彼らの結果は、呼吸複合体として知られるエネルギー生産を担うタンパク質が単独で機能しないことを示している。代わりに、それらは「超複合体」と呼ばれる大きな構造を形成し、細胞の主なエネルギー源である ATP の効率的な生産に重要な役割を果たします。
ミトコンドリアは、植物、動物、人間を含むほぼすべての生物の細胞に存在します。彼らは私たちが呼吸する酸素と食物中の炭水化物を使用してATPを生成し、細胞の基本的な機能を強化し、それによってエネルギーを生成します。
これらの呼吸鎖複合体は 70 年前に発見されましたが、ミトコンドリア内のそれらの正確な構成はまだ不明です。バーゼル大学バイオセンターのフローレント・ワルツ博士とベン・エンゲル教授率いる研究者らは、最先端のクライオ電子断層撮影技術を使用して、前例のない解像度で細胞内に直接呼吸鎖の高解像度画像を作成することに成功した。この研究結果はサイエンス誌に掲載されました。
「私たちのデータは、呼吸タンパク質がミトコンドリアの特定の膜領域で組織化され、互いにくっついて、1つの主要なタイプの超複合体を形成していることを示しています」とSNSFAmbizioneの研究者であり、この研究の筆頭著者であるFlorent Waltz氏は説明する。 「電子顕微鏡を使用すると、個々の超複合体がはっきりと見えます。それらがどのように構造し、機能するのかを直接見ることができます。呼吸超複合体はミトコンドリア膜を横切ってプロトンを送り出します。ATP生成複合体は水車のように機能し、このプロトンの流れを利用してATP生産を促進します。」
研究者らは、クラミドモナス・ラインハルティの生細胞内のミトコンドリアを調べた。 「すべてのタンパク質が実際にこのような超複合体に組織化されていたことに私たちは非常に驚きました」とウォルツ氏は語った。 「この構造により、ATP生成がより効率的になり、電子の流れが最適化され、エネルギー損失が最小限に抑えられる可能性があります。」
超複合体に加えて、研究者らはミトコンドリア膜の構造をより詳しく調べることもできました。 「これはやや肺組織を彷彿とさせます。ミトコンドリアの内膜には多くのひだがあって、可能な限り多くの呼吸器複合体に対応できるように表面積を増やしています」とエンゲル氏は言う。
研究者らは将来的に、なぜ呼吸複合体が相互につながっているのか、そしてこの相乗効果が細胞の呼吸とエネルギー生産の効率をどのように高めるのかを明らかにすることを目指している。この研究は、バイオテクノロジーと健康についての新たな洞察を提供する可能性もあります。
「他の生物におけるこれらの複合体の構造を研究することで、それらの基本的な組織についてより広範な理解を得ることができます」とウォルツ氏は説明する。 「これは進化の適応を明らかにするだけでなく、なぜこれらの複合体の破壊が人間の病気につながるのかを理解するのにも役立つかもしれません。」
/ScitechDaily から編集