健康講座-線粒體與生命

健康講座--線粒體與生命講師：日期：第一頁(yè)，共五十七頁(yè)。一、細(xì)胞和細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)—線粒體細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，每一個(gè)細(xì)胞都具有一整套婉珍的裝置以滿足自身代謝的需要，只有具備合適的生存條件，每一個(gè)分離的細(xì)胞都可以在體外生長(zhǎng)繁殖，表現(xiàn)出生命的體征。已知除病毒之外的所有生物均由細(xì)胞組成。人類個(gè)體大約60萬(wàn)億-100萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞構(gòu)成。第二頁(yè)，共五十七頁(yè)。細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖（一）第三頁(yè)，共五十七頁(yè)。細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖（二）第四頁(yè)，共五十七頁(yè)。從根本上講，人體一切生命活動(dòng)均由不同類型的細(xì)胞所完成心肌細(xì)胞----伸縮動(dòng)作使心臟跳動(dòng)不息；肌細(xì)胞和肺泡細(xì)胞----呼吸功能；神經(jīng)細(xì)胞----給心，肺等器官發(fā)出“工作”指令；淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞----與侵入人體的細(xì)胞、病菌進(jìn)行戰(zhàn)斗；自然殺傷細(xì)胞----消滅人體時(shí)不時(shí)產(chǎn)生的癌細(xì)胞，避免惡性腫瘤的形成。第五頁(yè)，共五十七頁(yè)。細(xì)胞要完成各種生命活動(dòng)，需要不停的消耗能量，而為細(xì)胞源源不斷提供能量的，是細(xì)胞質(zhì)中的重要細(xì)胞器——線粒體。每個(gè)細(xì)胞都有線粒體，線粒體是細(xì)胞的發(fā)動(dòng)機(jī)，就像每臺(tái)汽車都有發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。第六頁(yè)，共五十七頁(yè)。第七頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的結(jié)構(gòu)第八頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的超微結(jié)構(gòu)線粒體由內(nèi)外兩層膜封閉，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四個(gè)功能區(qū)隔。在肝細(xì)胞線粒體中各功能區(qū)隔蛋白質(zhì)的含量依次為：基質(zhì)67%，內(nèi)膜21%，外膜8%，膜間隙4%。第九頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的形成線粒體是1850年發(fā)現(xiàn)的，1898年命名。線粒體由兩層膜包被,外膜平滑,內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴,兩層膜之間有腔,線粒體中央是基質(zhì)?；|(zhì)內(nèi)含有與三羧酸循環(huán)所需的全部酶類,內(nèi)膜上具有呼吸鏈酶系及ATP酶復(fù)合體。

第十頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的命名線粒體（mitochondrion，來(lái)源于希臘語(yǔ)mitos“線”+khondrion“顆粒”，又譯為粒線體），在細(xì)胞生物學(xué)中是存在于大多數(shù)真核生物（包括植物、動(dòng)物、真菌和原生生物）細(xì)胞中的細(xì)胞器。

第十一頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的形狀和成分線粒體的形狀多種多樣,一般呈線狀,也有粒狀或短線狀。線粒體主要化學(xué)成分是蛋白質(zhì)和脂類，其中蛋白質(zhì)占線粒體干重的65-70%，脂類占25-30%。

