评估产生能量的合成细胞器如何维持人造细胞

自然界中的能量生产是叶绿体和线粒体的责任，对于在实验室中制造可持续的合成细胞至关重要。正如中学生物学格言所说，线粒体不仅是“细胞的动力源”，而且还是人工复制的最复杂的细胞内成分之一。

在AIP 出版的《生物物理学评论》中，韩国西江大学和中国哈尔滨工业大学的研究人员确定了人工线粒体和叶绿体最有希望的进步和最大的挑战。

“如果科学家能够创造出人工线粒体和叶绿体，我们就有可能开发出能够自主产生能量和合成分子的合成细胞。这将为创造全新的生物体或生物材料铺平道路，”作者 Kwanwoo Shin 说。

在植物中，叶绿体利用阳光将水和二氧化碳转化为葡萄糖。存在于植物和动物中的线粒体通过分解葡萄糖产生能量。

一旦细胞产生能量，它通常会使用一种叫做三磷酸腺苷 (ATP) 的分子来储存和转移能量。当细胞分解 ATP 时，它会释放能量，为细胞的功能提供动力。

“换句话说，ATP 是细胞的主要能量货币，对于细胞执行大部分细胞功能至关重要，”Shin 说。

该团队描述了构建合成线粒体和叶绿体所需的成分，并将蛋白质确定为分子旋转机械、质子传输和 ATP 生产的最重要方面。

以前的研究已经复制了构成产生能量的细胞器的成分。一些最有前途的工作调查了复杂能量产生过程中涉及的中间操作。通过连接蛋白质和酶的序列，研究人员提高了能源效率。

试图重建能量生产细胞器的最重大挑战之一是在不断变化的环境中实现自我适应以维持稳定的 ATP 供应。未来的研究必须调查如何在合成细胞自我维持之前改进这一限制特征。

作者认为，使用模拟自然过程的生物现实能量生成方法来创建人造细胞非常重要。复制整个细胞可能会导致未来的生物材料，并有助于深入了解过去。

“这可能是理解生命起源和细胞起源的一个重要里程碑，”Shin 说。