参考文献 / References
本页面中的蛋白质表面模型基于以下 PDB 结构数据生成:
Complex I — NADH:ubiquinone oxidoreductase
PDB:
5LNK (ovine, 3.9Å cryo-EM)
Fiedorczuk K, et al. "Atomic structure of the entire mammalian mitochondrial complex I." Nature 538:406-410 (2016).
PMID:
26343579 · DOI: 10.1038/nature19794
— 解读:首次获得哺乳动物(绵羊)线粒体复合体 I 的完整近原子分辨率结构,揭示 45 个亚基的 L 形排列及各结构域组织,为质子泵机制提供分子基础。
Complex II — Succinate dehydrogenase
PDB:
1ZOY (porcine, 2.1Å X-ray)
Sun F, et al. "Crystal structure of mitochondrial respiratory membrane protein complex II." Cell 121:1043-1057 (2005).
PMID:
15989954 · DOI: 10.1016/j.cell.2005.05.025
— 解读:解析猪心线粒体复合体 II(琥珀酸脱氢酶)的晶体结构,阐明 FAD、铁硫簇与琥珀酸/泛醌结合位点的空间组织,揭示电子从 FAD 到泛醌的传递路径。
Complex III — Cytochrome bc1 complex
PDB:
1BGY (bovine, 3.0Å X-ray)
Iwata S, et al. "Complete structure of the 11-subunit bovine mitochondrial cytochrome bc1 complex." Science 281:64-71 (1998).
PMID:
9651245 · DOI: 10.1126/science.281.5373.64
— 解读:解析牛心线粒体细胞色素 bc1 复合物 11 个亚基的完整结构,为 Q 循环中电子传递与质子泵的偶联机制提供结构基础。
Complex IV — Cytochrome c oxidase
PDB:
1OCC (bovine, 2.8Å X-ray)
Tsukihara T, et al. "The whole structure of the 13-subunit oxidized cytochrome c oxidase at 2.8 A." Science 272:1136-1144 (1996).
PMID:
8638158 · DOI: 10.1126/science.272.5265.1136
— 解读:解析牛心线粒体细胞色素 c 氧化酶 13 个亚基的完整结构,揭示 CuA、血红素 a 与血红素 a₃-CuB 双核中心构成的电子传递通道。
Complex V — ATP synthase
PDB:
5T4O (bovine, 3.4Å cryo-EM)
Zhou A, et al. "Structure and conformational states of the bovine mitochondrial ATP synthase by cryo-EM." eLife 4:e10180 (2015).
PMID:
26465209 · DOI: 10.7554/eLife.10180
— 解读:用冷冻电镜解析牛心线粒体 ATP 合酶的多种构象状态,揭示质子经 F₀ 转运驱动 F₁ 旋转催化合成 ATP 的机制。
表面生成方法:高斯密度场 (Gaussian density, σ = 0.5 × VDW radius) + Marching Cubes → 网格简化 → Laplacian 平滑。
骨架原子 (CA/N/C/O + 辅基) 用于计算,保留整体形状特征。
嵴(Cristae)形态与 ATP 合酶二聚体
线粒体内膜并非平坦,而是向内折叠形成嵴(cristae),并经管状「嵴连接(crista junction)」与内膜边界膜相连,显著扩大了氧化磷酸化的膜面积。ATP 合酶以二聚体形式沿嵴的锐利边缘(rim)排列成行,二聚化诱导的膜弯曲是嵴形态形成的关键(点击顶部「🔁 嵴形态」可切换平坦/折叠嵴示意)。
Paumard et al., EMBO J. 21:221 (2002) DOI — 解读:证明 ATP 合酶二聚体决定嵴形态,酵母缺失二聚化特异亚基 e/g 后嵴消失、内膜呈洋葱状。
Davies et al., PNAS 108:14121 (2011) DOI — 解读:用冷冻电镜断层成像解析完整线粒体,发现 ATP 合酶二聚体沿嵴的锐利边缘排列成行。
Vogel et al., J. Cell Biol. 175:237 (2006) DOI — 解读:揭示内膜分为嵴膜与内膜边界膜两个亚区室,经嵴连接(crista junction)相连。
ATP 合酶质子化学计量(H⁺/ATP)
本页面中质子回流驱动 ATP 合成采用 c₈ 环的实际化学计量(8H⁺/转 → 3ATP,H⁺/ATP ≈ 2.67),依据如下研究:
Watt et al., PNAS 107:16823 (2010) DOI — 解读:解析牛心 ATP 合酶的 c₈ 环结构,确立每 360° 旋转转运 8 个质子、合成 3 个 ATP;含 Pi 转运与 ADP/ATP 交换后,制造 1 个 ATP 的总成本约为 4 个质子。
Mookerjee et al., J. Biol. Chem. 292:7189 (2017) DOI — 解读:确认哺乳动物 ATP 合酶 c 环为 8 个亚基(而非早期认为的 10),将 H⁺/ATP 修正为 8/3。
Lee, Sci. Rep. 11:11042 (2021) DOI — 解读:基于跨膜静电局域化质子模型,确认质子/ATP 比为 8/3,与 c₈ 环三个催化位点的结构一致。
Nath, Biophys. Chem. (2019) DOI — 解读:整合供需两侧的 ATP 能量经济学,给出 P/O 比共识:NADH ≈ 2.5、FADH₂ ≈ 1.5(含转运成本)。