第十二頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體的分布在多數(shù)細(xì)胞中，線粒體均勻分布在整個(gè)細(xì)胞質(zhì)中,但在某些細(xì)胞中，線粒體的分布是不均一的，有時(shí)線粒體聚集在細(xì)胞質(zhì)的邊緣。一個(gè)細(xì)胞內(nèi)含有線粒體的數(shù)目可以從十幾個(gè)到數(shù)百個(gè)不等，越活躍的細(xì)胞含有的線粒體數(shù)目越多，如時(shí)刻跳動(dòng)的心臟細(xì)胞和經(jīng)常思考問(wèn)題的大腦細(xì)胞含有線粒體的數(shù)目最大，皮膚細(xì)胞含有線粒體的數(shù)目比較少。第十三頁(yè)，共五十七頁(yè)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)農(nóng)民皮膚細(xì)胞的線粒體因常年在室外勞動(dòng)受到損傷的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他室內(nèi)職業(yè)者，線粒體受到損傷，細(xì)胞就會(huì)缺乏能量而死亡。我們的面部常年暴露在外，時(shí)時(shí)刻刻都在經(jīng)受風(fēng)吹雨打和各種污染顆粒的侵襲，因此面部細(xì)胞經(jīng)常是因?yàn)檫^(guò)度的磨難而早夭。第十四頁(yè)，共五十七頁(yè)。細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)--線粒體隨著人體的衰老，細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)—線粒體的“功率”嚴(yán)重下降。老年人細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)功率只相當(dāng)于年輕人的1/4到1/2，如果說(shuō)年輕人細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)功率是10匹馬力的話，老年人的細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)功率只有2-5匹馬力，不能為細(xì)胞提供足夠動(dòng)能，因而造成細(xì)胞活力下降，導(dǎo)致全身器官、組織退化、萎縮。第十五頁(yè)，共五十七頁(yè)。老年人記憶力減退、行動(dòng)遲緩、易疲勞、肌肉疼痛、免疫力底下、心臟搏動(dòng)減弱、肺活量下降、消化功能降低、便秘、泌尿問(wèn)題等，均由細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)退化、功率下降引起。心臟病、高血壓、糖尿病、心、腦血管病等中老年人易患的重大疾病，也都是細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)衰退的結(jié)果。第十六頁(yè)，共五十七頁(yè)。第十七頁(yè)，共五十七頁(yè)。除了衰老以外，還有很多其他因素，如遺傳缺陷、環(huán)境污染、輻射、個(gè)體代謝紊亂、不良生活習(xí)慣等也會(huì)造成細(xì)胞發(fā)動(dòng)機(jī)——線粒體的功能障礙，從而導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。第十八頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體病理線粒體是對(duì)各種損傷最為敏感的細(xì)胞器之一。在細(xì)胞損傷時(shí)最常見的病理改變可概括為線粒體數(shù)量、大小和結(jié)構(gòu)的改變。第十九頁(yè)，共五十七頁(yè)。1、數(shù)量的改變線粒體的平均壽命約為10天。衰亡的線粒體可通過(guò)保留的線粒體直接分裂為二予以補(bǔ)充。在病理狀態(tài)下，線粒體的數(shù)目可增多或減少。第二十頁(yè)，共五十七頁(yè)。2、大小的改變細(xì)胞損傷時(shí)最常見的改變?yōu)榫€粒體腫大。線粒體為對(duì)損傷極為敏感的細(xì)胞器，其腫脹可由多種損傷因子引起，其中最常見的為缺氧；此外，微生物毒素、各種毒物、射線以及滲透壓改變等亦可引起。第二十一頁(yè)，共五十七頁(yè)。3、結(jié)構(gòu)的改變線粒體嵴是能量代謝的明顯指征，在急性細(xì)胞損傷時(shí)（大多為中毒或缺氧），線粒體的嵴被破壞；慢性亞致死性細(xì)胞損傷或營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，線粒體的蛋白合成受障，以致線粒體幾乎不再能形成新的嵴。第二十二頁(yè)，共五十七頁(yè)。

