粒線體常被稱為細胞的發電廠，因為它們產生了我們身體成長、移動、修復組織和執行日常功能所需的大部分能量。但它們並非以恆定的速度運作。相反地，粒線體會根據細胞所需的能量多寡以及可用的營養素，持續調整其活性。
科學家們早已知道營養會影響這個過程。但確切的個別營養素如何發送訊號來改變粒線體活性，一直不太清楚。
現在，由科隆大學遺傳學研究所和CECADE老化研究卓越集群的Thorsten Hoppe教授領導的研究人員，發現了一個涉及胺基酸白胺酸的新機制。他們的研究結果顯示，白胺酸有助於穩定粒線體中的重要蛋白質，從而使細胞器能更有效地生產能量。
這項發表在《Nature Cell Biology》上的研究標題為「白胺酸抑制外粒線體膜蛋白的降解以適應粒線體呼吸」。
白胺酸如何幫助粒線體生產能量
白胺酸是一種必需胺基酸，這意味著人體無法自行製造足夠的量，必須透過食物攝取。胺基酸是構成蛋白質的建構單元，而白胺酸在富含蛋白質的食物中尤其豐富，例如乳製品、肉類、豆類和扁豆。
研究人員發現，白胺酸的作用不僅是貢獻於蛋白質生產。它還有助於防止粒線體外表面某些蛋白質的分解。
這些蛋白質在代謝中扮演重要角色，因為它們有助於將其他分子運送進入粒線體，在那裡它們可以作為細胞能量生產機器的部分原料。當白胺酸有助於維持這些蛋白質時，粒線體就能更有效地運作，並增加細胞產生的能量。
「我們很高興地發現，細胞的營養狀態，特別是其白胺酸水平，直接影響能量生產，」該研究的第一作者Qiaochu Li博士說。「這種機制使細胞能夠在營養豐富時期快速適應增加的能量需求。」
細胞品質控制蛋白質扮演關鍵角色
該團隊將此效應追溯到一種稱為SEL1L的蛋白質，該蛋白質參與細胞品質控制。
細胞不斷檢查其蛋白質，因為受損或錯誤摺疊的蛋白質會干擾正常功能。SEL1L有助於識別應被移除的蛋白質，並將它們導向降解。
根據研究人員的說法，白胺酸似乎會降低SEL1L的活性。這意味著較少的粒線體蛋白質被分解，從而讓更多蛋白質得以保留並支持粒線體功能。
「調節白胺酸和SEL1L的水平可能是一種提高能量生產的策略，」Li補充道。「然而，謹慎行事很重要。SEL1L在防止受損蛋白質積聚方面也起著至關重要的作用，這對長期的細胞健康至關重要。」
這個警告很重要，因為在所有情況下增加能量生產並不自動有益。維持有用蛋白質的相同細胞系統也有助於清除缺陷蛋白質，因此改變這種平衡可能會產生意想不到的後果。
對生育能力和癌細胞的影響
為了探討白胺酸代謝的更廣泛影響，研究人員還研究了秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans），這是一種常用於生物學研究的小圓蟲，因為它的許多細胞過程與更複雜生物體中的過程相似。
在線蟲中，白胺酸分解的問題會干擾粒線體功能，並與生育問題有關。
科學家們還檢查了人類肺癌細胞。他們發現，一些影響白胺酸代謝的突變可能幫助癌細胞存活。這個發現對於未來的癌症研究可能很重要，因為改變白胺酸相關途徑的治療方法可能會以不同的方式影響健康細胞和腫瘤細胞。
這些發現增加了越來越多的證據，表明營養素的作用不僅僅是為身體提供原材料。它們還可以作為影響細胞功能的訊號。
在此案例中，白胺酸似乎透過保護關鍵的粒線體蛋白質免於降解，幫助細胞根據營養素的可用性來調整能量生產。
透過揭示白胺酸、蛋白質品質控制和粒線體代謝之間先前未知的聯繫，研究人員已經確定了潛在的新目標，用於治療細胞能量生產受損的疾病，包括癌症和代謝性疾病。
