细菌如何引导电子流产生高效能量

伊利诺伊大学的生物化学家从细菌膜中分离出一种蛋白质超级复合物，它像电池一样在细菌膜上产生电压。电压用于制造ATP，ATP是生命的关键能量货币。《自然》杂志报道的这一新发现将为未来努力获得大型膜蛋白超复合物的原子结构提供信息。

“拥有数十亿年的进化经验，细菌擅长在不断变化的环境中生存，”伊利诺伊大学生物化学名誉教授罗伯特根尼斯说，他与生物化学教授艾玛德塔吉霍尔西德一起领导了这项新研究。

“大多数人都有能力修改、替换或组合分子工具来满足新的需求——有时是在单细胞的生命周期中，”Gennis说。这些工具包括酶，它催化化学反应来执行特定的任务。

根尼斯说，细菌所需的能量是通过将高能食物分子中的电子转移到氧气中获得的，这与植物或动物细胞中出现的能量类似。电子从一种酶转移到另一种酶，直到它们最终到达氧。

通常，一种酶在与另一种酶随机碰撞时会传递电子。研究人员证明，在特定条件下，通过将酶粘在一起形成“超级复杂性”，自然消除了随机碰撞的需要。复数的每一部分都可以产生电压，但所有部分必须按顺序运行，”Gennis说。

“重要的是，它们将作为一个单元发挥作用，以确保电子快速传输，电子最终落在它们所属的地方，”他说。“超级复合物可能在所有电子转移链中都很重要，但在大多数情况下，试图分离它们会失败，因为它们会分崩离析。我们很幸运地研究了一种叫做黄杆菌的生物，其中的超级复合物是稳定的。”

正如通常在此类实验中所做的那样，研究小组没有依靠洗涤剂从薄膜中提取蛋白质，而是尝试了一种工业聚合物——一种由塑料制成的聚合物。使用这种聚合物，他们在一个快速的步骤中提取并分离出了这种超复合物。这个过程将超级复合体嵌入一个像硬币一样的小圆盘中。

在多伦多大学和纽约结构生物学中心合作者的帮助下，该团队利用低温电子显微镜确定了超级复杂组件的构型。

“进化产生了非常有效的‘纳米机器’，而且看起来也很美。看看它是如何工作的，它让人非常欣赏自然，这是做科学的乐趣之一，”Gennis说。

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