复合物的结构解析从上个世纪50年代以来一直是生物学研究的热点和焦点。虽然国际上很多研究小组都在努力，但迄今只有美国、日本的科学家分别解析了线粒体膜蛋白复合物III和复合物IV的晶体结构，而关于线粒体膜蛋白复合物Ⅰ、Ⅱ的精细结构一直是个“谜”。
, 百拇医药
3年前，在中国科学院生物物理研究所所长、清华大学生命科学与医学研究院副院长饶子和院士的领导下，“清华大学——中科院生物物理研究所结构生物学联合研究小组”开始尝试用新方法解析线粒体膜蛋白复合物II的精细结构。科学家利用基因序列与人类非常相近的猪心作为原材料来提取这一膜蛋白复合物，并尝试进行晶体的培养，在历经晶体生长条件摸索、晶体质量优化、高分辨率数据收集、相位解析、电子密度图解释以及结构修正等数关后，终于完成了这一由4种不同蛋白质组成的复杂的膜蛋白复合体的精细结构的测定。结果发现，复合物Ⅱ由两个亲水蛋白，即黄素蛋白(622个氨基酸)和铁硫蛋白(252个氨基酸)，和两个穿膜蛋白，即CybL(140个氨基酸)和CybS(103个氨基酸)构成，其中跨膜部分一共有6个穿膜螺旋。这是世界上首次成功地解析出的由四种不同的蛋白质组成的线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的精细三维结构。这个结构看上去像字母q的形状，犹如一束盛开的鲜花。
研究还发现，在该复合物尾部分布了5个带电的氨基酸和两个极性的氨基酸，由此确定了复合物Ⅱ是一个“穿膜蛋白复合物”，而不是传统生物化学和细胞生物学教科书描述的“外周膜蛋白”。此外，该结构的解析进一步印证了电子传递体的氧化还原电位是受其周围的氨基酸环境调制的。
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在与其抑制剂结合的复合体三维结构研究中，研究组还有一个全新意义的发现，即发现了两个2-噻吩甲酰三氟丙酮的结合位点，一个位于跨膜区靠近线粒体基质一端，另一个位于跨膜区靠近线粒体膜间隙一端，这意味着复合物Ⅱ有两个醌的结合位点。该发现将直接影响人们对电子在复合物Ⅱ中的传递以及泛醌在复合物Ⅱ、Ⅲ的转移的传统认识。
人类有很多疾病，如嗜铬细胞瘤、副神经节瘤和李氏症等均与线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的翻译提前中止或氨基酸的突变有关，这些疾病多表现为氧自由基引起的神经性紊乱，而氧自由基的产生与电子在线粒体膜蛋白复合物Ⅱ传递中的泄漏有关。通过线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的结构，该研究组对已知的与人类疾病相关的该复合物的突变位点进行了精确定位，发现这些突变位点均位于电子传递体或醌结合位点的周围，它们的突变或影响了电子传递体的结合，或影响了醌的结合，从而导致电子传递的中断，逃逸到线粒体基质中或线粒体内膜中，产生大量的氧自由基，进而导致肿瘤的发生。专家认为，线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的结构解析，为研究与该复合物相关的人类线粒体疾病提供了一个真实可用的模型。
(霍文), 百拇医药
本报北京讯 日前，从中国科学院生物物理研究所传来讯息，我国科学家在世界上首次成功解析了线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的精细三维结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白；还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”，从而纠正了传统教科书中的错误认识。这项完全立足于“本土”取得的研究成果，发表在7月1日出版的《Cell》(《细胞》)杂志上，这也是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这一国际权威学术期刊上。
呼吸作用具有非常重要的生理意义，而有氧呼吸是高等动物和植物进行呼吸作用的主要形式。线粒体作为细胞器，是细胞进行有氧呼吸作用的主要场所，其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四个呼吸链膜蛋白复合物(简称复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、和Ⅳ)来完成。由于结构决定功能，关于这四个膜蛋白复合物的结构解析从上个世纪50年代以来一直是生物学研究的热点和焦点。虽然国际上很多研究小组都在努力，但迄今只有美国、日本的科学家分别解析了线粒体膜蛋白复合物III和复合物IV的晶体结构，而关于线粒体膜蛋白复合物Ⅰ、Ⅱ的精细结构一直是个“谜”。
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3年前，在中国科学院生物物理研究所所长、清华大学生命科学与医学研究院副院长饶子和院士的领导下，“清华大学——中科院生物物理研究所结构生物学联合研究小组”开始尝试用新方法解析线粒体膜蛋白复合物II的精细结构。科学家利用基因序列与人类非常相近的猪心作为原材料来提取这一膜蛋白复合物，并尝试进行晶体的培养，在历经晶体生长条件摸索、晶体质量优化、高分辨率数据收集、相位解析、电子密度图解释以及结构修正等数关后，终于完成了这一由4种不同蛋白质组成的复杂的膜蛋白复合体的精细结构的测定。结果发现，复合物Ⅱ由两个亲水蛋白，即黄素蛋白(622个氨基酸)和铁硫蛋白(252个氨基酸)，和两个穿膜蛋白，即CybL(140个氨基酸)和CybS(103个氨基酸)构成，其中跨膜部分一共有6个穿膜螺旋。这是世界上首次成功地解析出的由四种不同的蛋白质组成的线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的精细三维结构。这个结构看上去像字母q的形状，犹如一束盛开的鲜花。
研究还发现，在该复合物尾部分布了5个带电的氨基酸和两个极性的氨基酸，由此确定了复合物Ⅱ是一个“穿膜蛋白复合物”，而不是传统生物化学和细胞生物学教科书描述的“外周膜蛋白”。此外，该结构的解析进一步印证了电子传递体的氧化还原电位是受其周围的氨基酸环境调制的。
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在与其抑制剂结合的复合体三维结构研究中，研究组还有一个全新意义的发现，即发现了两个2-噻吩甲酰三氟丙酮的结合位点，一个位于跨膜区靠近线粒体基质一端，另一个位于跨膜区靠近线粒体膜间隙一端，这意味着复合物Ⅱ有两个醌的结合位点。该发现将直接影响人们对电子在复合物Ⅱ中的传递以及泛醌在复合物Ⅱ、Ⅲ的转移的传统认识。
人类有很多疾病，如嗜铬细胞瘤、副神经节瘤和李氏症等均与线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的翻译提前中止或氨基酸的突变有关，这些疾病多表现为氧自由基引起的神经性紊乱，而氧自由基的产生与电子在线粒体膜蛋白复合物Ⅱ传递中的泄漏有关。通过线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的结构，该研究组对已知的与人类疾病相关的该复合物的突变位点进行了精确定位，发现这些突变位点均位于电子传递体或醌结合位点的周围，它们的突变或影响了电子传递体的结合，或影响了醌的结合，从而导致电子传递的中断，逃逸到线粒体基质中或线粒体内膜中，产生大量的氧自由基，进而导致肿瘤的发生。专家认为，线粒体膜蛋白复合物Ⅱ的结构解析，为研究与该复合物相关的人类线粒体疾病提供了一个真实可用的模型。
(霍文), 百拇医药