线粒体功能障碍和人体疾病的研究进展
线粒体的功能研究与应用前景展望
线粒体的功能研究与应用前景展望随着现代生物技术的不断发展，线粒体作为上古细胞的代表，成为了生物科学研究中的热门课题。
线粒体作为细胞的能量发生器和细胞内物质转移的中心之一，对细胞的正常生理活动起着举足轻重的作用，其研究与应用前景也越来越被广泛关注。
一、线粒体的生物学功能线粒体是一种A型属于原核细胞分支的独立亚细胞，其细胞质内侧属于内质网，结构较为复杂，与其他亚细胞的结合紧密，是细胞内最主要的生物合成机制之一。
线粒体可以通过氧化的过程产生大量的ATP，而ATP则是生命活动所必须的重要物质，它可以为细胞驱动酶和其他大分子合成提供能量。
同时，线粒体还参与了脂代谢、鉴定细胞凋亡和细胞信号传递等生理过程。
二、线粒体与疾病的关系线粒体与许多疾病存在着紧密的联系。
例如，线粒体功能的损害会导致肌肉萎缩、神经退行性变等疾病的发生。
此外，线粒体的功能也与心脑血管疾病、肥胖症等多种慢性疾病密切相关。
目前，科学家们正通过对线粒体的研究，寻找能够治疗及预防这些疾病的方法。
三、线粒体在药物研究中的应用线粒体在药物研究中也有着广泛的应用。
药物的研发过程非常繁琐，许多药物最终无法通过临床试验。
但是，通过对线粒体的研究，科学家们已经找到了一种更为有效的筛选药物的方法。
科学家将药物作用于细胞，然后通过测量细胞内线粒体的ATP水平来判断药物的有效性。
这种方法可以提高药物研发的效率，减少试验的时间和成本。
四、线粒体在现代医学中的应用线粒体在现代医学中的应用也越来越广泛。
例如，科学家们已经成功利用线粒体修复技术，将健康的线粒体移植到患者的细胞中，以改善患者的病情。
此外，线粒体还可以用于现代医学中的诊断和治疗。
例如，线粒体DNA突变与某些遗传性疾病有关，通过检测线粒体DNA突变，可以诊断和预测疾病的发生。
此外，科学家们还在研究如何利用线粒体电子传递链的原理，开发新型的药物和抗氧化剂等，以保护人体正常的线粒体功能。
总之，线粒体作为生物学研究中的热门课题，其功能的研究和应用前景也越来越被广泛关注。
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。
线粒体与神经系统疾病的关系研究
线粒体与神经系统疾病的关系研究在人体内，线粒体被认为是能量代谢的主要场所之一，同时也与多种疾病，尤其是神经系统疾病相关联。
近年来，随着生物医学研究技术的不断进步，对线粒体与神经系统疾病的关系的研究也渐渐深入。
第一部分：线粒体的基本结构与功能线粒体是一个细胞内的器官，其负责供应细胞能量，同时也参与调节细胞的凋亡和细胞的再生。
线粒体除了能合成ATP以外，还负责生物氧化反应，参与细胞信号转导和细胞凋亡等活动。
线粒体的质量与活力对于细胞以及整个生物的存活至关重要。
第二部分：线粒体与神经系统疾病的相关性线粒体与神经系统疾病的关系已经得到了广泛的研究。
许多神经系统疾病如帕金森病、阿尔茨海默病、亚急性联合变性等都与线粒体失调相关。
具体来说，线粒体功能障碍导致的能量代谢问题是神经系统疾病的主要病因之一。
帕金森病就是一个例子。
帕金森病是一种由神经元死亡引起的运动障碍性疾病，其发病率随着人口老龄化的加剧也在不断增加。
研究表明，帕金森病多数的病例是由于线粒体缺失所引起的，这会对神经元能量代谢功能造成影响，从而导致需氧代谢减少、氧化应激以及脂质过氧化作用，进而造成细胞内环境的恶化。
第三部分：线粒体与神经系统疾病的治疗研究进展目前，针对神经系统疾病的治疗手段多数是针对特定的症状而采取的，难以治愈或减轻相关疾病的根本原因。
新型治疗方法可以选择靶向线粒体进行设计。
近年来，针对线粒体相关的神经系统疾病的治疗研究有了不少进展。
