Science:电子转移路径连接分枝杆菌呼吸超复合体的亚单元
2018年10月，清华大学、中科院生物物理研究所、南开大学、中国科学院生物化学与细胞生物学研究所、中科院强磁场实验室、中国科学与技术大学等单位合作在《科学（Science）》期刊上发表了题为“电子转移路径连接分枝杆菌呼吸超复合体的亚单元”的研究论文(DOI: 10.1126/science.aat8923)。
细胞呼吸获取能量的过程，通过耦合能量分子比如糖、脂肪酸和氨基酸的氧化反应和电子受体如氧、硝酸盐、硫酸盐和硫化物的还原反应来合成ATP，从而为细胞活动提供能量。在线粒体中有４个氧化还原酶参与了这个过程：复合体I (NADH:泛醌氧化还原酶，CI)，复合体II(琥珀酸:泛醌氧化还原酶，CII)，复合体III(bc1型泛醌醇:细胞色素c氧化还原酶，bc1型CIII)和复合体IV(aa３型细胞色素c氧化酶，aa３型CIV)。尽管已经有很多原核生物和真核生物中的呼吸超复合体结构已经被报道，但是在这些结构中细胞色素c依然是不可见的。因此得到CIII-CIV超复合体的结构对于我们了解电子转移的整个通路非常有帮助。研究团队从耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis，SC)中分离了CIII-CIV超复合体并利用冷冻电镜获得了3.5-Å分辨率的蛋白结构。
磷脂(phospholipids)，尤其是心磷脂(cardiolipin, CL)已知在呼吸复合体和超复合体的组装和稳定性上发挥着重要作用。在SC CIII-IV复合体跨膜的空间和交界处的结构中发现了磷脂的存在。最值得关注的是在CIII和CIV中间大的凹槽中有４个心磷脂分子；它们的16条脂肪酸链填满了凹槽中大部分的空间，对超复合体的稳定起到了重要的作用。脂蛋白SOD的N-端修饰的脂质尾部和LpqE调节了亚单元之间的疏水性互作，也对超复合体的稳定起到了重要作用。
图1. The lipidomics of the supercomplex.
图2. Important roles of phospholipids in the stability and assembly of the supercomplex.
(A) The distribution of phospholipids in the membrane region (middle, view from periplasmic side) at the junction between the CIII monomers (left) and the interfaces between CIII and CIV (right). (B) A PE molecule mediates the interaction between PRSAF1 (TMH2) and CIV (CtaC and CtaD). (C) A PI molecule binds to the interface between QcrCTMH1 and CtaFTMH4. (D) Four CL molecules are bound in the groove between the TM regions of CIII and CIV (E) The N-terminal lipid modification of SOD at Cys21 binds to QcrB via hydrophobic interactions. (F) The N-terminal lipid modification of LpqE at Cys24 mediates the interactions between CtaD and PRSAF1.
