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1、线粒体和过氧化物酶体 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望词汇Mitochondria线粒体exhibit呈现elevated高的metabolicrate代谢率respiratory呼吸的oxidize氧化initial最初的abnormality异常，反常impacted压紧的，结实的severity严重infancy婴儿期seizures发作episodes发病,发作intolerance不耐受skeletalmusclefibers骨骼肌纤维pe
2、ripheral外围的aggregates聚集物inclusion包含物flavoprotein黄素蛋白enzymesuccinatedehydrogenes琥珀酸脱氢酶synthesis合成oxidativephosphorylation氧化磷酸化clinicalphenotype临床表现inheritance遗传exclusively排外的，专有的inheritedmaternally母系遗传heteroplasmy异质体preponderance优势defective缺陷neurological神经学上的onset开始ParkinsonsdiseaseParkinson病（PD）dege
3、nerativechanges质变drugaddict吸毒者musculartremor肌肉震颤heroin海洛因contaminated污染的substantianigra黑质visual视觉的liver肝脏peroxisomes过氧化物酶体organelles细胞器import输入cytosol细胞溶胶uptake吸收strain菌株isolate分离disruption解体adrenoleukodstrophy(ALD)肾上腺脑白质营养不良adrenalinsufficiency肾上腺皮质功能不全;阿狄森病(Addisonsdisease)dysfunction功能障碍metaboliz
4、e物质交换myelinsheaths髓鞘retard迟延bonemarrowtransplantation骨髓移植genetherapy基因治疗l线粒体的结构：l线粒体的功能：l线粒体是真核生物氧化代谢的部位，是糖，脂肪和氨基酸最终氧化放能的场所。最终氧化的共同途径是三羧酸循环和呼吸链的氧化磷酸化。真核细胞中碳水化合物代谢俯瞰：ll线粒体是呼吸作用的主要场所，我们来介绍一下存在于线粒体内膜上线粒体是呼吸作用的主要场所，我们来介绍一下存在于线粒体内膜上的呼吸链的主要成分的呼吸链的主要成分l复合物复合物I，又称，又称NADH脱氢酶，功能是催化一对电子从脱氢酶，功能是催化一对电子从NADH传给传给C
5、oQ，它是线粒体内膜最大的复合物，是跨膜蛋白，也是呼吸链中了，它是线粒体内膜最大的复合物，是跨膜蛋白，也是呼吸链中了解最少的复合物解最少的复合物l复合物复合物，复合物又称琥珀酸脱氢酶，功能是催化电子从琥珀酸传递，复合物又称琥珀酸脱氢酶，功能是催化电子从琥珀酸传递给辅酶给辅酶Q.l复合物复合物，复合物又称，复合物又称CoQH2-细胞色素细胞色素c还原酶复合物还原酶复合物,复合物催化复合物催化电子从辅酶电子从辅酶Q向细胞色素向细胞色素c传递，并且每传递一个电子，同时传递四个传递，并且每传递一个电子，同时传递四个氢到膜隙氢到膜隙l复合物复合物，复合物又称细胞色素，复合物又称细胞色素c氧化酶氧化酶,主
