线粒体功能障碍
线粒体功能障碍与疾病发生的关系
线粒体功能障碍与疾病发生的关系线粒体功能障碍是一种常见的细胞病理学变化，也是引发多种疾病发生的原因之一。
线粒体是细胞中的重要器官之一，其功能障碍会对细胞内代谢产生影响，从而引发细胞损伤、炎症和细胞凋亡等现象。
本文将介绍线粒体功能障碍与疾病发生的关系及相关治疗方法。
一、线粒体的功能线粒体位于细胞质内，其主要功能是生成细胞所需的ATP (Adenosine triphosphate)能量，参与细胞的呼吸及能量代谢，以及调节细胞死亡过程。
线粒体呼吸链是线粒体内最重要的机制，其中线粒体内的几个蛋白质和复合物起着至关重要的作用。
呼吸链的成功运作以及能量转换主要依赖于线粒体内细胞膜及其内部蛋白质复合物的完整性和活性，如外膜、内膜、氧化气体和化学梯度等。
二、线粒体功能障碍的表现线粒体功能障碍可能表现为细胞损害、热量生成不足、ATP缺乏、代谢率下降等现象。
主要可以表现为：糖尿病、神经性疾病、自身免疫病、心血管疾病、癌症等。
三、线粒体功能障碍与疾病的关系1、自身免疫病线粒体功能障碍与自身免疫病密切相关，其原因可能与线粒体在免疫调节中的作用有关。
线粒体功能障碍可能导致自身免疫病的发生和发展。
例如，多发性硬化症的患者在线粒体功能障碍方面存在异常，而相关的致炎反应可以激活免疫细胞，导致自身免疫性损伤。
2、糖尿病糖尿病是一种常见的慢性代谢性疾病，而线粒体功能障碍可能成为其病因之一。
由于氧化压力的升高和线粒体的损害，胰岛细胞的代谢增加，进而引起能量代谢的紊乱和细胞内脂質沉積，最终可能导致糖尿病的发生。
3、神经性疾病神经性疾病可能与线粒体功能障碍有着密切的联系。
例如，由于线粒体的受损，神经元的ATP生成能力下降，导致神经元不能正常运作，从而出现神经性疾病的症状。
此外，线粒体功能障碍也会导致神经元的死亡，从而加重疾病的进展。
4、心血管疾病心血管疾病与线粒体功能障碍的关系也不可忽视。
线粒体内心肌细胞可能受到氧化损伤和细胞凋亡的影响，从而加重心血管疾病的症状。
线粒体功能障碍和人类疾病
线粒体功能障碍和人类疾病线粒体作为细胞内的能源中心，负责人体能量的生产和维持各种重要生物活动。
如果线粒体出现功能障碍，就会导致多种疾病的发生，改善线粒体功能成为重要治疗手段。
一、线粒体功能障碍和疾病发生线粒体的主要作用是通过三磷酸腺苷（ATP）的合成来提供细胞能量，但是线粒体还参与了脂肪酸代谢、细胞死亡和细胞信号转导等多种生物活动。
线粒体结构复杂，包括线粒体内膜、外膜、线粒体基质、内质网等。
线粒体功能障碍会导致ATP合成减少、有害代谢产物积累、氧化应激等现象。
线粒体功能障碍导致的疾病种类很多，比如遗传性疾病、代谢性疾病、神经退行性疾病等。
其中代表性的疾病有：1.线粒体脑肌病：是一种极为罕见的遗传性疾病，症状包括肌无力、痉挛、听力和视力受损等。
2.眼肌型线粒体病：是一种早发性视网膜病变引起的疾病，常表现为视力下降、眼肌运动障碍等。
3.2型糖尿病：2型糖尿病是一种常见的代谢性疾病，线粒体功能障碍导致葡萄糖代谢紊乱，加重了糖尿病的进展。
二、改善线粒体功能的治疗手段因为线粒体功能障碍参与了很多生物活动，针对线粒体功能障碍的治疗也多种多样。
目前主要的治疗手段有：1.药物治疗：线粒体功能障碍可以导致氧化应激和炎症等不利影响，可以使用抗氧化剂和炎症抑制剂来改善线粒体功能。
2.营养治疗：线粒体需要多种营养物质辅助其生产ATP，如维生素B族、辅酶Q10等。
通过摄入适量的这些营养素可以增强线粒体功能。
