揭示H+轉運是線粒體ADP/ATP載體發揮功能所必需的一種功能

一種稱為線粒體的亞細胞結構是我們細胞的能量工廠。每天，人類需要身體產生ATP來為所有細胞活動提供能量。神經沖動、肌肉收縮、DNA復制和蛋白合成僅是依賴于ATP供應的至關重要的過程的一些例子。

鑒于我們體內僅含有少量的ATP，我們需要使用位于線粒體中的一種稱為ATP合酶（ATP synthase）的酶復合物，將ATP降解時產生的產物ADP（二磷酸腺苷）和磷酸鹽重新轉化為ATP。通過這種方式，每個ATP分子每天大約循環回收1300次。為了讓ADP到達ATP合酶，并讓重新產生的ATP為細胞提供能量，每個ADP/ATP分子必須穿過包圍著線粒體的不可滲透的脂質膜。線粒體ADP/ATP載體（mitochondrial ADP/ATP carrier, AAC）參與線粒體中的ADP和ATP轉運。

AAC在兩種狀態之間循環：在一種稱為細胞質開放狀態（cytoplasmic-open state）的狀態下，它的中心結合位點可用于結合ADP，而在另一種稱為基質開放狀態（matrix-open state）的狀態下，這種結合位點可用于結合新合成的ATP。

AAC是線粒體內膜的主要轉運蛋白。它利用線粒體中的ATP交換細胞質中的ADP，并且控制細胞中的ATP產生。此外，人們已提出AAC介導線粒體解偶聯（mitochondrial uncoupling），但是卻難以證實這種功能或闡明它的作用機制。

在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校和哈佛醫學院等研究機構的研究人員記錄了直接來自各種小鼠組織的線粒體內膜的AAC電流，并鑒定出兩種不同的轉運模式：ADP/ATP交換和氫離子（H+）轉運。相關研究結果發表在2019年7月25日的Nature期刊上，論文標題為“H+ transport is an integral function of the mitochondrial ADP/ATP carrier”。

AAC介導的H+電流需要游離脂肪酸，并且類似于通過在棕色脂肪中發現的產熱解偶聯蛋白1（uncoupling protein 1）發生的H+泄漏。AAC的ADP/ATP交換負向調節H+泄漏，但并沒有完全抑制它。這表明H+泄漏和線粒體解偶聯可能通過細胞的ATP需求和ADP/ATP交換速率來加以動態控制。

通過介導這兩種不同的轉運模式：ADP/ATP交換和H+泄漏，AAC將線粒體中的偶聯能量轉換（ATP產生）和解偶聯能量轉換（產熱）相關聯在一起。