首先，一些细胞通讯的分子机制是非常有利于线粒体功能的改变和修复的。
例如，细胞内自噬机制、神经胶质细胞对于神经元的支持等都能够促进线粒体的修复或减轻受损。
其次，类似如NAD+充当的电子供体是一种有效的修复方法。
这是Humedics 公司在研发治疗方法时，利用NAD+拆分反应制造出对应的NAD+前体，以达到激活线粒体的目的。
最后，干细胞疗法也在神经系统疾病的治疗中逐渐显示了其效果。
它可以促进在病变区产生新的神经细胞，以帮助调整神经功能障碍导致的细胞缺损。
线粒体功能与疾病
线粒体功能与疾病线粒体是细胞中的一个重要细胞器，它在人体内起着关键的能量代谢和调节作用。
线粒体内的功能障碍或突变，在一些疾病的发生和发展中起着重要作用。
本文将探讨线粒体功能的重要性以及与疾病之间的关联。
一、线粒体功能的重要性线粒体是细胞内的“能量中心”，主要通过氧化磷酸化过程合成三磷酸腺苷（ATP），这是细胞内能量的储存和释放单位。
线粒体还参与细胞信号转导、钙离子平衡、细胞凋亡等多个生物学过程。
因此，线粒体功能对于维持正常的细胞代谢和生理功能至关重要。
二、线粒体疾病的分类线粒体疾病是由于线粒体内部的突变、缺陷或功能障碍引起的一类疾病。
根据临床表现和遗传方式的不同，线粒体疾病可以分为以下几类：1. 线粒体DNA突变引起的疾病：线粒体DNA突变可遗传自母系，主要影响线粒体细胞的能量代谢功能，导致机体在能量供应和细胞代谢方面出现问题。
其中，常见的疾病包括线粒体脑肌病（MELAS）、线粒体脱氢酶复合体Ⅱ/Ⅲ缺乏症等。
2. 核基因突变引起的疾病：核基因突变影响线粒体的合成、运输和功能，会导致线粒体的结构和功能异常。
这类疾病中最常见的是线粒体酶复合体Ⅰ缺乏症、线粒体酶复合物Ⅳ缺乏症等。
3. 线粒体融合和分裂异常引起的疾病：正常的线粒体需要不断发生融合和分裂过程来维持其数量和功能。
而当融合和分裂过程异常时，会导致线粒体形态异常和功能受损，例如Charcot-Marie-Tooth病。
4. 环境因素引起的线粒体疾病：一些外界因素，如辐射、药物、化学物质等，也可导致线粒体功能障碍，引发线粒体疾病。
例如，长期使用抗逆转录病毒药物可导致线粒体损害。
三、线粒体疾病的症状和诊断线粒体疾病的临床表现多样，症状涉及多个系统，如神经系统、肌肉、心脏、肝脏等。
常见的症状包括肌肉无力、神经系统症状（智力发育迟缓、运动协调障碍等）、代谢性疾病（糖尿病、肝功能异常等）等。
诊断线粒体疾病主要依靠病史、临床表现、实验室检查和遗传学检测。
例如，通过线粒体DNA测序可检测到线粒体DNA的突变，帮助确定诊断。
线粒体功能障碍与糖尿病肾脏病
线粒体功能障碍与糖尿病肾脏病孙佩文 孙铸兴△（南京医科大学附属无锡人民医院肾脏内科，南京２１４０００）摘要 糖尿病肾脏病（ＤＫＤ）是糖尿病最主要的微血管并发症，也是终末期肾脏疾病的主要原因之一。
近年来，随着糖尿病患病率的增加，ＤＫＤ的发病机制迅速成为研究热点。
ＤＫＤ的发病机制多种多样，错综复杂。
但普遍认同的是，糖代谢的异常是ＤＫＤ起始的重要原因。
同时，能量代谢也被发现是ＤＫＤ的进展的重要途径。
本文简述了糖代谢紊乱在ＤＫＤ进展中的影响，并概述了参与能量代谢的线粒体的功能障碍在ＤＫＤ中的作用。
关键词 糖尿病肾脏病；糖代谢紊乱；线粒体功能障碍中图分类号 Ｒ３４；Ｒ３３９ 从２０００年至２０１４年，我国大陆人口的糖尿病患病率从７．１％增长至１０．１％［１］。
ＷＨＯ发布，至２０１６年，全球糖尿病患病人数已达４．２２亿。
伴随着糖尿病患病人数稳步递增的趋势，作为糖尿病最重要的并发症之一的ＤＫＤ已刻不容缓地进入研究者的视野，ＤＫＤ的发病机制迅速晋升为研究热点。
目前与ＤＫＤ发病机制相关的研究主要集中在代谢紊乱、氧化应激、炎症反应、血流动力学改变、蛋白激酶、细胞因子、遗传易感性等方面。
