如果没有线粒体,我们连两分钟都活不到!

编者:米桐

线粒体是细胞内的一个细胞器。它的主要作用是供能,因此又被称为"细胞发电厂"。人体生命活动所需要的95%以上的能量来自于线粒体,如果没有线粒体,我们连2分钟都活不到。


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有关线粒体的研究起源于从19世纪50年代末。

· 1857年,瑞士解剖学家及生理学家阿尔伯特·冯·科立克在肌肉细胞中发现了颗粒状结构。

· 1898年,德国生物学家卡尔· 本达将这种颗粒正式命名为线粒体。

· 1899年,美国化学家莱昂诺尔·米歇利斯开发出用具有还原性的健那绿染液为线粒体染色的方法,并推断线粒体参与某些氧化反应。

· 1900年,Michaelis用詹纳斯绿B(Janus green B)对线粒体进行活体染色,发现线粒体具有氧化作用。

· 1904年,Meves在植物细胞中也发现了线粒体,从而确认线粒体是普遍存在于真核生物所有细胞中的一种重要细胞器。

· 1912年,Kingsbury第一个提出线粒体是细胞内氧化还原反应的场所。

· 1913年,Engelhardt证明磷酸化和氧的消耗偶联在一起。

· 1933年,英国生物学家大卫·基林基于对线粒体内的氧化还原链(redox chain)的物质基础近十年的探索,辨别出反应中的电子载体——细胞色素。

· 1931年,沃伯格因"发现呼吸酶的性质及作用方式"被授予诺贝尔生理学或医学奖。

· 1943-1950年,Kennedy和Lehninger进一步证明,柠檬酸循环、氧化磷酸化和脂肪酸氧化均发生在线粒体内。其后,Lehninger 又发现氧化磷酸化需要电子传递。

· 1948年,Green证实线粒体含所有三羧酸循环的酶。

· 1952-1953年,Palade和Sjostrand各自利用电镜技术观察到线粒体的精细结构。

· 1962年,Rolf Luft(瑞典医师) 发现线粒体失调症不仅是先天的线粒体疾病,亦为后天造成。

· 1963-1964年,科学家确定了线粒体内有DNA存在。从而在分子水平上对线粒体的结构及其功能有了较全面而深入的认识。

· 1972年,Denham Harman(英国学者)提出了 "线粒体衰老学说" ,即细胞线粒体自由基损伤的累积导致机体的衰老。

· 1976年,Hatefi等纯化了线粒体呼吸链四个独立的复合体。

· 2006年,Reddy P. Hemachandra(美国科学家)等人研究发现:维持或保护线粒体的正常功能,可能是延缓或阻止阿尔兹海默症的治疗方法。

· 2014年,Vanessa A. Morais(比利时神经科学家)发表在Science上的文章在Pink1基因缺陷的果蝇和小鼠中研究了Pink1、线粒体与帕金森病之间的联系。这一研究提示了维持线粒体的正常功能及保证细胞能量的生成,对与治疗帕金森病可能具有重要意义。

· 2015年,耶鲁大学Gerald I. Shulman研究团队对平均年龄为69岁的非吸烟健康老年人进行了口服葡萄糖测试并检测了他们肌肉细胞中的脂质含量,发现老年人肌肉线粒体葡萄糖代谢的能力下降,而这可能是导致衰老相关的2型糖尿病发生和葡萄糖耐受性损伤的重要原因。

· 2015年,Christopher D. Wiley(美国Campisi实验室博士后)等在Cell Metabolism上文章指出除了细胞生长停滞,β-半乳糖甘酶活性增加以及核纤层蛋白B减少外,线粒体功能障碍也是一个衰老的标志。

· 2017年,科学家们在线粒体中发现遗传疾病根源,引起一系列相关疾病的基因变异背后的机制。该研究的另外一项关键发现解决了关于线粒体DNA如何复制的基本生物学问题。此研究在线发表在国际学术期刊Molecular Cell上。

大量研究证实,线粒体与近百种疾病的发生发展密切相关。

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线粒体膜受到破坏、呼吸链受到抑制、酶活性降低、线粒体DNA(mtDNA)的损伤等都会引起线粒体功能障碍,可直接或间接地影响整个细胞的正常功能,从而导致各种疾病的发生与发展。

在我国,线粒体相关的研究处于起步阶段,近些年发展势头迅猛,仅2018年,国家就设立了近400项线粒体研究项目。相信在未来,科学家们在线粒体相关疾病的研究上会取得更多的重要研究,不断开发出诊断以及治疗线粒体疾病的新方法。

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