3.细胞治疗：将健康的线粒体注入患者的细胞中，以替代病变的线粒体。
4.基因治疗：通过给患者注射含有正常线粒体DNA的向量，或者使用CRISPR-Cas9等技术修正患者DNA中的线粒体基因来治疗线粒体疾病。
三、未来研究方向当前针对线粒体功能障碍的治疗仍比较有限，而且很多治疗手段还未经过严格的临床研究。
未来可以从以下几个方面拓展线粒体疾病治疗研究：1.应用基因编辑技术和干细胞技术，研发更有效的线粒体治疗手段。
2.开展更多的临床试验，评估已有治疗手段的效果和安全性。
线粒体功能障碍
非酒精性脂肪性肝炎的线粒体功能障碍Mitochondrial dysfunction in nonalcoholic steatohepatitis非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病机理目前还不明确，其机制也有待阐明。
线粒体功能障碍在不同程度上参与NASH的发病，因为它损伤脂肪肝的内环境稳定，并且诱导自由基的过多产生，进而触发脂质过氧化反应和细胞死亡。
在本文中，我们讨论了线粒体在脂肪代谢、能量平衡、活性氧产生中的作用，集中研究线粒体损伤和解偶联蛋白在NASH形成的病理生理学过程中的作用。
并且讨论了一些定向线粒体的分子的潜在作用。
关键词：ATP平衡；脂肪酸氧化作用；人嗜中性细胞弹性蛋白酶（HNE）；线粒体；NASH；活性氧；解偶联肝脏线粒体：结构和功能肝细胞在糖类、脂质和蛋白质代谢过程中起关键作用。
来源于脂类和糖类代谢的酶解物通过线粒体的作用产生ATP（1）。
每一个肝细胞包含大约800个线粒体（占整个细胞容积的18%），这些线粒体在脂肪酸的氧化和氧化磷酸化过程中其关键作用（2）。
线粒体有两层膜—内膜和外膜—这两层膜围成一个密集的细胞基质（3）。
线粒体膜由一个磷脂双层和蛋白质组成。
线粒体外膜包含许多名为孔道蛋白的膜内在蛋白质。
这种蛋白质含有一种通道可以渗透小于5000Da的分子，而大分子主要通过线粒体膜转运蛋白来转运（4）。
另一方面，线粒体内膜是不可渗透的，因为他们不包含孔道蛋白，但是含有可以调整代谢产物进出细胞基质通道的特殊运输蛋白。
此外，蛋白质负责呼吸链的氧化反应并且ATP合酶也位于线粒体膜的内部（5）。
当前线粒体内膜的模型表明它是连续的并且形成被称作嵴的内转，它的数量和形态反映线粒体对细胞的能量需要的反应(3)。
线粒体基质是一种含水层包含一种高密度蛋白，包括丙酮酸和脂肪酸氧化作用以及柠檬酸循环所需的酶类。
已经经过鉴定的大约700多种线粒体蛋白质中，有200多种只存在肝脏线粒体中（7）。
大多数线粒体蛋白质由核DNA编码，但是还有一些由线粒体DNA（mtDNA）编码。
线粒体功能障碍与神经退行性疾病
线粒体功能障碍与神经退行性疾病随着人类寿命的延长，神经退行性疾病（Neurodegenerative diseases）也成为了一个日益严峻的健康问题。
所谓神经退行性疾病，是指由于神经系统细胞的死亡、突触损伤或者某些非炎症性病理生理过程，导致神经系统结构和功能的进行性丧失的一类疾病，例如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病和脊髓性肌萎缩症等。
虽然这些疾病各自存在一些独特的发病机制和症状，但是一些研究发现，它们之间存在一些共性，正如一个随着年龄增长而逐渐老化的人体一样，某些由内而外的生物学变化似乎在这些疾病中发挥了重要的作用。
其中，线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）是引起神经退行性疾病的一个主要机制。