近年来的众多研究表明，能量代谢是ＤＫＤ进展的重要途径［２～４］。
其中，糖代谢的异常被认为是ＤＫＤ起始的重要原因。
同时，参与能量代谢的线粒体功能障碍被发现在促进ＤＫＤ的进展中首当其冲。
一、高血糖是ＤＫＤ的始动因素“ｎｏｓｕｇａｒｎｏｄｉａｂｅｔｉｃｓ”，高血糖是引起ＤＫＤ的最主要因素［５］。
早期，高血糖会引起血流动力学的改变，最终导致肾小球超滤现象的发生。
高血糖还能使得近端肾小管重吸收钠增加，同时伴有钠 葡萄糖共同转运体（ＳＧＬＴ１与ＳＧＬＴ２）转运钠的增加，近端肾小管再吸收的增加引起向致密斑和远端肾小管传递钠的减少，肾小管 肾小球反馈刺激下调，从而增加肾小管肾单位的肾小球滤过率。
除了血液动力学的改变，葡萄糖还是细胞的能量底物。
高血糖能够导致许多代谢途径的激活。
线粒体的变异及其与疾病的关系
线粒体的变异及其与疾病的关系人类身体内的每个细胞都包含有许多“小机器”，它们被称作线粒体。
线粒体是细胞内的一个功能区域，它是能量的主要产生者。
在线粒体内，脂肪和糖类等能量源荷物被逐步氧化分解，生成一种叫做ATP的高能化合物。
细胞多数动态代谢过程都靠ATP供能来维持，是人体生命过程的重要发动机之一。
在人体内，线粒体广泛分布在心肌、脑组织及骨骼肌等具有高能量消耗的组织，因此，线粒体与人体的生命活动息息相关。
线粒体是独立的小器官，它拥有自己的DNA，与细胞核的DNA不同，线粒体DNA是一个环状分子，大小为细胞核DNA的十分之一。
运输线粒体遗传物质的是一种特殊的哺乳动物细胞器，称谓为胚胎发育中的细胞线粒体，简称“mtDNA”。
线粒体DNA具有自我复制、自我修复、自我转录、自我翻译等功能，是生命力很强、变异率较高的双链短分子。
国内外众多研究表明，线粒体DNA的变异与许多疾病的发病率密切相关。
1. 线粒体DNA突变的种类人线粒体DNA中的突变可分为以下四类：（1）点突变点突变是线粒体DNA变异的一种常见形式，它比较常见的有四种基本类型：硬件突变、软件突变、同义突变和非同义突变。
硬件突变是在编码区产生的位点变异，它能够改变氨基酸序列从而导致蛋白质结构的改变，它是导致线粒体性状发生变化的主要因素。
软件突变是不在编码区的位点变异，这种变异的主要作用是为维持线粒体的结构和功能提供支持，例如可以调节晶体样式或通过提供催化能量保持健康状态。
同义突变是编码区的位点突变，但是不改变氨基酸的序列。
在这样的突变中，有时同义突变甚至可以发挥更为重要的作用，例如在突变基因中传输的情况下可以创造大量变异。
非同义突变是编码区的位点突变，导致氨基酸序列的改变。
这种突变是导致疾病发生的一个重要原因，同时非同义突变可能会导致多个变异基因中发生酶缺失导致的变异受影响。
（2）插入缺失插入缺失是指线粒体DNA中的一个或多个核苷酸被插入或删除的情况。
线粒体功能调控与疾病关系研究
线粒体功能调控与疾病关系研究人类身体内有数以千计的细胞，每个细胞都需要进行代谢，这意味着需要不断的能量供应。
线粒体是细胞内的一个小结构，它主要负责细胞内代谢所需的能量的生产。
在完成这项重要功能的同时，线粒体扮演了其他角色，例如参与钙调节、细胞凋亡以及细胞自身修复等等。
显而易见，线粒体功能的正常运作对人体健康非常重要。
本篇文章将讨论线粒体功能调控、疾病与科学家们已经进行的研究进展。
线粒体的机制线粒体的主要功能是制造和储存细胞内能量，也被称为细胞呼吸。
在糖、脂肪和其他能量化合物变成二氧化碳和水的过程中，线粒体将这些物质氧化成 ATP，然后将生成的 ATP 导出到细胞中的其他位置以满足细胞能量需求。
因此，细胞内氧化与线粒体的作用息息相关。
线粒体还参与了其他更加微妙的机制，例如细胞内钙平衡调节，与细胞凋亡相关的自噬机制以及抗氧化机制等。
