脂质体中的人工叶绿体和线粒体的概念，用于通过光合作用和细胞呼吸产生自我维持的能量。图片来源：西江大学生物界面组
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。线粒体不仅是中学生物学谚语所说的“细胞的动力源”，而且是人工复制的最复杂的细胞内成分之一。
来自韩国西江大学和中国哈尔滨工业大学的研究人员已经确定了人工线粒体和叶绿体最有希望的进展和最大的挑战。文章“用于可持续化学能量转换和生产的人造细胞器：人工线粒体和叶绿体”发表在《生物物理学评论》上。
“如果科学家能够创造人造线粒体和叶绿体，我们就有可能开发出能够产生能量和自主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KwanwooShin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。线粒体存在于植物和动物中，通过分解葡萄糖产生能量。
一旦细胞产生能量，它通常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充当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组件，并将蛋白质确定为分子旋转机械，质子运输和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组件。一些最有前途的工作调查了复杂能源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。
在试图重建能量产生细胞器时，仍然存在的最重大挑战之一是能够在不断变化的环境中自我适应以维持ATP的稳定供应。未来的研究必须研究如何在合成细胞自我可持续之前改进这种限制特征。
作者认为，用模仿自然过程的生物学现实能量产生方法创造人造细胞非常重要。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。
更多信息：用于可持续化学能量转换和生产的人造细胞器：人工线粒体和叶绿体，生物物理学评论（年）。DOI：10./5.