構造生物学：I–II–III₂–IV₂超複合体によるミトコンドリア膜の屈曲の構造基盤

ミトコンドリアでのエネルギー変換には、ミトコンドリア内膜の複雑な構造が必要である。今回我々は、繊毛虫類では、4つの呼吸鎖成分全てを含む超複合体が膜の屈曲に関わっていることを明らかにする。我々が、クライオ電子顕微鏡とクライオ電子トモグラフィーによって構造を決定したのは、150種類の異なるタンパク質とそれに結合した311の脂質からなる5.8 MDaの安定な超複合体である。複合体Iが、サブユニットを獲得して拡張することにより複合体IV二量体と結合すると、くさび形の隙間が形成され、これが複合体IIの結合部位となる。次いで、傾いた複合体III二量体がさらに結合すると、屈曲した膜領域が生じる。分子動力学シミュレーションを用いることにより、多様な超複合体が膜の屈曲誘発とクリステの管状化に能動的役割を果たすことが実証された。これらの知見から、呼吸複合体のタンパク質サブユニットの進化がI–II–III₂–IV₂超複合体につながり、これが生体エネルギーを産生する膜の形成に関わって、膜の機能の特殊化を可能にする仕組みが明らかになった。

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