线粒体是细胞内的一种重要器官，主要存在于能量代谢高度活跃的组织，如心脏、肌肉和神经系统。
线粒体是产生大部分ATP分子的地方，而ATP是细胞功能和存活所必需的能量来源。
除了能量代谢，线粒体还参与调节细胞所需的一系列重要生理过程，如钙离子稳态、细胞凋亡、细胞代谢和氧化还原（Redox）平衡等。
然而，当线粒体遭受到氧化应激、毒素、神经兴奋毒性、凋亡途径或某些基因突变时，它们可能遭遇损害，以至于无法正常执行以上功能。
这时，线粒体内膜可能变得渗透性增加，导致代谢和细胞分化的缺陷、DNA氧化损伤、能量生成降低、ROS生成增加、细胞自噬被降低以及细胞凋亡被激活，这些因素都可能诱导神经系统的损伤和一系列疾病的发生。
因此，将线粒体功能障碍作为神经退行性疾病的一个基本生物学特征，有助于更好地理解这些疾病，有效地建立疾病的早期诊断、预防和治疗方法。
以阿尔茨海默病（AD）为例，该疾病是老年人中最常见的神经退行性疾病，通常以认知障碍、记忆障碍和空间定向能力下降等症状为特征。
近年来的研究表明，线粒体功能障碍是AD发生和发展不可避免的因素。
例如，线粒体DNA（mtDNA）损伤现象，在AD患者的大脑中存在的频率较高；线粒体外膜蛋白（VDAC）减少，在AD大脑中具有较高的表达水平；线粒体ATP酶复合物V的降低，与AD严重程度呈正比关系等。
线粒体功能障碍与心血管疾病
线粒体功能障碍与心血管疾病心血管疾病是严重威胁人类健康的头号杀手，全世界每年死于心血管疾病的人数高达1500万，我国心血管疾病的死亡率也约占疾病总死亡率的50%左右。
动脉粥样硬化、高血压、糖尿病心血管并发症、心肌病、心肌缺血一再灌损伤和充血性心力衰竭都是临床上常见的心血管疾病或病理过程。
然而，它们的发病机制却不完全清楚。
近几年来大量的研究表明，线粒体功能障碍与心血管疾病密切相关。
标签：线粒体；线粒体功能障碍；心血管疾病一、前言线粒体是细胞进行呼吸、氧化磷酸化、电子传递以及三羧酸循环，产生能量ATP的重要场所，心肌线粒体是为不断运动的心脏提供能源的细胞器。
机体病理生理状态变化，线粒体数量和功能也可发生变化。
在心血管疾病的病理生理条件下，线粒体的形态、功能、数量等也可发生改变。
二、线粒体结构与功能线粒体是真核细胞的重要细胞器，为能量产生的主要场所。
线粒体的结构从内到外由线粒体基质、内膜、外膜以及内外膜之间的间隙组成。
线粒体的主要功能是合成ATP，为细胞提供能量物质；此外，线粒体还在维持细胞内钙稳态、清除细胞内过多的脂肪酸和以铁一硫为中心的生物合成中起重要作用。
线粒体将三大物质代谢中产生的NADH+H+或FADH2通过线粒体内膜呼吸链（复合物I或II，III和IV）的逐级电子传递，最终与氧结合成水；在此过程中所释放的能量不断地将基质中的H+经复合物I，III和IV逆浓度梯度泵入线粒体间隙，从而在线粒体内膜两侧形成一跨膜电化学电位差，即线粒体膜电位；当线粒体间隙中的H+经复合物V顺浓度差返回线粒体基质时，贮存在线粒体膜电位中的势能释放出来驱动ADP磷酸化生成ATP。
线粒体ATP的生成不仅与呼吸链复合物的酶活性有关，也与线粒体生物合成成正比。
因此，线粒体ATP含量、线粒体膜电位、呼吸链酶活性以及线粒体生物合成是评价线粒体功能的重要指标。
