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揭示H+轉(zhuǎn)運是線粒體ADP/ATP載體發(fā)揮功能所必需的一種功能

2019-07-31 10:10來源：生物谷


一種稱為線粒體的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)是我們細(xì)胞的能量工廠。每天，人類需要身體產(chǎn)生ATP來為所有細(xì)胞活動提供能量。神經(jīng)沖動、肌肉收縮、DNA復(fù)制和蛋白合成僅是依賴于ATP供應(yīng)的至關(guān)重要的過程的一些例子。


鑒于我們體內(nèi)僅含有少量的ATP，我們需要使用位于線粒體中的一種稱為ATP合酶（ATP synthase）的酶復(fù)合物，將ATP降解時產(chǎn)生的產(chǎn)物ADP（二磷酸腺苷）和磷酸鹽重新轉(zhuǎn)化為ATP。通過這種方式，每個ATP分子每天大約循環(huán)回收1300次。為了讓ADP到達(dá)ATP合酶，并讓重新產(chǎn)生的ATP為細(xì)胞提供能量，每個ADP/ATP分子必須穿過包圍著線粒體的不可滲透的脂質(zhì)膜。線粒體ADP/ATP載體（mitochondrial ADP/ATP carrier, AAC）參與線粒體中的ADP和ATP轉(zhuǎn)運。


AAC在兩種狀態(tài)之間循環(huán)：在一種稱為細(xì)胞質(zhì)開放狀態(tài)（cytoplasmic-open state）的狀態(tài)下，它的中心結(jié)合位點可用于結(jié)合ADP，而在另一種稱為基質(zhì)開放狀態(tài)（matrix-open state）的狀態(tài)下，這種結(jié)合位點可用于結(jié)合新合成的ATP。

AAC是線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運蛋白。它利用線粒體中的ATP交換細(xì)胞質(zhì)中的ADP，并且控制細(xì)胞中的ATP產(chǎn)生。此外，人們已提出AAC介導(dǎo)線粒體解偶聯(lián)（mitochondrial uncoupling），但是卻難以證實這種功能或闡明它的作用機(jī)制。


在一項新的研究中，來自美國加州大學(xué)舊金山分校和哈佛醫(yī)學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)的研究人員記錄了直接來自各種小鼠組織的線粒體內(nèi)膜的AAC電流，并鑒定出兩種不同的轉(zhuǎn)運模式：ADP/ATP交換和氫離子（H+）轉(zhuǎn)運。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年7月25日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“H+ transport is an integral function of the mitochondrial ADP/ATP carrier”。


AAC介導(dǎo)的H+電流需要游離脂肪酸，并且類似于通過在棕色脂肪中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)熱解偶聯(lián)蛋白1（uncoupling protein 1）發(fā)生的H+泄漏。AAC的ADP/ATP交換負(fù)向調(diào)節(jié)H+泄漏，但并沒有完全抑制它。這表明H+泄漏和線粒體解偶聯(lián)可能通過細(xì)胞的ATP需求和ADP/ATP交換速率來加以動態(tài)控制。


通過介導(dǎo)這兩種不同的轉(zhuǎn)運模式：ADP/ATP交換和H+泄漏，AAC將線粒體中的偶聯(lián)能量轉(zhuǎn)換（ATP產(chǎn)生）和解偶聯(lián)能量轉(zhuǎn)換（產(chǎn)熱）相關(guān)聯(lián)在一起。