6、要功能是将电子从细胞色主要功能是将电子从细胞色素素c传递给氧分子，生成水传递给氧分子，生成水l线粒体是半自主性的细胞器，它涉及到两个彼此分开的遗传系统。随着人们对线粒体异常所引起的代谢紊乱研究的深入，发现：虽然呼吸链上90%的多肽是由核基因编码的但更多的代谢紊乱是由mtRNA突变引起的。线粒体紊乱遗传在许多方面与核遗传不同,主要的两方面是:1.在人类的胚胎中出现的线粒体全部来自于受精卵形成时的卵细胞中的线粒体，而精子却没有一点贡献，所以线粒体遗传是母系遗传。2.核基因被多种DNA修复系统所保护，而线粒体中缺少这种保护系统，由于这种原因，在受到有机突变剂诱导时mtDNA突变的频率比核DNA高出十
7、倍。l线粒体中有可能包含正常mtDNA和突变DNA的混合物，这种情形被称做异质体。研究表明，只有在特定的组织中大多数线粒体携带有缺陷的遗传信息时，代谢紊乱的症状才会表现出来。由于这种可变性，携带相同DNA突变的家庭成员之间可能存在明显不同的症状。l携带突变DNA百分比高的个体忍受更多的病痛。过氧化物酶体l过氧化物酶体是由一层单位膜包裹的囊泡，通常比线粒体小，直径约为：0.11.0微米l过氧化物酶体普遍存在于真核生物的各类细胞中，但在肝和肾的细胞中数量特别多ll过氧化物酶体含有丰富的酶类，目前已知有余种，主要是氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶l氧化酶：是过氧化物酶体中的主要酶类，各种氧化酶作用于不
8、同的底物其共同特征是氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢：lRH2+O2R+H2O2l过氧化氢酶过氧化氢酶(catalase)l过氧化氢酶是过氧化物酶体的标志酶,约占过氧化物酶体酶总量的40%。过氧化氢酶的作用是使过氧化氢还原成水:l2H2O2O2+2H2Ol过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能:l使毒性物质失活使毒性物质失活l对氧浓度的调节作用对氧浓度的调节作用l脂肪酸的氧化脂肪酸的氧化l含氮物质的代谢含氮物质的代谢 过氧化物酶体和线粒体中氧浓度与呼吸速率的关系过氧化物酶体和线粒体中氧浓度与呼吸速率的关系:线粒体突变诱发疾病线粒体突变诱发疾病 1962年，瑞典斯德哥尔摩大学的年，瑞典斯德哥尔摩
9、大学的RolfLuft报道了异常线粒体的研究情况报道了异常线粒体的研究情况，这个线这个线粒体是从一位长期疲劳身体虚弱的妇女粒体是从一位长期疲劳身体虚弱的妇女身体中分离出来的，并且她的新陈代谢身体中分离出来的，并且她的新陈代谢率和体温比正常人略高。正常情况下，率和体温比正常人略高。正常情况下，当当ADP水平低时，孤立的线粒体停止氧水平低时，孤立的线粒体停止氧化底物化底物，相反，相反，来自这位病人的线粒体，来自这位病人的线粒体确仍以一个较高的速率氧化底物确仍以一个较高的速率氧化底物。自从那篇文章发表后，线粒体的多种自从那篇文章发表后，线粒体的多种紊乱陆续被描述，并且这种紊乱的状态可紊乱陆续被描述，
10、并且这种紊乱的状态可以追溯到其结构和功能的畸变。这些紊乱以追溯到其结构和功能的畸变。这些紊乱中肌肉和神经组织受影响最严重，因为这中肌肉和神经组织受影响最严重，因为这些组织对些组织对ATP的需求是最大的。根据受到的需求是最大的。根据受到影响的蛋白质不同，线粒体突变引起的疾影响的蛋白质不同，线粒体突变引起的疾病根据病情的严重程度大概分为三种情况：病根据病情的严重程度大概分为三种情况：1.导致幼年个体死亡导致幼年个体死亡2.失明，中风等症状失明，中风等症状3.体质孱弱，不能运动或不能产生体质孱弱，不能运动或不能产生有活力的精子有活力的精子病情严重者有明显的肌纤维细胞异病情严重者有明显的肌纤维细胞异常