三、线粒体功能障碍及其机制1、线粒体功能障碍线粒体功能障碍主要表现为：（1）ATP合成减少：线粒体呼吸酶活性降低以及UCPs和ANT引起的质子漏使线粒体膜电位降低，从而导致ATP合成减少；（2）ROS增多：包括呼吸链电子传递减慢使ROS产生绝对增多或/和抗氧化酶活性降低使ROS相对增多；（3）Ca2+紊乱：线粒体膜电位降低造成线粒体对Ca2+摄取减少或线粒体Ca2+外流增加引起细胞Ca2+紊乱，进一步影响Ca2+相关酶活性的调节和信号转导；（4）细胞凋亡：经线粒体通透性转变孔开放或者其它非mPTP依赖性通路介导CytC释放，激活caspase级联反应，诱导细胞凋亡。
线粒体功能障碍在心力衰竭中的作用及研究进展
线粒体功能障碍在心力衰竭中的作用及研究进展摘要：心力衰竭可引起心肌能量供应不足，心肌抑制，心输出量下降，严重时危及生命。
在心力衰竭的病理生理机制中，线粒体功能障碍起着非常重要的作用。
心力衰竭时，线粒体功能障碍可表现为，ATP产量减少，mtDNA受损，氧化应激，线粒体能量代谢异常等。
该文探讨了心力衰竭时线粒体功能障碍的作用机制及相关研究进展。
关键词：心力衰竭；线粒体心力衰竭是众多心脏疾病的结果，通常表现为心脏结构及功能的异常，包括心输出量下降，心脏负荷增加等。
心脏负荷增加最初反应表现为心肌肥厚，并逐渐从心功能代偿，急性或慢性进展到失代偿，为了了解这一复杂的临床综合征并发现新的分子治疗靶点，线粒体功能障碍成为了研究的热点[1]。
研究显示，在心衰复杂的病理生理过程中，线粒体功能障碍是直接加剧心衰的重要的因素之一。
该文旨在探讨心衰时线粒体功能障碍的作用机制，及其治疗研究进展。
心力衰竭时，线粒体功能障碍的机制包括：1.ATP动力学线粒体是人体能量的重要来源，当线粒体通过氧化磷酸化生成腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）的过程出现异常时，可导致心脏功能受损。
研究发现线粒体电子传递链上的呼吸超复合体，由复合体I/二聚体Ⅲ/Ⅳ可组成[2]，是线粒体氧化磷酸化的基础单位。
心衰时线粒体复合体I/Ⅲ活性降低，并使得构成复合体Ⅳ的亚单位Ⅵa及Ⅳb错构，从而影响线粒体呼吸作用及活性[3]。
线粒体DNA（mtDNA）是线粒体内环状双链的DNA分子，心衰时mtDNA表达复合物出现障碍，引起线粒体的生物损伤和不可逆的功能障碍，促进心衰的发展[4]。
由此可见，线粒体呼吸链，质子泵，ATP合成酶任一环节的异常，都会导致线粒体ATP产量减少，并进一步导致心脏功能障碍，最终进展为心衰。
2.循环及微血管改变关于心衰病理生理机制的研究中，人们认为最重要的是微血管的功能障碍[5]。
其实质是冠脉血流分布不均匀。
Elbers PW通过检测心衰患者的冠脉侧流暗视野成像显示了其微循环的损伤。
线粒体功能障碍对身体健康的影响
线粒体功能障碍对身体健康的影响线粒体，是细胞内一个重要的有细胞内呼吸和能量生成功能的器官，同时也是人体内一项最基本的机能和能量供应方式的核心。
随着研究技术的发展，越来越多的研究表明，线粒体功能障碍对身体健康产生了极其严重的影响。
本文将全面分析线粒体功能障碍对身体健康的影响，希望给读者带来一些启示，让身体更加健康。
一、线粒体功能障碍的危害随着人们生活水平和寿命的提高，人体代谢过程中产生了大量的自由基，尤其是线粒体制造的自由基量尤其大。
而自由基则常常被认为是氧化压力的主要来源，因为它们可引起细胞迅速衰老以及多种疾病的产生。
若线粒体功能出现障碍，则会影响能量供应，导致不足，从而引起一系列的疾病。
常见的线粒体功能障碍疾病有以下几种：1. 心肌病线粒体功能障碍常常会导致心肌病等心血管疾病的产生。
但是，最重要的是心肌病可能会导致心肌的缺氧，即并没有足够的血氧供应，从而导致心肌功能减退。
