線粒體原位膜蛋白的高分辨結構解析首次實現

3日，記者從南京中醫藥大學獲悉，該校醫學院朱家鵬教授和耶魯大學張凱教授聯合研究團隊突破了蛋白質純化的傳統概念，直接以線粒體成像，首次實現了線粒體原位膜蛋白的高分辨結構解析，得到呼吸鏈超級復合體的最真實最清晰的三維結構，為氧化磷酸化這一最基本的生命過程的研究提供了堅實的理論基礎。相關科研成果發表在國際學術期刊《自然》上。

線粒體研究的歷史沿革是一段跨越了數個世紀的探索旅程。早在19世紀末，科學家們通過顯微鏡首次觀察到線粒體的存在。21世紀，線粒體研究進入新的高峰，研究領域不斷拓寬，從線粒體的基本生物學到其在疾病中的作用，再到線粒體替代療法和抗衰老研究。

當前，結構生物學在揭示線粒體復雜功能和機制方面取得了顯著進展，通過使用冷凍電鏡和X射線晶體學等高分辨率成像技術，科學家們已經能夠詳細描繪出線粒體內部結構和關鍵蛋白質復合體的三維結構。但仍面臨諸多挑戰，比如線粒體內部結構的極端復雜性和動態性，使得獲取生理性與底物結合的代表性結構極其困難；對于線粒體內部代表性蛋白的研究主要通過體外提純的方法，往往只能捕捉到特定時刻的“快照”，距離真實的線粒體內部環境和重要蛋白的詳細反應機制還有很大的空白。

朱家鵬介紹，研究團隊突破了蛋白質純化的傳統概念和冷凍電子顯微鏡技術的束縛，首次實現了在完整的細胞器水平上對心臟來源的線粒體進行超高分辨率成像，可直接從線粒體上精準捕獲生命過程的一瞥，精確到了近乎原子級別的細節。

該研究展現了呼吸鏈在線粒體上的排布，觀測到生理狀態下天然底物運作的微觀過程，精確定位了呼吸鏈蛋白質的側鏈結構，達到了前所未有的1.8埃的分辨率，意味著可觀測到蛋白質中幾乎每一個原子的位置。

朱家鵬表示，該研究不僅揭示了健康細胞中的情況，還通過模擬心臟缺血的細胞條件，預先對心臟進行處理提取線粒體，觀察到病態呼吸鏈的變化，讓科學家們能夠直接明確呼吸鏈的作用機制，為現代醫學發展和疾病治療提供了新方向。