1、AD（老年癡呆）

2、帕金森病

3、非胰島素依賴型糖尿病

4、心血管疾病

5、癌癥線粒體機(jī)能失常所致的常見疾病第二十三頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與老年性癡呆隨年齡增加患病率升高，85歲以上老年人的AD患病率高達(dá)50％。正常腦衰老可伴有輕微持續(xù)的能量生成下降、需求增加，但不足以引起AD發(fā)病。當(dāng)機(jī)體能量代謝明顯降低、腦細(xì)胞線粒體功能障礙時(shí)，氧作為呼吸鏈的終端電子受體參與產(chǎn)生ATP的氧化磷酸化反應(yīng)受到影響，難以滿足生命的能量需要，此外，氧通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)生成有害的氧自由基，損傷線粒體，破壞細(xì)胞，并導(dǎo)致老年癡呆和其他疾病。第二十四頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與帕金森癥線粒體呼吸鏈?zhǔn)求w內(nèi)氧自由基產(chǎn)生的主要部位，呼吸鏈中任何部位受到抑制都會(huì)使自由基產(chǎn)生增多，PD患者黑質(zhì)中酶復(fù)合體Ⅰ缺陷會(huì)導(dǎo)致自由基產(chǎn)生增多，使線粒體膜脂質(zhì)過(guò)氧化，損傷mtDNA，加重線粒體功能障礙；同時(shí)增多的自由基可漏出線粒體，損傷細(xì)胞的蛋白質(zhì)、脂肪及核基因，造成細(xì)胞死亡第二十五頁(yè)，共五十七頁(yè)。腦的能量的一大部分用于維持神經(jīng)遞質(zhì)的功能，線粒體酶復(fù)合體Ⅰ活性降低，造成ATP合成減少，可誘發(fā)興奮毒性，由于能量的減少，造成細(xì)胞內(nèi)外離子失衡，膜電位下降，抑制了去極化谷氨酸能刺激后突觸膜的復(fù)極，導(dǎo)致一些電壓依賴的Ca2+通道的持續(xù)開放，降低了具有保護(hù)的NMDA(N-methyl-D-asparticacid,N-甲基-D-天冬氨酶)通道的電壓依賴的Mg2＋阻斷作用，造成Ca2+急劇內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+增多，耗竭細(xì)胞內(nèi)ATP，同時(shí)通過(guò)活化蛋白酶、脂肪酶、核酸內(nèi)切酶，介導(dǎo)了興奮毒性的細(xì)胞損傷，造成神經(jīng)元死亡。第二十六頁(yè)，共五十七頁(yè)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)線粒體控制核的程序化死亡(apoptosis)，體外試驗(yàn)表明低濃度的MPP+對(duì)酶復(fù)合體Ⅰ的抑制可以造成培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元的程序化死亡，而高濃度主要引起細(xì)胞的壞死。Mochizuki等發(fā)現(xiàn)PD患者黑質(zhì)致密帶多巴胺能神經(jīng)元呈現(xiàn)程序化死亡，這些結(jié)果提示，在PD多巴胺能神經(jīng)元死亡的早期，可能存在由酶復(fù)合體Ⅰ抑制引起的程序化死亡，以后隨著生化缺陷的加劇，而出現(xiàn)由程序化死亡向壞死的轉(zhuǎn)變。表明在PD早期如能改善線粒體功能，阻止程序化死亡加劇，將有助于保護(hù)殘存。第二十七頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與糖尿病來(lái)自耶魯大學(xué)的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，之所以在老年人中糖尿病的發(fā)生率較高可能與隨著年齡的增加，線粒體功能的下降有關(guān)。核磁共振檢查（NMR）顯示，在老年人的肌肉細(xì)胞和肝臟細(xì)胞中線粒體的氧化作用和磷酸化作用都降低了大約40％。因此研究人員指出，老年人機(jī)體對(duì)胰島素的耐藥性與隨著年齡的增長(zhǎng)細(xì)胞內(nèi)線粒體數(shù)目減少或功能下降有關(guān)。他們推測(cè)，能量代謝功能對(duì)于胰腺β細(xì)胞的線粒體也是十分重要的，這些研究數(shù)據(jù)還將有助于解釋為什么在老年人中糖尿病的發(fā)生率較高。第二十八頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與冠心病