维持线粒体正常状态的细菌抵御病原菌感染的能力也与此有关。
线粒体调控与疾病线粒体在许多疾病中发挥着重要的角色，这些疾病包括但不限于：1. 代谢性疾病代谢性疾病是指由于身体代谢异常而引起的疾病，主要包括糖尿病、肥胖症、脂代谢紊乱等。
代谢紊乱减少了线粒体储存和转移细胞内能量的能力，从而导致糖尿病和肥胖等疾病的发生和发展。
研究表明，肥胖症和糖尿病等代谢疾病也会影响胰岛素信号通路，这直接影响细胞的葡萄糖代谢和线粒体的热量产生能力。
2. 中枢神经系统疾病线粒体功能异常也与中枢神经系统疾病有关。
例如，晚期帕金森病患者的神经元中线粒体数量和质量明显降低，这会导致能量代谢不足、氧化应激等问题。
爱滋病患者中也出现类似线粒体功能不良症状。
3. 肌肉疾病线粒体的另一个特殊应用领域是肌肉功能。
线粒体病是一类由线粒体功能缺陷引起的肌肉疾病，症状包括肌肉无力、肌肉乏力甚至成像学表现差异较大的传统期间性麻痹，常常与肥胖、代谢紊乱、呼吸肌无力、反复二尖瓣脱垂、外眼肌麻痹等疾病连锁出现。
累计发病风险高，严重影响生活质量。
线粒体功能障碍与发病机制
线粒体功能障碍与发病机制线粒体是细胞中的重要器官，其主要功能是参与细胞能量代谢和细胞凋亡等重要生命过程。
线粒体功能障碍是很多人不太熟悉的一个概念，但是它却与很多疾病的发生和发展密切相关。
本文将从线粒体功能障碍的定义、发生机制、疾病与治疗等方面进行阐述。
一、线粒体功能障碍的定义线粒体的主要功能是合成和供应能量，对于人体而言，线粒体是不可或缺的。
线粒体功能障碍是指线粒体内发生一系列异常变化，导致能量合成和供应能力下降的一种生理现象。
随着年龄的增长和各种环境因素的影响，人体内线粒体往往会出现功能障碍，从而影响身体的健康。
二、线粒体功能障碍的发生机制线粒体功能障碍的发生机制较为复杂，主要包括以下几个方面：1.线粒体DNA（mtDNA）异常：人体内的线粒体DNA紧密地包裹在线粒体内，在复制过程中很容易出现异常。
mtDNA异常是导致线粒体功能障碍发生的主要原因之一。
2.ROS（活性氧）产生增加：ROS是一种有氧氧化产物，在身体内参与多种生物过程。
但是，过多的ROS会直接损伤线粒体的膜和酶系统，从而引发线粒体功能障碍。
3.线粒体膜的功能改变：线粒体膜在整个线粒体功能过程中扮演着至关重要的角色。
线粒体膜的功能改变会影响细胞的代谢和能量供应。
三、线粒体功能障碍与疾病线粒体功能障碍与很多疾病的发生和发展密切相关。
以下是一些常见的疾病：1.脑血管意外：脑部的细胞依靠线粒体合成能量，但是如果线粒体功能障碍，就会引起脑部器官的损伤，进而导致脑血管意外。
2.肥胖：肥胖人士的线粒体功能一般较差。
线粒体功能障碍会导致身体脂肪的堆积，进而导致肥胖。
3.2型糖尿病：线粒体功能障碍还会引起胰岛素分泌异常，进而导致2型糖尿病。
4.癌症：线粒体功能障碍与癌症的关系非常密切。
研究发现，癌细胞的线粒体功能受到了很大损害，影响了癌细胞的生长和存活。
四、线粒体功能障碍的治疗线粒体功能障碍是一个比较新的研究领域，目前还没有对应的特效药物。
不过，对于一些可逆的线粒体功能障碍，可以通过药物干预和改变生活方式等方式进行治疗。
基于线粒体功能障碍探讨中药防治激素性股骨头坏死的基础研究进展
◇综述与讲座◇摘要激素性股骨头坏死（steroid-induced avas-cular necrosis of the femoral head ，SANFH ）是临床上常见的疑难杂症，其致残率高、预后差的特点，严重威胁了人类的健康。
SANFH 的发病机制十分复杂，但现在越来越多的研究表明，大量的糖皮质激素会导致骨组织细胞的线粒体功能异常，发生氧化应激、线粒体自噬、以及线粒体动力学改变，导致细胞受损或死亡，进而导致股骨头内骨代谢失衡、血流异常，加速了SANFH 的发生发展。