2. 神经退行性疾病线粒体功能障碍可能导致神经退行性疾病的产生，比如说帕金森病、阿尔茨海默病等等，导致这类疾病的主要原因是线粒体所提供的ATP(一种重要的能量供应方式)的减少。
3. 糖尿病等代谢性疾病线粒体功能障碍有时候还可能导致代谢性疾病，比如糖尿病、超重等等。
这种疾病的产生，主要原因是因线粒体的ATP产量下降，影响人体的代谢活动，从而使得人体内的血糖水平增高等。
二、正确的预防和治疗方法尽管线粒体功能障碍是一个看似不可避免的疾病，但是为了尽量减少它对身体健康的影响，还是有一些预防和治疗方法可以参考。
下面列出几点：1. 定期检查线粒体功能障碍虽然是无法避免的，但是通过定期的检查还是能够提早发现和防范各种疾病。
尤其是对于糖尿病等代谢性疾病和神经退行性疾病的，定期检查就尤为重要。
2. 健康的饮食和生活习惯对于心血管疾病和代谢性疾病，饮食和生活习惯可以起到很好的预防作用。
比如拒绝抽烟、限制咖啡因和酒精的摄入、优先选择蔬菜和水果而非高热量的食品等。
线粒体功能障碍与相关疾病的分子机理
线粒体功能障碍与相关疾病的分子机理线粒体功能障碍关联的疾病是一大类人类疾病的主要病因之一。
线粒体是一个细胞内的特殊结构，它们是细胞内合成能量所必须的地方。
最近的一些研究发现，线粒体在机体中发挥的作用远不止于此，还涉及细胞凋亡、细胞信号传导、跨膜通道调节等众多功能。
线粒体的功能正常就是机体健康的一个重要保障，而线粒体功能障碍则可以引发多种严重的人类疾病，其中包括肌萎缩性侧索硬化、包括缺氧性缺血损伤、骨髓病、脑卒中、心肌病等等。
那么，线粒体功能障碍和相关疾病的分子机理是什么呢？线粒体本身是一个自主存在的生物体，其存在和形态具有明显的家族性遗传的特征。
线粒体DNA（mtDNA）是一条双链、环状的DNA分子，它相对于同细胞外核的随机重组，具有遗传稳定性。
这意味着一旦母亲的mtDNA发生突变，就有可能传递给其后代，进而引发mtDNA突变症、线粒体疾病等一系列疾病。
mtDNA中存在的多个常见的点突变和大片段缺失等变异导致的线粒体功能障碍，可被分为三种程度：①线粒体DNA（mtDNA）拷贝数增加；②线粒体DNA（mtDNA）拷贝数基本保持不变，但是mtDNA的突变率增加；③mtDNA突变率增加，其在整个分布中发现。
由于mtDNA被植入到许多重要的能量和氧气耗散的过程中，mtDNA的突变和缺失可能会导致一些疾病，如Parkinson病、ALS、帕金森晚期痴呆、多发性硬化症、眼肌病、焦虑症、双相情感障碍、胰岛素依赖性糖尿病、Kwashiorkor病等。
文献报道显示，与线粒体功能障碍有关的主要机制包括：1）线粒体基因突变；2）线粒体膜离子通道的功能异常；3）不健康的饮食习惯会导致线粒体功能降低；4）氧化应激；5）线粒体内羟自由基等多种有害物质的积累；6）线粒体外膜破损。
针对这些机制，科学家们已经开展了一系列的研究，为临床疾病的治疗提供了坚实的理论依据。
目前，针对线粒体功能障碍而进行的治疗方法主要有四种。
1）使用抗氧化剂，如维生素E、叶酸等，以减少氧化应激对线粒体的损害。
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非酒精性脂肪性肝炎的线粒体功能障碍Mitochondrial dysfunction in nonalcoholic steatohepatitis非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病机理目前还不明确，其机制也有待阐明。
