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1、第18卷第6期化 学 进 展Vol.18No.62006年6月PROGRESSINCHEMISTRYJune,2006专题论坛———关于化学热力学和动力学发展方向的讨论3细胞线粒体状态的热力学分析33刘 莎 刘会雪 杨晓改 杨晓达(北京大学药学院化学生物学系 北京100083)摘 要 近年来,线粒体在一些重大的代谢性疾病如糖尿病和神经退行性病变中的作用备受关注。由于线粒体是细胞生产能量的“工厂”,线粒体的能量代谢理论研究带动了线粒体热力学研究的进展,也向化学热力学研究提出新的问题。本文在总结了化学渗透理论和近年来与线粒体有关的生物化学研究新结果
2、的基础上,对线粒体的工作及其调节机制进行了分析,提出了线粒体工作状态受化学热力学机制控制的新观点。关键词 线粒体 化学渗透理论 质子动势 离子通道 化学热力学中图分类号:O642,Q591,Q731文献标识码:A文章编号:10052281X(2006)0620841208ThermodynamicAnalysisofMitochondriaWorkingState33LiuSha,LiuHuixue,YangXiaogai,YangXiaoda(DepartmentofChemicalBiology&LaboratoriesofPreventi
3、vePharmaceutics,SchoolofPharmaceuticalSciences,PekingUniversityHealthSciencesCenter,Bejing100083,China)AbstractMitochondria,the“plant”ofenergyincells,hasrecentlyreceivedgreatattentionforitsrolesinmetabolicdiseases,e.g.diabetesandneuraldegenerativediseases.Inthisreview,webrie
4、flysummarizethemajorrecentprogressinthebiochemicalandrelevantstudiesofmitochondriaanddiscusscomprehensivelytheworkingmechanismsandregulationsofmitochondria,i.e.thechemiosmosistheory.Anovelhypothesisofthermodynamicregulationofmitochondriafunctionisproposedbasedonthereportedre
5、sults.Keywordsmitochondria;chemiosmotictheory;protonmotiveforce;ionchannels;thermodynamicanalysis 线粒体是真核细胞的一种重要细胞器,其核心它们起着调节细胞内氧化还原平衡和参与细胞内钙[1]功能是氧化代谢。它集合了三羧酸循环、氧化电子的内稳态控制的作用,并且和细胞钙离子稳态有传递以及磷酸化[1—4],将食物进行可控氧化,用氧分子为关。但另一方面,由于钙离子和ROS是细胞信氧化剂,将有机物氧化成二氧化碳和水。在这个过号转导中的重要信使分子,而线粒体是
6、钙离子和程中按照生物体的需要合成三磷酸腺苷(adenosineROS介导的细胞增殖和凋亡的工作中枢,线粒体具triphosphate,ATP),以ATP形式储存和供给生命运有调控细胞生死的功能[3—6]。目前已经知道有许多作所需要的能量,以实现自由能的直接利用,因此被疾病因与线粒体的功能变化有关,被归纳为“线粒体称为细胞的“能量工厂”。此外,在线粒体内进行上[7,8][9]病”,如糖尿病、老年痴呆症、Parkinson述氧化代谢的同时产生活性氧物种(reactiveoxygen[10,11][12]症、衰老等。因此,线粒体已经成为药物设spec
7、ies,ROS),占体内产生的ROS总量的95%以上。[13]计的新靶点。收稿:2006年3月,收修改稿:2006年4月3国家自然科学基金项目(No.20331020)和教育部北京大学985项目(No.9852220062113)资助33通讯联系人email:xyang@bjmu.edu.cn·842·化 学 进 展第18卷对线粒体生理和病理生理学的关注,带动了线白质组成和结构上有明显的差异。这也是各种与线粒体有关研究特别是分子生物学和生物化学研究的粒体功能异常有关的疾病的特征。发展。2001年Mitochondrion创刊;2006年Bioc
8、him112 具有电子传递功能和质子泵功能的蛋白质构Biophys.Acta为线粒体研究发行了专刊:成电子传递链MitochondriainDisea