中药有着安全性高、副作用少等优点，在SANFH 的治疗中有着良好的疗效。
中药复方、单味中药和中药活性成分可以通过直接或间接地调控相应的信号通路中关键分子表达，多靶点改善线粒体功能，显著防治SANFH 的发生发展，受到了学者们的广泛关注。
该文综述了SANFH 与线粒体功能之间的关系，以及中药通过调控线粒体功能来防治SANFH 的作用机制，以期为临床应用中药调控线粒体功能来治疗SANFH 提供一定的思路与方法。
关键词激素性股骨头坏死；线粒体功能障碍；中药；综述中图分类号：R816.8；Q731文献标志码：A文章编号：1009-2501(2023)06-0688-09doi ：10.12092/j.issn.1009-2501.2023.06.012激素性股骨头坏死（steroid-induced avascu-lar necrosis of the femoral head ，SANFH ）是一种常见的疑难病症，其早期发病隐匿且病程进展迅速，该病致残率高、预后差。
长期或大量使用糖皮质激素（GC ）是造成本病的主要原因，GC 可通过多种途径导致骨代谢异常、股骨头血液供应受阻、脂代谢紊乱。
据流行病学调查显示，SANFH 发生率约24.7%～34.6%，并呈逐年上涨趋势［1］。
SANFH 具有高致残率、低治愈率的特点，为我国的医疗保健系统带来不小的负担。
线粒体功能障碍与疾病关系探究
线粒体功能障碍与疾病关系探究线粒体是细胞中的一种细胞器，负责产生细胞所需的能量。
这种能量主要通过线粒体内呼吸链系统产生，进而转化为细胞所需的ATP。
线粒体的健康和能量产生对维持人体正常生理功能至关重要。
然而，许多疾病与线粒体功能障碍（MFD）有关。
本文将探讨线粒体功能障碍和疾病之间的联系。
一、线粒体功能障碍与肌肉疾病线粒体在身体中的细胞可以发生一种称为线粒体病的疾病。
这种疾病与细胞内线粒体DNA的变化或线粒体数量的缺乏有关。
线粒体病多表现为肌无力、心肌病、神经病变和视网膜萎缩等症状。
其中，肌肉骨骼系统可能是线粒体病最突出的表现，肌无力会导致肌肉弱化甚至不能使用。
线粒体脂肪肌肉疾病（MELAS）是一种非常常见的线粒体病，其表现为肌肉疼痛、麻木和障碍，同时还表现为多种其他症状，如猝死倾向、视力丧失、耳聋、呼吸困难、心肌病等。
二、线粒体功能障碍与神经疾病除了线粒体病外，MFD与其他神经疾病也有紧密的联系。
多种神经系统疾病的症状可以被归结于线粒体功能障碍。
线粒体功能障碍可能会导致神经元细胞死亡，大脑、中枢神经系统和脊髓的疾病都可能发生。
例如，线粒体病变可以导致帕金森病的一些症状，包括身体僵硬、震颤和运动迟缓。
还与阿尔茨海默病和神经退行性疾病等神经系统疾病有相关性。
三、线粒体功能障碍与代谢疾病线粒体病还与代谢性疾病有关。
代谢疾病通常指的是从基因到酶等各层面的代谢障碍性疾病，关键步骤发生故障时该代谢通路便受影响。
例如，丙酮酸和乳酸堆积，氨基酸代谢中的高血症等都与MFD有关。
代谢疾病还包括能量代谢障碍，最常见的是糖尿病。
与线粒体功能有关的代谢疾病还包括肥胖，由于线粒体对脂肪酸处理的缺陷，导致能量在身体里转化为脂肪而不是葡萄糖。
此外，线粒体功能的障碍也与某些心血管、消化道和免疫系统疾病有关。
四、线粒体功能障碍的研究策略鉴于线粒体功能障碍与多种疾病存在关联，研究人员需要探索与该问题有关的各种方面。
首先，需要确定线粒体障碍在不同疾病中的作用，探讨影响线粒体功能障碍的因素和机制，并提供开发治疗和预防策略的机会。
