细菌如何引导电子流动以产生高效能量

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，这是生命的关键能源货币。“自然”杂志报道的这项新发现将为未来获取大型膜蛋白超复合物原子结构的努力提供信息。

“凭借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Robert Gennis说，他与生物化学教授Emad Tajkhorshid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以满足新的需求 - 有时在单个细胞的生命周期内，”Gennis说。这些工具包括酶，催化化学反应以执行特定任务。

Gennis说，细菌所需的能量是通过将电子从高能食物分子转移到氧气中获得的，类似于植物或动物细胞中发生的能量。电子从一种酶传递到另一种酶，直到最终到达氧气。

通常，酶在与另一种酶的随机碰撞期间通过电子。研究人员表明，在某些条件下，通过将酶粘在一起形成“超复杂”，自然消除了随机碰撞的需要。超复数的每个部分都可以产生电压，但所有部分必须按顺序运行，“Gennis说。

“有意义的是，它们将作为一个单元发挥作用，以确保电子传输迅速，电子最终落在它们所属的位置，”他说。“超复合物在所有电子传递链中可能都很重要，但在大多数情况下，试图分离它们会因为它们分崩离析而失败。我们很幸运地研究了一种称为黄杆菌的生物体，其中超复合物是稳定的。”

正如通常在此类实验中所做的那样，该团队没有依赖洗涤剂从膜中提取蛋白质，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和分离超复合物。该过程将超复合物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的合作者的帮助下，该团队使用低温电子显微镜来确定超复杂组件的配置。

“进化已经产生了一种非常有效的'纳米机器'，它看起来也很漂亮。看看它是如何工作的，这让人非常欣赏自然，这是做科学的乐趣之一，”Gennis说。