打破傳統認知——細胞線粒體竟然有兩種形態，26高考題？

據去年11月Nature的一篇文獻，科學家們發現了一個驚奇的現象，線粒體竟然有兩種類型，這一發現打破了生物學界百年的傳統認知。

線粒體

研究發現，當細胞面臨高能量需求時，線粒體通過動態分化爲功能特化的亞羣實現"勞動分工"，即變成兩種形態，其中一類亞羣富集脯氨酸-5-羧酸合成酶（P5CS），形成絲狀聚合體（filamentous structures），主動拆除ATP合成酶和嵴結構（cristae-deficient），專注還原代謝合成脯氨酸/鳥氨酸；另一亞羣則強化嵴結構和ATP合成酶，專攻氧化磷酸化（OXPHOS-dedicated）。這種分工使細胞同步維持生物合成與能量生產。

這種分工是可逆的，是細胞應對代謝衝突的適應性策略。P5CS富集亞羣雖無嵴結構，但膜電位升高（higher membrane potential），創造強還原環境以驅動生物合成；而OXPHOS專精亞羣則通過嵴結構優化能量轉化效率。揭示了線粒體通過動態重組，在有限空間內同時滿足"建造"與"供能"需求。

線粒體的“勞動分工”

打個比方，把細胞比做一個工廠，而線粒體有兩個功能，一個是提供能量（ATP），相當於發電機，ATP合成酶和嵴就是發電裝置，這是其主要功能，另一個是合成製造蛋白質等大分子所需要的脯氨酸、鳥氨酸等原料，相當於搞建築的。

而當細胞工廠既缺電又缺建材的危機時，一部分線粒體就會把用於發電的裝置（ATP合成酶和嵴）拆了，騰出地方放製造建材的裝置，專門用來搞建築，提高效率，而拆了的部分會影響另一些線粒體，讓其專門發電，且發電效率相比原來的也有所提高。（連細胞器都懂“分工增效”，打工人淚目！）

有意思的是，當細胞缺電又缺建材的危機解除時，所有的線粒體又會回到原來的狀態，也就是目前課本上所教的線粒體。

這個發現有助於幫助科學家理解腫瘤細胞代謝重編程。

參考文獻

Ryu, K.W., Fung, T.S., Baker, D.C. et al. Cellular ATP demand creates metabolically distinct subpopulations of mitochondria. Nature 635, 746–754 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08146-w