線粒體是產生能量,代謝物和脂質的細胞器。線粒體產生能量的能力依賴於雙膜和嵴內陷的建築特徵。我們使用電子斷層掃描三維重建,研究果蠅間接飛行肌肉中的線粒體超微結構。我們描述線粒體嵴膜結構的新特徵,對應於細胞器的能量狀態。我們觀察果蠅羽化後嵴膜的新生,揭示基質中的網狀膜,搭配電子傳遞複合物四蛋白組裝,形成層狀嵴膜。我們闡明蛋白質介導的嵴膜新生的幾個關鍵機制。

線粒體是產生能量,代謝物和脂質的細胞器。它幫助維持鈣離子動態平衡和介導細胞凋亡。這些功能通過關鍵分子空間排列與線粒體超微結構巧妙地聯繫在一起。 線粒體外膜和內膜包裹並限定膜間間隔和基質隔室。內膜的內陷形成嵴膜,電子傳遞鏈複合物位於其中。電子傳遞複合物通過連續的氧化還原反應,將來自基質的質子送入膜間空間,由此在內膜上產生膜電位。然後利用質子梯度來驅動ADP,通過旋轉渦輪樣ATP合成酶(ATP synthase)的磷酸化作用,生成ATP。因此,嵴膜形態為質子交換提供了結構基礎,並且與線粒體的能量生產能力緊密相關。

在線粒體內,產生能量的能力依賴於雙膜和嵴內陷的建築特徵。我們使用電子斷層掃描三維重建,研究果蠅間接飛行肌肉中的線粒體超微結構。我們描述線粒體嵴膜結構的新特徵,對應於細胞器的能量狀態。 根據高能量需求,果蠅間接飛行肌肉的線粒體展現出密集的層狀嵴膜構型。嵴膜之間的廣泛的內膜切換,形成螺旋狀嵴膜網絡並且允許雙向基質流通匯合。這種高度互連的結構估計有利於整個區域內的膜電位和生物分子的快速平衡。

線粒體胞器源自於內共生事件。線粒體獨特的嵴膜結構,已知是受幾種關鍵蛋白的影響。儘管幾種關鍵蛋白質已被發現,但功能性嵴膜如何從頭形成還沒有直接解決,包括脂質膜形態如何形成,如何協調細胞核DNA和線粒體DNA編碼的蛋白質的組裝。我們使用連續切片電子斷層掃描術,觀察果蠅羽化後嵴膜的新生,揭示基質中的網狀膜,搭配電子傳遞複合物四蛋白組裝,形成層狀嵴膜。電子傳遞複合物四蛋白組裝時必須的插入酶OXA1,也位於嵴膜,網狀膜和內部邊界膜上。我們還展示了OPA1在介導嵴膜新生中的新角色。Marf / Mitofusin不影響形成功能性嵴膜,但嵴膜膜含量減少,表明通過內質網-線粒體接觸的脂質運輸受損。這項研究闡明了蛋白質介導的嵴膜新生的幾個關鍵機制。