顛覆傳統！新研究呼籲重寫粒線體生物學教科書

巴西聖保羅大學的研究團隊最近在粒線體氧化磷酸化機制方面取得了突破性發現，揭示了鈉離子在粒線體呼吸中的重要作用。這項研究不僅挑戰了數十年來的傳統認知，更呼籲學界重新審視現有的生物學教科書內容。

聖保羅大學化學研究所（IQ-USP）的Alicia Kowaltowski教授與生物醫學科學研究所（ICB-USP）的Fernando Abdulkader教授共同在《生物化學科學趨勢》期刊上發表文章，強調了多項關於氧化磷酸化機制的新發現。其中，西班牙國家心血管研究中心José Antonio Enríquez團隊在《細胞》期刊上發表的研究，揭示了鈉離子在維持粒線體膜電位中的意外角色，更是顛覆了學界認知。

Kowaltowski教授指出：「知識不斷演進，我們傳授給學生的內容也應該與時俱進。過去我們一直認為粒線體是在膜間隙進行氧化磷酸化來產生ATP，但現在發現這個過程其實發生在粒線體嵴上。教科書的內容已經過時，是時候進行修正了。」

粒線體被稱為細胞的「能量工廠」，主要透過氧化磷酸化過程產生三磷酸腺苷（ATP）。這個過程涉及電子傳遞鏈中的電子逐步氧化，以及質子透過內膜泵送，形成電化學梯度來驅動ATP合成。過去學界認為，由於細胞緩衝機制確保了pH值的穩定，粒線體中的質子梯度較窄，因此電荷梯度被視為質子泵送的關鍵因素。

然而，Enríquez團隊的研究顯示，電子傳遞鏈複合物I中，有30%至50%的電荷梯度可歸因於鈉離子與質子的交換。這項發現不僅揭示了複合物I的第二項基本功能，更證明瞭鈉離子在維持粒線體膜電位中的重要性。

Kowaltowski和Abdulkader表示，這項發現令人意外，因為細胞中並不含大量鈉離子。但Enríquez團隊透過多種實驗模型和方法，包括呼吸鏈成分的突變體、不同離子載體和鈉離子耗盡的培養基，並進行了精密的生物能量測量，提供了令人信服的證據。

此外，研究還發現，與Leber遺傳性視神經病變（LHON）相關的複合物I點突變，會特異性地損害質子-鈉離子交換，而不影響電子傳遞或質子泵送。這項發現不僅揭示了能量代謝的核心機制，更直接將其與疾病聯絡起來，為相關疾病的治療提供了新的思路。

這項研究由聖保羅研究基金會資助，相關成果已發表於《生物化學科學趨勢》期刊，DOI: 10.1016/j.tibs.2024.11.002。