北京時間12月2日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表了清華大學(xué)楊茂君研究組題為《哺乳動物呼吸鏈超級復(fù)合物I1III2IV1結(jié)構(gòu)》的研究論文，首次解析了豬心線粒體呼吸鏈超級復(fù)合物（呼吸體）原子分辨率（3.3-3.9Å）下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。
這是楊茂君研究組繼今年9月21日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表題為《哺乳動物呼吸體結(jié)構(gòu)》的研究論文揭示呼吸體中等分辨率（5.4 Å）結(jié)構(gòu)之后，在這一領(lǐng)域內(nèi)快速取得的又一項高水平研究成果。
據(jù)了解，哺乳動物呼吸體是由44個膜蛋白在內(nèi)的81個蛋白亞基（69種不同蛋白分子）構(gòu)成的超大分子機器。楊茂君研究組通過不斷優(yōu)化呼吸體蛋白純化與制樣技術(shù)，創(chuàng)新電鏡數(shù)據(jù)處理方法，篩選出能夠促進呼吸體穩(wěn)定的特異性小分子化合物，成功將呼吸體結(jié)構(gòu)的分辨率提升至原子分辨率（3.3-4.0Å）級別，搭建了結(jié)構(gòu)模型，并解析了目前為止分辨率最高的哺乳動物呼吸鏈復(fù)合物I的精細(xì)結(jié)構(gòu)（3.3-3.6Å）。
在此基礎(chǔ)上，楊茂君研究組提出了全新的電子傳遞機理，揭示了復(fù)合物I各亞基之間細(xì)致的相互作用，鑒定出了新的連接各單獨復(fù)合物的蛋白亞基，發(fā)現(xiàn)了磷脂分子在呼吸體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的重要作用。
據(jù)介紹，呼吸體是哺乳動物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最為復(fù)雜的超大膜蛋白分子機器之一，解析呼吸體高分辨率結(jié)構(gòu)為人類深刻理解哺乳動物線粒體呼吸鏈的組成形式和工作機理提供了關(guān)鍵信息。人類線粒體呼吸鏈系統(tǒng)如果出現(xiàn)異常，則會導(dǎo)致如阿爾茲海默綜合癥、帕金森綜合癥、肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥等多種疾病。楊茂君研究組篩選出的特異性小分子化合物，有助于促進超級復(fù)合物的形成，進而促進呼吸體穩(wěn)定，這就為設(shè)計和改造以線粒體呼吸鏈為靶標(biāo)的藥物打下了堅實的基礎(chǔ)，為攻克上述疾病提供了良好開端。
對線粒體呼吸鏈的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究一直都是國際生命科學(xué)領(lǐng)域的熱點之一。據(jù)了解，從1994年至今，呼吸鏈復(fù)合物IV、III、II和V各自的高分辨率結(jié)構(gòu)依次獲得解析。2005年，我國著名結(jié)構(gòu)生物學(xué)家饒子和研究組解析了首個哺乳動物線粒體中復(fù)合物II的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，闡明了復(fù)合物II中電子傳遞的機制、工作機理以及與疾病的關(guān)系。2012年，楊茂君研究組在《自然》（Nature）上發(fā)表研究論文，解析了II型NADH-泛醌氧化還原酶的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)。
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