线粒体功能障碍在不同程度上参与NASH的发病，因为它损伤脂肪肝的内环境稳定，并且诱导自由基的过多产生，进而触发脂质过氧化反应和细胞死亡。
在本文中，我们讨论了线粒体在脂肪代谢、能量平衡、活性氧产生中的作用，集中研究线粒体损伤和解偶联蛋白在NASH形成的病理生理学过程中的作用。
并且讨论了一些定向线粒体的分子的潜在作用。
关键词：ATP平衡；脂肪酸氧化作用；人嗜中性细胞弹性蛋白酶（HNE）；线粒体；NASH；活性氧；解偶联肝脏线粒体：结构和功能肝细胞在糖类、脂质和蛋白质代谢过程中起关键作用。
来源于脂类和糖类代谢的酶解物通过线粒体的作用产生ATP（1）。
每一个肝细胞包含大约800个线粒体（占整个细胞容积的18%），这些线粒体在脂肪酸的氧化和氧化磷酸化过程中其关键作用（2）。
线粒体有两层膜—内膜和外膜—这两层膜围成一个密集的细胞基质（3）。
线粒体膜由一个磷脂双层和蛋白质组成。
线粒体外膜包含许多名为孔道蛋白的膜内在蛋白质。
这种蛋白质含有一种通道可以渗透小于5000Da的分子，而大分子主要通过线粒体膜转运蛋白来转运（4）。
另一方面，线粒体内膜是不可渗透的，因为他们不包含孔道蛋白，但是含有可以调整代谢产物进出细胞基质通道的特殊运输蛋白。
此外，蛋白质负责呼吸链的氧化反应并且ATP合酶也位于线粒体膜的内部（5）。
当前线粒体内膜的模型表明它是连续的并且形成被称作嵴的内转，它的数量和形态反映线粒体对细胞的能量需要的反应(3)。
线粒体基质是一种含水层包含一种高密度蛋白，包括丙酮酸和脂肪酸氧化作用以及柠檬酸循环所需的酶类。
已经经过鉴定的大约700多种线粒体蛋白质中，有200多种只存在肝脏线粒体中（7）。
大多数线粒体蛋白质由核DNA编码，但是还有一些由线粒体DNA（mtDNA）编码。
mtDNA是一种位于线粒体基质的圆形的、双链的分子。
由于它靠近内膜，缺乏保护性组蛋白以及不完善的DNA修复机制使它对氧化损伤极端敏感（8）。
脂肪酸氧化作用肝脏游离脂肪酸（FFAs）可能有不同的来源：脂肪组织乳糜微粒水解重新合成假如能量需要很低，肝脏的游离脂肪酸就被酯化为甘油三酯储存在细胞液中或者分泌到血浆中作为极低密度脂蛋白。
另一方面，在能量不足的情况下，游离脂肪酸被用于以下方面：通过线粒体和过氧化物酶参与 β氧化；通过内质网参与 ω氧化。
线粒体催化大量短、中和长链游离脂肪酸的β氧化，这一途径构成了脂肪酸氧化供能的主要过程。
过氧化物酶优先参与缩短长链脂肪酸的β氧化（9）。
但是过氧化物酶途径在数量上是很少的（10）。
短链和中链脂肪酸可以自由进入线粒体，相反，长链脂肪酸被活化成定向酯化的脂酰辅酶A，或者激活线粒体的β氧化。
线粒体的β氧化可以分成两个主要部分：获取酰基进入线粒体氧化的过程；通过氧化去除两碳单位（乙酰基）缩短线粒体内链。
长链脂肪酸活化成脂酰辅酶A酯不能直接通过线粒体内膜，而且线粒体通道是控制和调节β氧化的关键点（11）。
跨越线粒体膜传输包括三个不同阶段：酰基从辅酶A转移到肉碱，由肉碱催化棕榈酰转移酶(CPT) 1；膜间隙通过酰基肉毒碱转移酶转运、催化；由CPT2（图1）重新转化到线粒体内膜内表面的脂酰辅酶A。
CPT1作为线粒体脂肪酸的入口，是肝脏β氧化量的主要调节器（12）：它的活性被脂肪酸合成的第一步产物丙二酸单酰辅酶A抑制。
β氧化包括四个单独的反应从而产生递电子体(NADH 和 FADH2)，在线粒体呼吸链复合体IV传递电子把O2还原成H2O。
通过氧化磷酸化过程，加上呼吸链的电子传递以ATP的形式产生的能量是固定的。