11、现象，并且线粒体在细胞中沿胞常现象，并且线粒体在细胞中沿胞壁内侧聚集分布，有些人称之为壁内侧聚集分布，有些人称之为“parking lot”（停车场，见（停车场，见图示图示）。）。疾病名称疾病名称临床表现临床表现 老年性痴呆老年性痴呆进行性丧失认知能力进行性丧失认知能力 线粒体肌病线粒体肌病肌无力，退化，肌内有充满异常，肌无力，退化，肌内有充满异常，线粒体的粗糙红纤维线粒体的粗糙红纤维(特殊染色检特殊染色检测测)非胰岛素依赖性糖尿病非胰岛素依赖性糖尿病高血糖，有不同并发症高血糖，有不同并发症 Pearson骨髓骨髓-胰腺综合症胰腺综合症儿童期骨髓功能障碍，血细胞死儿童期骨髓功能障碍，血细胞死亡
12、，脾衰竭，生存者发展为亡，脾衰竭，生存者发展为KSSKearns-Sayre综合症综合症合并视网膜病变。心脏病，听力合并视网膜病变。心脏病，听力丧失，糖尿病和肾衰竭丧失，糖尿病和肾衰竭n PD:帕金森氏病帕金森氏病 又称震颤麻痹，是一种中枢神经又称震颤麻痹，是一种中枢神经系统变性疾病。主要是因为位于中脑系统变性疾病。主要是因为位于中脑部位黑质的细胞发生退化，当这些黑部位黑质的细胞发生退化，当这些黑质神经元变性死亡至质神经元变性死亡至80%以上时，脑以上时，脑内一种重要的神经化学传导物质多巴内一种重要的神经化学传导物质多巴胺合成严重减少，不能维持调节神经胺合成严重减少，不能维持调节神经系统的正常
13、功能，抑制另一种神经化系统的正常功能，抑制另一种神经化学传导物质乙酰胆碱的能力降低，则学传导物质乙酰胆碱的能力降低，则乙酰胆碱的兴奋作用相对增强。两者乙酰胆碱的兴奋作用相对增强。两者化学物质作用失衡的结果是出现了震化学物质作用失衡的结果是出现了震颤麻痹。颤麻痹。线粒体突变很可能在神经和肌肉组织里线粒体突变很可能在神经和肌肉组织里积累很长时间积累很长时间,到中老年才发病到中老年才发病.20世纪世纪80年年代初，一些年轻的吸毒者向医院报告说自己代初，一些年轻的吸毒者向医院报告说自己有经常的肌肉震颤，像老年人才得的帕金森有经常的肌肉震颤，像老年人才得的帕金森病的早期症状。后来发现这些人自己由静脉病的
14、早期症状。后来发现这些人自己由静脉注射了一种被称为是注射了一种被称为是MPTP（1-甲基甲基-4-苯基苯基-1，2，3，4-四氢吡啶的）化合物污染了的四氢吡啶的）化合物污染了的合成海洛因。进一步的研究表明，合成海洛因。进一步的研究表明，MPTP能能引起线粒体呼吸链上复合物引起线粒体呼吸链上复合物I的损伤，从而的损伤，从而引起大脑神经细胞的死亡，其产生病变的区引起大脑神经细胞的死亡，其产生病变的区域也是黑质。域也是黑质。黑质黑质在人脑的一个叫中脑的部位有在人脑的一个叫中脑的部位有在人脑的一个叫中脑的部位有在人脑的一个叫中脑的部位有一群神经细胞，叫做黑质神经元，它们合成一种一群神经细胞，叫做黑质神
15、经元，它们合成一种一群神经细胞，叫做黑质神经元，它们合成一种一群神经细胞，叫做黑质神经元，它们合成一种叫做叫做叫做叫做“多巴胺多巴胺多巴胺多巴胺”的神经递质，其神经纤维投射到的神经递质，其神经纤维投射到的神经递质，其神经纤维投射到的神经递质，其神经纤维投射到大脑的其它一些区域，如纹状体，对大脑的运动大脑的其它一些区域，如纹状体，对大脑的运动大脑的其它一些区域，如纹状体，对大脑的运动大脑的其它一些区域，如纹状体，对大脑的运动功能进行调控。功能进行调控。功能进行调控。功能进行调控。研究研究PD病人黑质病人黑质细胞时发现，这些细胞时发现，这些细胞里复合物细胞里复合物I的的活动能力显著下降，活动能力显
