그들의 결과는 호흡 복합체로 알려진 에너지 생산을 담당하는 단백질이 단독으로 작용하지 않는다는 것을 보여줍니다. 대신에 그들은 세포의 주요 에너지원인 ATP의 효율적인 생산에 핵심적인 역할을 하는 "슈퍼복합체"라고 불리는 큰 구조로 조립됩니다.
미토콘드리아는 식물, 동물, 인간을 포함한 거의 모든 살아있는 유기체의 세포에서 발견됩니다. 그들은 우리가 호흡하는 산소와 음식의 탄수화물을 사용하여 세포의 기본 기능에 힘을 실어 에너지를 생성하는 ATP를 생성합니다.
이러한 호흡 사슬 복합체는 70년 전에 발견되었지만 미토콘드리아 내에서의 정확한 조직은 아직 알려져 있지 않습니다. 바젤 대학 바이오센터의 플로랑 왈츠(Florent Waltz) 박사와 벤 엔겔(Ben Engel) 교수가 이끄는 연구진은 최첨단 극저온 전자 단층 촬영 기술을 사용하여 전례 없는 해상도로 세포 내 호흡 사슬의 고해상도 이미지를 직접 생성할 수 있었습니다. 이번 연구 결과는 사이언스 저널에 게재됐다.
이번 연구의 제1저자이자 SNSFAmbizione의 연구원인 Florent Waltz는 "우리의 데이터는 호흡 단백질이 미토콘드리아의 특정 막 영역에서 스스로 조직되고 서로 붙어 하나의 주요 유형의 초복합체를 형성한다는 것을 보여줍니다."라고 설명합니다. "전자 현미경을 사용하면 개별 초복합체를 명확하게 볼 수 있습니다. 구조와 작동 방식을 직접 볼 수 있습니다. 호흡 초복합체는 미토콘드리아 막을 가로질러 양성자를 펌핑합니다. ATP 생성 복합체는 이러한 양성자의 흐름을 사용하여 ATP 생산을 유도하는 물레방앗간처럼 작동합니다."
연구진은 Chlamydomonas reinhardtii의 살아있는 세포에서 미토콘드리아를 조사했습니다. “우리는 모든 단백질이 실제로 이와 같은 초복합체로 조직되어 있다는 사실에 매우 놀랐습니다.”라고 Walz는 말했습니다. "이 구조는 ATP 생산을 더욱 효율적으로 만들고 전자 흐름을 최적화하며 에너지 손실을 최소화할 수 있습니다."
연구진은 초복합체 외에도 미토콘드리아 막 구조를 더 자세히 조사할 수 있었습니다. "그것은 다소 폐 조직을 연상시킵니다. 내부 미토콘드리아 막에는 가능한 한 많은 호흡 복합체를 수용하기 위해 표면적을 늘리는 많은 주름이 있습니다"라고 Engel은 말했습니다.
앞으로 연구자들은 호흡 복합체가 왜 상호 연결되어 있는지, 그리고 이러한 시너지 효과가 어떻게 세포 호흡 및 에너지 생산의 효율성을 증가시키는지를 밝히는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 연구는 또한 생명공학과 건강에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수도 있습니다.
"다른 유기체에서 이러한 복합체의 구조를 연구함으로써 우리는 그들의 기본 조직에 대한 더 넓은 이해를 얻을 수 있습니다"라고 Walz는 설명합니다. "이것은 진화적 적응을 밝힐 수 있을 뿐만 아니라 이러한 복합체의 붕괴가 인간 질병으로 이어지는 이유를 이해하는 데도 도움이 될 수 있습니다."
/ScitechDaily에서 편집됨