線粒體裏的酶：世界那麼大，我想去看看_風聞

線粒體，呈現線狀或粒狀，是細胞的能量工廠，它的代謝以及調節功能在細胞中的作用不可缺少。

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國課題組從事幹細胞命運調控中的核與線粒體等細胞器重塑、人類線粒體疾病的病理與幹細胞治療研究，接下來科研人員將帶來一些線粒體的知識，介紹一下這個細胞裏的能量工廠。

好久不見，不知道大家有沒有把小可愛線粒體給忘了呢？

如果不記得了，請點下方鏈接回顧，不然今天的線粒體小秘密就説不清楚了呢。

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《細胞裏的變形金剛——線粒體》

我們曾經提到過線粒體被人所熟知的功能就是為細胞提供能量，產生生命活動所需的ATP，那麼這個產能是通過怎樣的過程呢？今天我們先淺談這個過程中的一個大環節——三羧酸循環（TCA循環）。

三羧酸循環是好氧生物體內普遍存在的代謝途徑。原核生物中分佈於細胞質，真核生物中分佈在線粒體。因為在這個循環中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的有機酸，所以叫做三羧酸循環。你可以想象在線粒體中有個一直轉不停的圈（倉鼠跑輪？），在這個圈裏，有酶，有代謝物，他們一起組成了循環，是供能的重要環節。

（圖片來自網絡）

酶的作用簡單來説就是吃掉一個底物，把它變一變，然後吐掉產物。

在這個循環中，酶就像玩傳話遊戲的小朋友，一個傳給下一個，傳的時候進行了小小的加工，傳到最後又神奇地變成了原來的那句話。

那你可能就要問了，他們一直在裏邊轉轉轉，不會耗完嗎？總得有個入口吧？

確實是的，是乙酰輔酶A跳進了這個圈裏，才啓動了這個循環，而乙酰輔酶A是由丙酮酸轉變而來，丙酮酸則主要來源於葡萄糖，歸根結底就是你碗裏的飯菜。

我們曾經提到過線粒體是細胞核的貼心小棉襖，是司令的通信兵，在特殊的時候會向細胞核發出信號等，包括乙酰輔酶A，α-酮戊二酸、NAD+，鈣氧離子等等。

但是我們最近發現，除了各種信號，線粒體裏的三羧酸循環酶，竟然也會集體出逃，都跑去細胞核裏打工啦。

近日，Nature子刊 Nature Communications 在線發表了中科院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國課題組持續性工作的最新研究成果 Nuclear Localization of Mitochondrial TCA Cycle Enzymes Modulates Pluripotency via Histone Acetylation （線粒體TCA循環酶入核通過組蛋白乙酰化調控多能性）。該研究發現，多種線粒體TCA循環酶在多能幹細胞獲得、狀態轉變以及轉變為全能幹細胞等過程中均存在從線粒體轉運到細胞核的現象，並且核定位TCA循環酶調控上述過程。

我們從一堆酶中揪出一羣丙酮酸脱氫酶 (Pdha1) ，讓它老實交代它們究竟想幹什麼。Pdha1主要能將我們前面提到的丙酮酸催化成乙酰輔酶A，那麼它在核內也發揮了這樣的作用嗎？

Pdha1：“我坦白了，我確實在核裏幹了份兼職。”

根據我們的深入調查，原來確實是這樣的，Pdha1在核內產生更多的乙酰輔酶A，而乙酰輔酶A是組蛋白乙酰化修飾的底物，組蛋白經過乙酰化修飾後進一步打開多能性相關基因，促進多能性獲得。

細胞核內的基因組平時都需要打包起來，就像毛線打包成毛線球，不然我們的核是裝不下的。負責打包核基因組的是組蛋白。

打包基因組

組蛋白上有各種各樣的修飾，有甲基化乙酰化等等修飾，它們不甘寂寞，紛紛登場，有的利於轉錄，有的抑制轉錄。核內更多的乙酰輔酶A，能使得組蛋白上乙酰化修飾增加，進而促進基因的表達。

圖中綠色火柴棍為組蛋白修飾，紅色火柴棍為DNA修飾，這些火柴棍都可以歸類為表觀遺傳，有緣再細講。

本發現揭示了線粒體TCA循環酶入核通過表觀遺傳調控多能性的重要作用，拓展了線粒體反向信號調控幹細胞多能性的新模式。

在整個細胞版圖中，TCA循環酶從線粒體中遷移到核裏。

眾TCA循環酶：“世界那麼大，我想去看看嘛。”

最後，我們依然有許多問題沒有解決，我們還是不知道這些代謝酶跑到核內的原因，是線粒體太摳沒給工資（某種脅迫作用等），還是細胞核給的太多了（某些吸引代謝酶的環境等），或是線粒體和細胞核達成了某種協議（線粒體和核的交流），亦或者是代謝酶自己追求夢想（酶上的特殊修飾等），這些都等着我們去揭示。

線粒體：“怎麼會跑路的傢伙們又被人類發現了？下次小心點這羣笨蛋。”

來源：中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院