研究证实了细胞节约能源的新途径

通过证明大约40年前首次提出的理论，研究人员已经证实了细胞节约能量的新方法。

这项由伊利诺伊大学Carl R. Woese基因组生物学研究所分子和细胞生物学领域的William William Arends教授和采矿微生物基因组研究主题领导人William Metcalf领导的这项研究发表在mBio上，为科学家提供了更好的研究了解有机体如何在全球碳循环中保存能量和功能。

所有生物体都需要节约能量来移动，生长和繁殖。细胞通过产生一种叫做ATP的分子来保存能量，它们通常通过在细胞膜上形成化学梯度来实现这一目标，从而为它们提供产生ATP的能量。

有几种方法可以使这种梯度植物通过光合作用使用光能，人类和动物使用化学能。这些方法已经过彻底研究，但在1981年，一位名叫Harry Peck的科学家提出了另一种节能方法：一种称为氢循环的方法。

氢很容易穿过细胞膜。Peck提出细胞内的氢可以扩散到细胞外部，酶会重新捕获它并产生氢离子，从而产生节约能量所需的化学梯度。

该理论受到广泛批评。批评人士表示，电池以这种方式重新夺回氢气将太困难。

“没有人真的相信它，”梅特卡夫说。“大多数人都对它持怀疑态度。”

然后，八年前，梅特卡夫和他的实验室正在研究使用氢气生长的甲烷生物。这些生物使用一组称为氢化酶的酶来产生和消耗氢。

Metcalf和他的实验室开始创造这些氢化酶的突变体，并发现当关闭氢化酶的基因时，细胞死亡 - 但这些细胞也开始产生大量的氢。

“这导致我们认为我们的甲烷生成细胞实际上正在做的是氢循环，”梅特卡夫说。“哈利佩克在80年代提出的这个想法实际上并没有人真正相信。”

进一步的实验表明，细胞死亡是因为它们失去了重新捕获氢的能力。

“我们可以证明，当你失去重新捕获它的能力时，不仅细胞死亡，而且它们分泌大量氢气，”梅特卡夫说。“这确实是第一个令人信服地证明氢循环是一种节能机制的实验证据。”

经过多年的批评，Peck的想法被证明是正确的 - 至少对于这些产甲烷细胞而言。然而，Metcalf说氢循环可能在其他生物体中很常见。

“哈利佩克不仅是正确的，而且可能一直都在大自然中发生，”他说。“而且它被这个事实掩盖了......在很多情况下突变是致命的，所以人们无法证明它发生了。”

它也是不可检测的，因为细胞有一种备用方法可以节约能量，如果它们不能进行氢循环，这会使它们保持活力。

“他们宁愿做氢循环，但他们确实有替代品，”梅特卡夫说。“因此，出于这两个原因，这种有意义的节能机制，即所有细胞想要做的事情，都隐藏在明显的视野中。”

梅特卡夫说，理解这种机制至关重要，因为进行氢循环的生物是全球碳循环的关键参与者。如果科学家想要了解环境中元素和分子的平衡，他们也需要了解基本机制。

“这是节约能源的关键部分，因此，这些生物如何适应和发展，”他说。“它填补了这些生物如何发挥作用的知识空白。”