《Cell Res》新论文纠正教科书，发表首发性成果

这项工作纠正了二十多年来在细胞色素c氧化酶的结构生物学研究中的错误，拓展了对细胞色素c氧化酶的认识与理解。

清华大学生命科学学院杨茂君教授研究组在《细胞研究》（Cell Research）在线发表题为《14个亚基组成的人源细胞色素c氧化酶的完整结构》（Structure of the intact 14-subunit human cytochrome c oxidase）的研究论文，首次报导了人源细胞色素c氧化酶（呼吸链复合物IV）的完整结构，分辨率达到3.3。完整的人源细胞色素c氧化酶由14个亚基组成一个单体，而不是教科书中所认为的两个13个亚基组成的二聚体，这项工作纠正了二十多年来在细胞色素c氧化酶的结构生物学研究中的错误，拓展了对细胞色素c氧化酶的认识与理解。

呼吸作用是细胞内最基本的能量代谢活动之一，生物体摄入的有机物在细胞内通过一系列生化反应后生成水、二氧化碳和其他产物，并释放出能量。线粒体呼吸链位于线粒体的内膜上，包含四个膜蛋白复合物以及电子传递配体辅酶Q和细胞色素c等。这四个蛋白质复合物分别是复合I（NADH脱氢酶），复合物II（琥珀酸脱氢酶），复合物III（细胞色素c还原酶）和复合物IV（细胞色素c氧化酶）。线粒体呼吸链将电子转移到氧的同时，把质子泵到线粒体膜间隙内产生质子梯度并驱使ATP合成酶（复合物V）合成能量分子ATP。

自1995年原核细胞色素c氧化酶的结构被解析以来，从原核至真核，从简单到复杂，复合物IV的结构不停涌现。与此同时，科学界一直认为细胞色素c氧化酶是一个同源二聚体，由两个各包含13个亚基的单体组成。但是在本工作中，通过使用冷冻电镜收集数据并处理后，杨茂君教授解析了人源细胞色素c氧化酶迄今为止分辨率最高的结构。通过对过往实验结果的归纳总结和对新获取的数据进行分析，杨茂君教授在3.3的电子密度中搭建出了细胞色素c氧化酶的第14个亚基NDUFA4以及与它相互作用的心磷脂，首次确定了完整的细胞色素c氧化酶的各个亚基的位置，并提出了完整的细胞色素c氧化酶是由14个亚基组成的并以单体形式存在。

在杨茂君教授解析的呼吸链超级复合物结构中，细胞色素c氧化酶的组成状态均为单体，生化实验中抽提纯化出的细胞色素c氧化酶也均为单体，但是过往的晶体结构中细胞色素c氧化酶都是同源二聚体。

在这项工作中，杨茂君教授发现了第14个亚基NDUFA4，它处于二聚的晶体结构中的二聚结合界面上，并有一个心磷脂分子与它相互作用。

在过往的晶体结构研究中，纯化的步骤使用了性质较强的去垢剂，导致稳定结合在细胞色素c氧化酶中的心磷脂分子被替换掉，而NDUFA4也从细胞色素c氧化酶解离出来。这样形成的二聚的细胞色素c氧化酶与体内的状况不一致，也导致学术界一直认为细胞色素c氧化酶是一个同源二聚体。NDUFA4结构的解析解决了这个矛盾，并解释了晶体结构中细胞色素c氧化酶二聚的原因。

在这项工作中杨茂君教授还发现，与之前牛源细胞色素c氧化酶不同，Cox7A2、Cox6A1和Cox8A分别替代了亚基Cox7A1、Cox6A2和Cox8B，这三个亚基的结构首次被解析。

原文标题

Structure of the intact 14-subunit human cytochrome c oxidase