線粒體DNA的氧化損傷是引起動(dòng)脈硬化的主要影響因素之一，其主要作用表現(xiàn)在改變細(xì)胞內(nèi)ATP的合成和鈣離子濃度動(dòng)態(tài)平衡。在冠心病組組織中，由于線粒體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)過(guò)量的氧自由基，引起線粒體DNA的氧化損傷，線粒體DNA的損傷和編碼氧化磷酸化體系的核基因的表達(dá)受損相關(guān)聯(lián)。其損傷后果將導(dǎo)致線粒體呼吸功能受損，使ATP的合成和鈣離子動(dòng)態(tài)平衡受到破壞，進(jìn)一步引起線粒體功能受損。這表明線粒體及線粒體DNA損傷在心臟病中起重要作用。第二十九頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與癌癥因?yàn)榫€粒體DNA無(wú)內(nèi)含子并暴露于呼吸鏈產(chǎn)生的高水平活性氧的環(huán)境下，同時(shí)缺少組蛋白的保護(hù)，線粒體中又無(wú)DNA損傷的修復(fù)系統(tǒng)，其突變頻率較核基因組高10倍以上，且線粒體DNA序列微小的改變可涉及重要結(jié)構(gòu)基因的變化，導(dǎo)致線粒體功能障礙。人類的腫瘤形成于線粒體DNA的突變有重要關(guān)系，在多種癌細(xì)胞中均檢測(cè)到線粒體DNA的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如肝癌、消化系統(tǒng)腫瘤和腎癌等。第三十頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體與衰老俄羅斯學(xué)者稱衰老實(shí)際上是一種病，像癌癥一樣是可以治愈的。他們通過(guò)研究人類細(xì)胞中的“動(dòng)力工廠”線粒體得出結(jié)論：人類避免衰老是完全有可能的。氧氣是最強(qiáng)的氧化劑，能幫助食物在細(xì)胞內(nèi)燃燒并制造能量。氧的一種毒害作用就是能夠穿透細(xì)胞膜導(dǎo)致基因受損。因此進(jìn)行氧化作用的線粒體成為延長(zhǎng)人類壽命的障礙。第三十一頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體是重要的細(xì)胞器，它不僅在細(xì)胞的能量代謝中起著重要作用，而且與細(xì)胞生長(zhǎng)、損傷和凋亡，亦有著密切的關(guān)系。線粒體基因、結(jié)構(gòu)和功能異常不僅與衰老有關(guān)，而且可以參與腫瘤、心血管病、糖尿病、代謝綜合癥和神經(jīng)退行性病等許多疾病的發(fā)病。因此，受到國(guó)際廣泛的關(guān)注。第三十二頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體老化理論線粒體的主要作用確實(shí)是提供能量：它們合成細(xì)胞能源---三磷酸腺苷分子(ATP)。不過(guò)這些能源工廠同時(shí)也影響其他功能，比如預(yù)防自由基帶來(lái)的氧化損傷、協(xié)助細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)交換，以及觸發(fā)失效或老化細(xì)胞的自然死亡。線粒體既是細(xì)胞內(nèi)自由基的主要來(lái)源，也是防御自由基的主要屏障。巴爾的摩國(guó)家老年實(shí)驗(yàn)室神經(jīng)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室主任MarkMattson稱，當(dāng)人逐漸衰老，無(wú)效線粒體數(shù)量就會(huì)逐漸增多。隨著時(shí)間推移，線粒體基因變異逐漸累積。這樣那樣的變異可能導(dǎo)致線粒體效率降低，消耗同等葡萄糖的產(chǎn)能量下降----就象能效差的汽車，同等汽油行駛路程變短。最終細(xì)胞越來(lái)越無(wú)法清除這些失效線粒體，隨著年齡增長(zhǎng)，身體機(jī)能越來(lái)越差，這也稱為線粒體老化理論。第三十三頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體是直接利用氧氣制造能量的部位，90%以上吸入體內(nèi)的氧氣被線粒體消耗掉。但是，氧是個(gè)“雙刃劍”，一方面生物體利用氧分子制造能量，另一方面氧分子在被利用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極活潑的中間體（活性氧自由基）傷害生物體造成氧毒性。生物體就是在不斷地與氧毒性進(jìn)行斗爭(zhēng)中求得生存和發(fā)展的，氧毒性的存在是生物體衰老的最原初的原因。線粒體利用氧分子的同時(shí)也不斷受到氧毒性的傷害，線粒體損傷超過(guò)一定限度，細(xì)胞就會(huì)衰老死亡。生物體總是不斷有新的細(xì)胞取代衰老的細(xì)胞以維持生命的延續(xù)，這就是細(xì)胞的新陳代謝。第三十四頁(yè)，共五十七頁(yè)。新陳代謝：是指生物體不斷同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的過(guò)程。生物體是一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能都嚴(yán)整有序的開放系統(tǒng)。它的嚴(yán)整有序性是靠不斷同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換來(lái)維持的，一旦物質(zhì)和能量的交換停止，結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)就會(huì)解體。各種生物都有新陳代謝。

第三十五頁(yè)，共五十七頁(yè)。新陳代謝包括同化作用和異化作用。新陳代謝是一系列極其復(fù)雜的、有精確順序的酶促反應(yīng)的總和。各種生物的基本代謝途徑相似，各個(gè)相應(yīng)步驟所需的酶相同。各種生物都以三磷酸腺苷（ATP）為其貯能和放能的中心物質(zhì)。

第三十六頁(yè)，共五十七頁(yè)。什么是同化、異化作用？同化作用：生物體從外界環(huán)境中吸取物質(zhì)，并把它們建造成為自身的組成物質(zhì)的過(guò)程，稱為同化作用。所以，同化反應(yīng)就是能夠制造能量和有機(jī)物的反應(yīng)，比如植物的光合作用中的生理反應(yīng)。異化作用：生物體把自身的組成物質(zhì)進(jìn)行分解，并釋放能量，供給生物體生命活動(dòng)的需要，這個(gè)過(guò)程稱為異化作用。所以，異化反應(yīng)就是釋放能量分解有機(jī)物的反應(yīng)，比如呼吸作用中的生理反應(yīng)。第三十七頁(yè)，共五十七頁(yè)。

簡(jiǎn)單說(shuō)，同化作用就是把非己變成自己；異化正好相反把自己變成非己。

同化作用：消化過(guò)程，光合作用。異化作用：呼吸作用。第三十八頁(yè)，共五十七頁(yè)。一般來(lái)說(shuō)同化作用和異化作用是同時(shí)進(jìn)行的。同化又稱“組成代謝”，異化又稱“分解代謝”。同化和異化的關(guān)系：同化是異化的基礎(chǔ)，異化是同化的條件，二者是對(duì)立統(tǒng)一，互為前提的。第三十九頁(yè)，共五十七頁(yè)。關(guān)于同化、異化的平衡問(wèn)題：若同化異化，正平衡。生物體生長(zhǎng)。若異化同化，負(fù)平衡。生物體不能生長(zhǎng)。若同化＝異化，生物體只能維持體重。