线粒体呼吸链和ATP合成线粒体呼吸链包括四种呼吸复合物(I–IV)可以把递电子体(NADH 或者 FADH2 )转化成氧化的辅酶 (NAD+和FAD)；在氧化过程中NADH和FADH2 把它们的电子传递到呼吸链的第一复合物。
通过复合物I, III和IV传递电子，与从基质到膜间隙的质子泵连接。
复合体V 是ATP合酶（图1）（13）游离脂肪酸氧化作用使NAD+和FAD转化成NADH和FADH2，这通过线粒体呼吸链反复转化。
根据米歇尔的化学渗透原理，通过线粒体的电子传递与从基质到线粒体膜间隙的质子泵相配合，产生膜电位（14）。
当需要能量时，质子通过ATP合酶的F0部分重新进入基质，引起一个位于ATP合酶的F1部分的分子旋转体的旋转和ADP转化成ATP。
线粒体的呼吸作用程度依赖于ADP转化为ATP合酶。
ADP和ATP穿过内膜的程度由腺苷酸转移酶活性来调节平衡，这种酶从线粒体内挤出ATP交换细胞溶质的ADP。
肝细胞合成ATP主要有两种途径：细胞质内的糖酵解，和线粒体膜内的氧化磷酸化。
使用葡萄糖作为底物，氧化磷酸化产生比糖酵解多大约17倍的ATP。
因此，氧化磷酸化代表需氧生物的ATP的主要来源。
呼吸调节是使氧化磷酸化的ATP合成比率与ATP的利用率相适应的反馈机制。
尽管大多数的氧化磷酸化蛋白质由核基因组编码，一些呼吸链复合物的主要亚基只由mtDNA编码（15）。
通常认为mtDNA在人类疾病和衰老中起主要作用，归因于线粒体内氧化磷酸化能力的缓慢降低（16-18）。
图1：线粒体电子传递链。
经过从细胞质到线粒体基质的特殊转运，丙酮酸盐（A）和游离脂肪酸（B）经过氧化作用提供递电子体以递送电子，通过呼吸链作用把氧还原成水（C）。
通过这些氧化还原反应产生电子转运，这与通过复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ的质子泵相配合，产生的质子动力势被复合物Ⅴ利用来产生ATP（D）。
通过复合物Ⅰ和Ⅲ的作用，氧分子的部分还原可能会导致超氧阴离子根的形成，这些离子根能被过氧化物歧化酶依次转化为过氧化氢，过氧化氢能依次被过氧化氢酶解毒为水（E）。
c：细胞色素c；CAT:过氧化氢酶（Catalase）；CⅠ:复合物Ⅰ；CⅡ:复合物Ⅱ；CⅢ:复合物Ⅲ；CⅣ:复合物Ⅳ；CⅤ:复合物Ⅴ；CPT1：肉毒碱棕榈酸转移酶1；FFA：游离脂肪酸;OMM：线粒体外膜；PDC：丙酮酸脱氢酶复合物；Pyr：丙酮酸盐;Succ:琥珀酸盐;Q10:辅酶Q10；SOD:过氧化物歧化酶；经过【140】的允许后复制。
线粒体活性氧的产生线粒体是哺乳动物肝细胞H2O2数量上的主要来源（19,20）。
对于穿过呼吸链的大多数电子，复合体IV是是最终的目的地，在这里O2分子被四电子还原转化成水。
超氧阴离子基是在线粒体呼吸（复合体I或III）早期，正常呼吸通过O2分子的一电子还原产生的的一种副产品（21）；然后被超氧化物歧化酶（SOD）转化成H2O2(图1)（22）.在正常状态下，从总耗氧量的0.15%到几个百分点会产生超氧化物（23），但是在特殊情况下这一数值可能会明显增加。
任何外在的质子移位与ATP合成的不平衡可能会反应在膜电位。
线粒体的超极化延长了移动的电子载体的半衰期，这会调节O2的部分还原并且产生超氧化物（24）。
因此，即使在健康的线粒体，呼吸链也产生活性氧（ROS）。
但是，在生理状态下，线粒体的ROS被分解成水，只有少量残留自由基存在。
活性氧是生存期较短能产生局部作用的分子。