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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：***学号：*********指导教师：***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、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(apoptosis in-ducing factor，AIF)和Procaspase 2、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-meabletransition pore，MPTP)存在于接触点；三羧酸循环(TCA cycle)酶系、存储钙离子的致密颗粒及线粒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16 569 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(calciummicrodomain)，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、D N A 碎片( D N Aladder)、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N A D H 氧化还原酶有高度同源性，释放后可直接到达细胞核，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(reactive oxygenspecies，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 总耗氧量的2%~6%，极易诱发氧化应激，造成细胞损伤。
不过，由于具有完善的抗氧化防御体系，细胞内多余的ROS 总能及时被清除。
已知的抗氧化系统分为酶性和非酶性两种，包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(Catalase)以及谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸、亲水性(疏水性)抗氧化物质等。
正是依赖这样的防御措施，体内自由基的。
【4】2、线粒体DNA(mtDNA)缺陷2.1线粒体DNA(mtDNA)缺陷、氧化磷酸化异常及能量代谢障碍，通常能引起细胞结构、功能发生一系列渐进性，甚至不可逆性的病理改变，在脑组织中影响尤为明显，因为大脑虽然重量仅占身体总重的2%，但对氧的消耗量却要占到身体总消耗量的25%哺乳动物mt tＲNA 有3 种常见的非典型二级结构( Fig．1)绝大多数tＲNA 具有高度保守的三叶草结构( Fig．1 A，0 型) 【5】．在环和螺旋线平面间的一些相互作用下形成tＲNA 的三级结构即L 折叠，比如TΨC 环( T 环) 和二氢尿嘧啶环( D 环) ．1980 年mtDNA 测序发现，人类和牛科动物mt tＲNASer( AGY)( Y = U 和C) 没有完整的D 环结构( Fig．1D，III 型)．生化研究发现，mt tＲNASer( AGY)能氨酰化，而且在体外具有翻译活性．进一步的晶体结构分析发现，其核心结构区的弹性比0 型结构大．在核糖体上，反密码子环和3'CCA 末端之间存在约78 度的类飞镖结构; 由于D 环的G18 和G19 以及T 环的U55 和C56 均不保守，导致II 型tＲNA 缺乏典型的D 环和T 环间的相互作用( Fig．1C，II 型) ．对tＲNAPhe和mt tＲNAAsp的化学检测发现，D 环和T环间相互作用微弱，但在D 茎存在典型的三级作用，形成稳定的核心; 对mt tＲNA 结构进行深入研究发现。