第四十頁(yè)，共五十七頁(yè)。1、糖類代謝食物中的糖類物質(zhì)來(lái)源大部分是淀粉，此外還有少量的蔗糖、乳糖、果糖等。體內(nèi)能直接利用的糖類是血液中的葡萄糖，因而稱之為血糖，人體內(nèi)的血糖通常維持在0.1%左右。人體內(nèi)糖類代謝。第四十一頁(yè)，共五十七頁(yè)。人體內(nèi)糖類代謝可概括如下圖：第四十二頁(yè)，共五十七頁(yè)。2、脂質(zhì)代謝食物中的脂質(zhì)主要是脂肪，同時(shí)還含有少量的磷脂，主要是卵磷脂、腦磷脂和膽固醇。人體內(nèi)脂肪代謝的過(guò)程。第四十三頁(yè)，共五十七頁(yè)。人體內(nèi)脂肪代謝的過(guò)程可概括如下圖：第四十四頁(yè)，共五十七頁(yè)。3、蛋白質(zhì)的代謝人體內(nèi)對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收途徑如下：第四十五頁(yè)，共五十七頁(yè)。蛋白質(zhì)的代謝最終是氨基酸的代謝，其代謝過(guò)程可概括為如下圖：第四十六頁(yè)，共五十七頁(yè)。線粒體中的循環(huán)—三羧酸循環(huán)體內(nèi)物質(zhì)糖類、脂肪或氨基酸先通過(guò)生成的乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成檸檬酸(三羧酸)開始，再通過(guò)一系列氧化步驟產(chǎn)生CO2、NADH及FADH2，最后仍生成草酰乙酸，進(jìn)行再循環(huán)，從而為細(xì)胞提供了降解乙酰基而提供產(chǎn)生能量的基礎(chǔ)。由克雷布斯(Krebs)于20世紀(jì)30年代最先提出。因此也叫克氏循環(huán)。第四十七頁(yè)，共五十七頁(yè)。三羧酸循環(huán)第四十八頁(yè)，共五十七頁(yè)。分解代謝的三個(gè)階段氧化磷酸化三羧酸循環(huán)ADP+Pi乙酰CoACoA糖原脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖甘油脂肪酸氨基酸第一階段第二階段第三階段2HCO2ATPO2H2O第四十九頁(yè)，共五十七頁(yè)。三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和氨基酸的最終代謝通路，又是糖類、脂類、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐。

第五十頁(yè)，共五十七頁(yè)。尿素循環(huán)也稱鳥氨酸循環(huán)，是哺乳類動(dòng)物一個(gè)生物化學(xué)過(guò)程，將含氮的代謝產(chǎn)物，主要是氨，轉(zhuǎn)為尿素，后者會(huì)通過(guò)腎隨尿液排出。尿素的生成場(chǎng)所是肝，(Hepatocyte肝細(xì)胞)。循環(huán)一部分發(fā)生在線粒體內(nèi)，一部分在細(xì)胞質(zhì)，過(guò)程中因此需要轉(zhuǎn)運(yùn)。第五十一頁(yè)，共五十七頁(yè)。尿素循環(huán)（鳥氨酸循環(huán)）第五十二頁(yè)，共五十七頁(yè)。尿素循環(huán)（鳥氨酸循環(huán)）第五十三頁(yè)，共五十七頁(yè)。氨的去向氨對(duì)生物機(jī)體有毒，特別是高等動(dòng)物的腦對(duì)氨極敏感，血中1%的氨會(huì)引起中樞神經(jīng)中毒，因此，脫去的氨必須排出體外。氨中毒的機(jī)理：腦細(xì)胞的線粒體可將氨與α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影響TCA，同時(shí)大量消耗NADPH，產(chǎn)生肝昏迷。第五十四頁(yè)，共五十七頁(yè)。★氨的去向：（1）重新利用合成a.a、核酸。（2）貯存Gln，Asn高等植物將氨基氮以Gln，Asn的形式儲(chǔ)存在體內(nèi)。（3）排出體外排氨動(dòng)物：水生動(dòng)物，排泄時(shí)需少量水；排尿素動(dòng)物：陸生脊椎動(dòng)物；排尿酸動(dòng)物：鳥類、爬蟲類。