16、著下降，这些都与脑细胞里这些都与脑细胞里mtDNA的异常有的异常有关。关。nZS:Zellweger综合症综合症 ZS也是一种神经性疾病，同也是一种神经性疾病，同时影响视觉，导致肺异常，是一时影响视觉，导致肺异常，是一种在婴儿期致死的罕见的遗传病。种在婴儿期致死的罕见的遗传病。在在1973年，年，Sidney Goldfischer及及其同事在艾伯特其同事在艾伯特爱因斯坦医学爱因斯坦医学院最早报道了这种异常。院最早报道了这种异常。过氧化物酶体突变疾病过氧化物酶体突变疾病病理学研究：病理学研究：病理学研究：病理学研究：（1）过氧化物酶体并不是完全没有，而是缺乏过过氧化物酶体并不是完全没有，而是缺
17、乏过 氧化氧化 物物 酶体中所必需的酶，只呈现由膜包围的空泡；酶体中所必需的酶，只呈现由膜包围的空泡；（2）不是不能合成这些酶，而是不能将合成的酶成）不是不能合成这些酶，而是不能将合成的酶成 功运输到过氧化物体内部，多数存积在胞质中而丧失功运输到过氧化物体内部，多数存积在胞质中而丧失了正常的生理作用；了正常的生理作用；（3）至少是）至少是11种不同的基因发生了突变，这些基因种不同的基因发生了突变，这些基因都是编码关于过氧化物体酶的运输蛋白；都是编码关于过氧化物体酶的运输蛋白；（4）这种基因（分别来源于酵母和人）的表达产物）这种基因（分别来源于酵母和人）的表达产物在运输过程中有两个作用：过氧化物
18、体酶的受体，或在运输过程中有两个作用：过氧化物体酶的受体，或运输机制中的一部分（辅助运输）。缺失任何一种功运输机制中的一部分（辅助运输）。缺失任何一种功能都会导致过氧化物体呈现能都会导致过氧化物体呈现“空泡空泡”状。状。n ALD:脑白质肾上腺萎缩症脑白质肾上腺萎缩症ALD:全称全称adrenoleukodsrtophy,是由于缺乏单一的是由于缺乏单一的 一种酶所至。这是一种酶所至。这是1993年年电影电影Lorenzos oil的主题。的主题。症状：青少年时期发现患者肾上腺皮质功能症状：青少年时期发现患者肾上腺皮质功能 不全和神经性功能障碍。不全和神经性功能障碍。致病机理：一种将超长链脂肪酸
19、（致病机理：一种将超长链脂肪酸（VLCFAs)转转运进过氧化物酶体的膜蛋白的缺陷，导致运进过氧化物酶体的膜蛋白的缺陷，导致VLCFAs的运输受阻，它们将在大脑里积累，的运输受阻，它们将在大脑里积累，并破坏隔离神经细胞的髓鞘。并破坏隔离神经细胞的髓鞘。oLORENZOS OIL根据发生在美国的一宗真实根据发生在美国的一宗真实案例而改编。案例而改编。1984年，奥登年，奥登夫妇的六岁儿子罗伦佐患上夫妇的六岁儿子罗伦佐患上罕见的罕见的ALD症，医生宣布为症，医生宣布为无药可治的绝症，但其父母无药可治的绝症，但其父母均不肯放弃希望，以各种方均不肯放弃希望，以各种方法挑战医学界的不足，并发法挑战医学界的不足，并发明了一种特殊配方的油给罗明了一种特殊配方的油给罗伦佐食用，终于从死亡边缘伦佐食用，终于从死亡边缘把他给救了回来，并且造福把他给救了回来，并且造福了其他同患此病症的患病家了其他同患此病症的患病家属。属。令人遗憾的是：随后的研究并没有有利令人遗憾的是：随后的研究并没有有利的证据证明这种饮食的作用，于是这种的证据证明这种饮食的作用，于是这种饮食也不再被广泛地提倡。饮食也不再被广泛地提倡。目前有效的治疗方法：目前有效的治疗方法：1.骨髓移植骨髓移植 2.基因治疗基因治疗 3.服用一种降低服用一种降低VLCFAs水平的药物，如水平的药物，如 lovastatin.