糖，膽固醇，磷酸鹽，鋅——一個(gè)健康的個(gè)體令人驚訝的能將這么多種營(yíng)養(yǎng)元素保存在合適的水平，從工程學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，細(xì)胞表面應(yīng)該有一個(gè)具有萬(wàn)能功能的泵，用以保持這些營(yíng)養(yǎng)的均衡：當(dāng)一種營(yíng)養(yǎng)成分，比如糖的濃度，在細(xì)胞內(nèi)水平下降了，那么這個(gè)泵就應(yīng)該能是泵入機(jī)制，只到糖的濃度恢復(fù)正常。

但是奇怪的是，細(xì)胞采用了兩種類型的泵，一種在良好狀態(tài)下激活，當(dāng)特殊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)是充足的時(shí)候，另外一種則是在惡劣的情況下激活，這種情況下?tīng)I(yíng)養(yǎng)元素是缺乏的。那么為什么細(xì)胞需要這種雙重機(jī)制呢？

來(lái)自Weizmann研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)酶的催化作用將糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)釋放出大量能量。細(xì)胞內(nèi)的能量物質(zhì)轉(zhuǎn)換發(fā)生在線粒體中，因此線粒體是為細(xì)胞提供能量的“動(dòng)力工廠”。其氧化過(guò)程由線粒體內(nèi)膜上的4個(gè)呼吸鏈膜蛋白復(fù)合物。

線粒體把外部吸收來(lái)的以營(yíng)養(yǎng)形式存儲(chǔ)的能量在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)換為普遍的能量來(lái)源三磷酸腺苷。ATP在線粒體中的生產(chǎn)要經(jīng)歷多個(gè)步驟，主要步驟為氫氣氧化為水的爆鳴氣反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)室中人們可以讓氫氣和氧氣相互反應(yīng)，使存儲(chǔ)在原料中的能量以熱的形式釋放出來(lái)，而在生物氧通過(guò)呼吸鏈蛋白復(fù)合物膜時(shí)，能量受到控制，被釋放在小包中。這些能量像在燃料電池中那樣被轉(zhuǎn)化為最終用于合成ATP的電子膜電位，人體內(nèi)線粒體的表面積總計(jì)約1.4萬(wàn)平方米，每天大約可以生成65公斤的ATP。

膜蛋白復(fù)合物I的新結(jié)構(gòu)模型解釋了其工作原理的重要和意想不到的信息。一個(gè)不是由已知分子形式的蛋白組成的“傳輸導(dǎo)桿”通過(guò)納米尺度的機(jī)械耦合完成了蛋白復(fù)合物內(nèi)部的能量傳輸，可像蒸汽火車的車輪連桿一樣進(jìn)行力的傳遞。線粒體呼吸鏈的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究對(duì)于徹底了解細(xì)胞內(nèi)電子傳遞和能量轉(zhuǎn)化的機(jī)理至關(guān)重要。

除此之外，來(lái)自清華大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)成年小鼠母體中一種被稱為Cidea基因的缺失，會(huì)導(dǎo)致其分泌乳汁中的脂類含量明顯下降，嚴(yán)重影響子代小鼠存活。

乳腺細(xì)胞中的脂肪合成后，最初是儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)的脂滴中，這些脂滴通過(guò)XOR等多個(gè)蛋白的介導(dǎo)，從細(xì)胞中分泌進(jìn)入乳汁。這就像一粒粒粘在黏膜上的珍珠，要把它們摘下來(lái)，就需要一只靈巧的‘手’（XOR），而Cidea基因就充當(dāng)了‘推手’的角色來(lái)調(diào)節(jié)XOR的表達(dá)水平。沒(méi)有了Cidea就沒(méi)有了這只手，脂肪便只能留在細(xì)胞內(nèi)，無(wú)法分泌到乳汁中，造成乳汁‘營(yíng)養(yǎng)不良’。

通過(guò)一系列分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究，研究人員發(fā)現(xiàn)Cidea可作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控的輔助因子調(diào)節(jié)XOR及其他多個(gè)基因的表達(dá)和乳汁脂肪的分泌。這為此后關(guān)于新生兒健康存活及營(yíng)養(yǎng)干預(yù)等領(lǐng)域的研究奠定了理論基礎(chǔ)。