线粒体功能障碍人体疾病研究报告进展

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1、.兰州交通大学化学与生物工程学院综合能力训练Ⅰ——文献综述题目：线粒体疾病的最新研究进展作者：朱刚刚学号：201207730指导教师：谢放完成日期：2014-7-16...线粒体疾病的最新研究进展摘要：本文为了对线粒体疾病研究的最新进展进行论述，分别从线粒体功能障碍、线粒体疾病、以及相关线粒体疾病的治疗与干预策略三个方面进行了综述。重点从线粒体的功能障碍进行了介绍。关键词：线粒体、线粒体tDNA、线粒体疾病。引言：线粒体疾病主要是指由于线粒体DNA突变所导致的一类疾病。有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关,如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病,老年性痴呆、帕金森病、

2、O型糖尿病、心肌病及衰老等,有人统称为线粒体疾病。线粒体疾病的发生被认为与氧化磷酸化过程相关基因的突变有关。一、线粒体功能障碍1　线粒体结构、基因组特征及主要功能1.1　线粒体结构及基因组特征　电镜下的线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构，从外向内依次分为外膜、膜间隙、内膜、基质。不同于经典的“隔舱板”理论，最新提出的三维重构模型认为:(1)外膜与内质网或细胞骨架连接形成网络；(2)内外膜间随机分布横跨两端，宽20nm的接触点；(3)内膜通过界面与嵴膜接口部分相连，并不直接向内延伸形成嵴膜；(4)嵴膜非“隔舱板”式而是管状或扁平状，相互间可连接或融合，呈现不同

3、的形式。执行线粒体功能的生物大分子分布在不同的空间：外膜上有Bcl-2家族蛋白、膜孔蛋白以及离子通道蛋白；内膜中有电子传递链(呼吸链)复合物I~IV和复合物V(ATP合成酶);膜间隙和嵴膜腔分布着细胞色素C、凋亡诱导因子(apoptosisin-ducingfactor，AIF)和Procaspase2、3、9及其他酶蛋白；电压依赖性阴离子通道(VDAC)、ADP/ATP转换蛋白(ANT)和线粒体膜转运孔(mitochondrialper-meabletransitionpore，MPTP)存在于接触点；三羧酸循环(TCAcycle)酶系、存储钙离子的致密颗粒及线粒

4、体基因组则包含于基质中。【1】与核基因组(nDNA)不同，mtDNA结构简单，仅含16569个碱基，编码2种rRNA、22种tRNA和13种参与呼吸链形成的多肽。通常裸露且不含内含子，既缺乏组蛋白保护和完善的自我修复系统，又靠近内膜呼吸链，极易受环境影响，突变频率比nDNA高10~20倍。1.2　线粒体功能　作为糖、脂肪、氨基酸最终氧化释能的场所，线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化、合成ATP，为生命活动提供直接能量。除此以外，它还扮演着多种角色，其中之一是充当“钙库”...，参与细胞内钙离子的信号传导。研究发现，一旦感受到周围形成的钙微区(calciummicrod

5、omain)，线粒体可以利用呼吸代谢时产生的电化学梯度，通过膜上协同转运体将钙摄入基质，然后以磷酸钙的形式储存在一些较大的致密颗粒中。【2】已经积累的Ca2+又可以通过钠－钙交换系统(2Na+/Ca2+exchanger，NCE)和大分子MPTP转运孔道再次释放到胞质，从而调节胞浆中钙离子的动态平衡，影响细胞内许多相关的生理活动，如信号传导、能量代谢和细胞凋亡。线粒体参与了细胞凋亡。研究发现，在典型的凋亡特征，如染色质浓缩、DNA碎片(DNAladder)、凋亡小体等出现以前，线粒体已经发生跨膜电位丧失、外膜通透性增加、膜间隙蛋白释放等重大变化。细胞色素C是诱发凋亡

6、的重要信号分子，它是相对分子量为1.45×104Da的水溶性蛋白，一般分散在膜间隙靠近内膜面，不能通过外膜。凋亡发生时释放到胞质，在ATP/dATP的参与下，与Apaf-1(apoptoticproteaseactivatingfactors)结合形成寡聚体(Apoptosome)，Apaf-1再通过其氨基端与Caspase-9的功能前端相互作用，导致Caspase-3活化并进一步激活下游的Caspases。此外，还有一种不依赖于Caspase的凋亡诱导因子(AIF)，是分子量为5.7×104Da的黄素蛋白，与细菌铁氧还原蛋白和NADH氧化还原酶有高度同源性，释放后

7、可直接到达细胞核，激活核酸内切酶，引发凋亡。【3】目前认为，Bcl-2家族蛋白的调控与MPTP孔道的开放，是造成外膜非特异性断裂、通透性增高、凋亡因子释放的主要原因，而氧自由基积聚、氧化应激产生，可能直接参与并诱导了的下降和MPTP的开启，是构成凋亡信号传导的早期事件。线粒体既是自由基的攻击靶点，也是自由基的产生源头。胞内95%以上的活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)来自线粒体氧化磷酸化，是分子氧接收呼吸链“漏电子”后还原形成的副产物，包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢。它们中20％来自复合体I，80%来自复合体III，大致占呼吸态IV