但是，它们能攻击多不饱和脂肪酸并启动细胞内的脂质过氧化，结果，形成醛等副产品如4-羟基-2nonenal（HNE）和丙二醛（MDE）（图2）（25）.这些分子的半衰期比ROS更长，并且可能从起源的地方弥散到较远的细胞内和细胞外的目标，从而扩大氧化应激的的效应。
ROS产物与膜电位有关，二者都可以被人造的解偶联剂还原（26）。
膜电位的小变化对过氧化物产生的速度有很大影响（27,28）。
目前未知残留的ROS是否有生理作用，但是新近的数据表明H2O2和HNE能够起信号分子那样的作用，来保证线粒体和细胞质之间的流通（29）。
酶的产生和H2O2的分解，伴随硫氢基氧化的需求，为信号中必需的时间和地点提供特异性，指示H2O2最好的满足作为第二信使的需求,就像之前提到的那样（8）。
Hydroxyalkenales，特别是HNE，由于它们的化学反应以及和大分子形成的共价化合物，而牵涉在各种病理生理学的相互作用中。
在低浓度的非细胞毒性浓聚物中，这些分子的作用就像细胞中的信号分子(30)。
线粒体也是一氧化氮（NO）的起源和靶点，通过一类一氧化氮合酶同工酶（NOS）把精氨酸转化瓜氨酸，可形成一个高度扩散性的自由基。
作为一种保护性或者有害的分子，NO可能会与O2-反应形成过氧化亚硝酸盐(ONOO-)，这是一种能攻击蛋白、脂质和DNA的有效的氧化剂和硝化物，,并且减少抗氧化剂的防御作用（图2）（31,32）。
如今，公认的线粒体NOS对碘氧基苯甲醚的作用是未知的，酶的存在也是被质疑的：一些报告表明它在肝脏线粒体表达（33,34），但是最近知名的实验并不能确认相同的结果（35）。
独立于起源，NO和ONOO-被认定为线粒体功能的关键介质。
事实上，通过一个对细胞色素C氧化酶的可恢复结合，NO或许能调节O2的消耗（37），而且ONOO-经过翻译后修饰能够灭活几种线粒体蛋白（38）。
线粒体的解偶联在生理条件下，质子泵从基质进入线粒体膜间隙产生一个质子梯度，和顺着呼吸链的电子传递一起，产生一种跨越线粒体内膜的可测量的电位差（39）。
在复合体V这种电位差是ATP合成的驱动力。
线粒体内膜几乎完全不能渗透质子，质子只能通过ATP合酶重新进入基质，利用质子作为驱动力来旋转F1亚基并把ADP转化成ATP。
任何透过线粒体膜的活动都可能减少线粒体电位并影响ATP合成。
线粒体膜电位的测量作为氧气消耗量的一种功能，允许穿过细胞膜的质子漏的检验（40）。
当使用一种底物和一种复合体V的抑制剂培养线粒体时，氧气摄取完全依靠由质子动力势驱动的（和用膜电位测量的）跨膜的质子漏。
使用一种复合体II的抑制剂—丙二酸盐对呼吸链的电子供应逐步抑制，可能会降低膜电位；这一过程允许质子漏率的测量作为膜电位的一种功能（40）。
几种物质可能会分散质子梯度，例如经典的解偶联剂（41,42），脂肪酸（43）和解偶联蛋白（UCPs）（44,45）。
UCPs从氧化磷酸化“解耦”线粒体呼吸作用，分散质子梯度并形成电子梯度从而产生热能代替ATP(41)。
UCPs基本上不在肝细胞表达（46）;但是，肝脏UCP2已经在基因上和乙醇诱导脂肪肝上被观察到（47,48）.此外，有报道UCP3在增强肝脏脂肪酸分解代谢的情况下被高度表达（49,50）。
线粒体与细胞存活控制生存控制的缺失导致细胞死亡，包括凋亡和坏死（51）。
细胞凋亡对细胞死亡的控制，可能会被死亡受体（外源性途径）或者线粒体（内源性途径）触发，并集聚胱门蛋白酶，这种酶是负责细胞骨架蛋白质的裂解和亚细胞成分的裂解的特异性蛋白酶（52）。