一类产甲烷菌中负责产甲烷的巨型蛋白质复合体结构

产甲烷古菌能将二氧化碳和氢气转化为甲烷，这一过程不仅影响全球气候，也为可再生能源开发提供可能。本文聚焦于一类名为‘Hdr–Vhu–Fwd’的巨型酶超级复合体（重达8兆道尔顿），它由252个蛋白质亚基和600多个辅因子组成，是目前已知最大的金属酶复合体之一。研究团队利用冷冻电镜技术，在近原子分辨率下首次看清了该复合体的三维结构：它形似风车，由两个六聚环状结构通过一个四聚体核心连接而成；12个‘聚铁氧还蛋白’（VhuB）亚基像桥梁一样，把负责氢气氧化的Vhu氢酶、负责异二硫键还原的Hdr酶，以及负责二氧化碳还原的Fwd酶精准串联起来，从而让电子在整条通路上高效定向传递——既驱动甲烷生成的最后一步（还原异二硫键），又启动第一步（还原二氧化碳）。更关键的是，该复合体具有‘模块化’设计：当环境中氢气不足时，其中一部分氢酶模块可被甲酸脱氢酶替代，使微生物迅速切换能量来源，维持生存。这种灵活适配能力，正是产甲烷古菌能在海底沉积物、动物肠道等能量匮乏环境中持续活跃的关键。此外，研究发现这种独特架构仅存在于第一类产甲烷古菌中，而第二类则采用更小的Hdr–Fmd复合体，说明不同类群演化出了截然不同的能量转化策略。总之，这项工作不仅揭示了生命如何高效利用低能电子驱动关键生化反应，也为理解厌氧微生物的生态适应性及未来人工设计高效固碳系统提供了重要基础。