呼吸链上的蛋白质结构20年来教科书可能搞错了

近日，《细胞研究》杂志发表了一项重大研究成果，挑战了教科书上的传统观念。科学家们发现，生物体呼吸链中的核心组成部分复合物4的实际结构与多年来科学界普遍接受的结构存在显著差异。

呼吸链是生命活动中至关重要的环节，每个人每天进行近27000次的呼吸，通过吸入氧气和排出二氧化碳来完成有机物的分解并释放能量。这一过程中，氧气在体内与二氧化碳进行置换，完成氧化还原反应，支撑生命活动。这一反应在微观层面正是发生在呼吸链上。

在线粒体的内部，隐藏着一条由一系列“电子传递接链”蛋白复合物组成的呼吸链。这些蛋白质复合物将电子从链的一端传递到另一端，最终将电子传递给氧气，产生水。这条“链”紧密相扣，任何一个环节的差错都可能导致严重的疾病，甚至可能引发神经系统疾病，如老年痴呆症。

论文的通讯作者、清华大学生命科学学院教授杨茂君指出，对蛋白质精细结构的了解越深入，我们对生命体的运行机制的理解就越透彻。他强调，通过明确知道哪个原子出了问题，我们可以更有针对性地设计药物进行干预，从而达到治疗效果。

呼吸链中的复合物4一直是研究的热点。长久以来，人们认为复合物4是由两个单体组成的二聚体，每个单体由13个亚基组成。杨茂君教授及其团队的研究发现，复合物4在体内的实际结构可能与人们以往的认识存在不同。

在研究中，杨茂君团队发现，当从生物体中提取并纯化复合物4进行研究时，复合物4在某些情况下会表现出单体形式。这一发现引发了他们对复合物4结构认知的重新思考。

随着研究手段的进步，尤其是冷冻电镜技术的发展，结构生物学取得了长足的进步。人们现在可以直接获得蛋白质晶体的构象图片，但这些图像的解释却可能存在多种理解。杨茂君强调，只有能够解释所有现象的理论才能与真相相符。

为了揭开复合物4的真实结构，杨茂君团队进行了深入的研究。他们发现，在特定的实验条件下，复合物4的结构表现出新的特点。这一发现可能会为未来的药物设计提供新的思路。杨茂君表示，他们将继续深入研究复合物4的结构和功能，以期为未来治疗神经系统疾病等提供新的策略。

这一研究成果不仅挑战了教科书上的传统观念，也为科学家们进一步了解呼吸链的运行机制提供了新的线索。未来，随着研究的深入，我们有望更深入地了解生命的奥秘。在深入研究密度图后，杨茂君团队发现了令人兴奋的细节。在仔细审视各个亚基的状况时，他们发现所有13个亚基都完美匹配，只是在那个被认为与复合物4形成二聚体的界面上，存在一个令人困惑的“未知”。这个未知究竟是什么呢？通过建模分析，他们惊讶地发现这个未知正是引起学术界激烈争论的焦点亚基NDUFA4。

随着研究的深入，杨茂君团队发现了一出“张冠李戴”的戏码。为何这团神秘的“未知”会游离不定？为何那看似坚实的13个亚基会在特定条件下与亚基NDUFA4形成“连体”？原来这一切都与一种强大的去垢剂有关。这种去垢剂能强力拽下心磷脂，进而改变亚基间的结合状态。更令人惊讶的是，亚基NDUFA4的结合界面竟然是一个关键节点，它的存在与否直接决定了二聚体的形成与否。

杨茂君团队不仅解开了困扰学界多年的谜团，更纠正了人们对复合物4的误解。他们揭示了正确的蛋白质结构，使我们得以清晰地了解电子传递的路径。在复合物4的反应中心，氧气与水生成质子，一部分质子被直接泵入线粒体膜间隙，以待他用。这是一个揭示复杂化学反应机理的重要过程。

早在论文发表前的几年，杨茂君就已经明确了复合物4的结构。面对为何论文发表较晚的问题，他坚定地表示：“我们要通过全面的实验来验证我们的观点。”科学研究中，“反常”往往孕育着原始创新的种子。如同福尔摩斯用敏锐的观察力断案一样，科学家也需要对反常现象背后的真相保持敏锐的触感。实验室的传统是不断重复实验以确保结果的准确性，即使结果符合预期也是如此。正是这些扎实的原始实验数据给了杨茂君团队挑战权威的勇气。他们不惧对教科书说“不”，因为他们知道科学进步需要质疑和勇气。他们的研究成果不仅为学术界带来了新的视角和启发，也为未来的科学研究开辟了新路径。