【6】tＲNASer( UCN)同样具有不典型的三叶草结构( Fig．1B，I 型) ．其结构特征如下: 接受臂和D 环间只有个腺苷酸; D 环缩短; 额外多1 个环．化学检测和电脑模拟结果显示，D 环或其它环核心区的多个缺失能通过增加反密码子螺旋区的碱基对( 27a ～43a) 来弥补，从而维持类L 型的结构mtDNA 处于氧自由基的包围之中，缺乏组蛋白的保护，由于线粒体缺乏DNA 损伤修复系统，突变率是核DNA 的10 ～20 倍．选择压力在核基因中淘汰了许多突变，而在线粒体中这种压力被松弛，由线粒体编码的蛋白质和ＲNA 突变后，对个体的适应性比核编码的高．【7】由此造成哺乳动物mtDNA 进化速率增快( 约为核DNA 的5 ～10 倍) ，可能是mt tＲNA 序列和结构多态性的主要原因之一．2.2 mt DNA 译码系统遗传密码几乎是通用的，但是有极少数的例外．哺乳动物线粒体AUA、UGA、AGＲ( Ｒ= A 和G) 分别翻译为Met、Trp 和终止密码子( 这与通常的译码不同，Table 1) ．多数已鉴定的密码变化发生在线粒体中，而密码的改变会对细胞蛋白质发生致命性的影响，由于线粒体有自己的tＲNA，密码的改变不影响细胞基因组．【8】相反，在线粒体中，这种改变可以看做是一种基因组的精简．最初的译码准则是密码子第3 位的U 只能被A 和G 识别，然而U34 的构象灵活多变，它与4 种碱基都能配对( Crick 称其为变偶性) ．无修饰的U 通过变偶配对降低了人类mt tＲNA 的种类( Table 1) ．仅22 种mt tＲNA 即可翻译60 个有意义的密码子，这也是翻译有意义的密码子最少的一组tＲNA．终止因子mt ＲF1a 识别终止密码子UAA 和UAG．mＲNA CO1 和ND6 的终止密码子分别是AGA 和AGG．因为两者都没有相应的tＲNA 和释放因子，长期以来AGＲ一直作为它们的终止密码子，但这个机制并不清楚．近年发现，哺乳动物mt ＲFIa通过在AGＲ密码子后移一个读码框架来识别终止密码子。
【9】二、线粒体疾病。
1、线粒体疾病的分类线粒体疾病主要分为两大类:遗传性和获得性疾病,前者病因包括核DNA损害、线粒体DNA损害和基因组间的通讯障碍,后者主要由毒素、药物和衰老引起。
目前的主要研究集中于线粒体DNA突变与线粒体疾病临床表型的相互关系上。
目前人们所认识的线粒体疾病主要是一些神经肌肉变性疾病,如Leber' s遗传性视神经病,线粒体脑肌病,帕金森氏病,阿尔茨海默病,母系遗传的糖尿病和耳聋等。
根据mtDNA突变的性质可以将其分为两种主要类型,即碱基替换突变和插入—缺失突变。
碱基替换发生的位置不同,引起的突变效果也不同。
发生在白质基因上的碱基替换可以导致错义突变,进而影响蛋白质的功能。
发生在tRNA和rRNA基因上的碱基替换可以影响tRNA和rRNA的结构,导致蛋白质合成障碍。
[10]缺失—插入突变是指mtDNA在复制分离过程中发生了碱基序列的丢失或插入,其中以缺失突变较为常见。
大片段的缺失多发生在两个同向重复序列之间。
最常见的缺失突变是4977bp缺失,约50%的4977bp缺失发生在8470～13447区域两个13bp的同向重复序列(5′-AC-CTCCCTCACCA)之间。
还有一较为常见的缺失是7436bp缺失,常发生在8637～16073区域两个12bp的同向重复序列。
【11】(5-CATCAA-CAACCG)之间。
大片段的缺失往往涉及多个基因,最终导致线粒体OXPHOS功能下降,产生的ATP减少,从而影响组织器官的功能。
mtDNA突变导致的OXPHOS缺陷的严重性是由突变mtDNA的性质及其在细胞中所占的比例决定的,而突变mtDNA的表型又与OX-PHOS缺陷的严重性及各个组织器官的能量阈值有关。