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線粒體與長壽篇一
細胞的生存需要兩個基本的要素：構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)的化學(xué)元件和能量。生物從食物中獲取能量，根據(jù)對氧的需要情況分為兩種類型：厭氧、好氧。在真核生物中，需氧的能量轉(zhuǎn)化過程與線粒體有關(guān)，并且伴隨一系列的化學(xué)反應(yīng)，而在原核生物中，能量轉(zhuǎn)化與細胞質(zhì)膜相關(guān)。
線粒體外膜是線粒體最外的一層全封閉的單位膜結(jié)構(gòu)，是線粒體的界膜，厚6～7nm,平整光滑。外膜含有孔蛋白, 所以外膜的通透性非常高,使得膜間隙中的環(huán)境幾乎與胞質(zhì)溶膠相似。外膜含有一些特殊的酶類，外膜上含有單胺氧化酶,該酶是外膜的標志酶,這種酶能夠終止胺神經(jīng)遞質(zhì),如降腎上腺素和多巴胺的作用。外膜的主要作用是形成膜間隙，幫助建立電化學(xué)梯度，同時能進行一些生化反應(yīng)，協(xié)助線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)完成能量轉(zhuǎn)換功能。
內(nèi)膜是位于外膜的內(nèi)側(cè)包裹線粒體基質(zhì)的一層單位膜結(jié)構(gòu)，厚5～6nm。內(nèi)膜的通透性較低，一般不允許離子和大多數(shù)帶電的小分子通過。內(nèi)膜的蛋白與脂的比例相當高，并且含有大量的心磷脂，約占磷脂含量的20%，心磷脂與離子的不可滲透性有關(guān)。線粒體內(nèi)膜通常要向基質(zhì)折褶形成嵴，嵴的形成使內(nèi)膜的表面積大大增加。線粒體內(nèi)膜的嵴上有許多排列規(guī)則的顆粒稱為線粒體基粒，即atp合酶，又叫f0 f1 atp酶復(fù)合體，是一個多組分的復(fù)合物。內(nèi)膜的酶類可以粗略地分為三個大類∶運輸酶類∶內(nèi)膜上有許多運輸酶類進行各種代謝產(chǎn)物和中間產(chǎn)物的運輸；合成酶類∶內(nèi)膜是線粒體dna、rna和蛋白質(zhì)合成的場所；電子傳遞和atp合成的酶類∶這是線粒體內(nèi)膜的主要成分，參與電子傳遞和atp的合成。內(nèi)膜的標志酶是細胞色素氧化酶。內(nèi)膜是線粒體進行電子傳遞和氧化磷酸化的主要部位，含有電子傳遞鏈中進行氧化反應(yīng)的蛋白和酶。在電子傳遞和氧化磷酸化過程中，線粒體將氧化過程中釋放出來的能量轉(zhuǎn)變成atp。
膜間隙是線粒體內(nèi)膜和外膜之間的間隙，寬6～8 nm，其中充滿無定形的液體，含有可溶性的酶、底物和輔助因子。膜間隙中的化學(xué)成分很多，幾乎接近胞質(zhì)溶膠。腺苷酸激酶是膜間隙的標志酶，它的功能是催化atp分子的末端磷酸基團轉(zhuǎn)移到amp，生成兩分子adp。膜間隙的功能是建立氫質(zhì)子梯度。線粒體基質(zhì)是內(nèi)膜和嵴包圍著的線粒體內(nèi)部空間是線粒體基質(zhì)?；|(zhì)中的酶類最多，與三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸降解等有關(guān)的酶都存在于基質(zhì)之中。此外還含有dna、trnas、rrna、以及線粒體基因表達的各種酶和核糖體?；|(zhì)中的標志酶是蘋果酸脫氫酶。線粒體基質(zhì)的功能是進行氧化反應(yīng)，主要是三羧酸循環(huán)。
線粒體對許多親水物質(zhì)透性低，所以必須具備主動運輸系統(tǒng)。線粒體還是鈣庫，具有儲備鈣離子的能力，但是鈣離子的出入需要運輸?shù)鞍?。?nèi)膜的運輸系統(tǒng)主要是運輸?shù)鞍缀痛龠M運輸作用的脂類，此外還有參與電子傳遞和氫質(zhì)子傳遞的復(fù)合物。線粒體需要自主完成下列運輸作用:①糖酵解產(chǎn)生的nadh必須進入電子傳遞鏈參與有氧氧化；②線粒體產(chǎn)生的代謝物質(zhì)如草酰輔酶a和乙酰輔酶a必須運輸?shù)郊毎|(zhì)中，它們分別是細胞質(zhì)中葡萄糖和脂肪酸的前體物質(zhì);③線粒體產(chǎn)生的atp必須進入到胞質(zhì)溶膠，以便供給細胞反應(yīng)所需的能量，同時，atp水解形成的adp和pi又要被運入線粒體作為氧化磷酸化的底物。在線粒體內(nèi)膜上具有完善的運輸系統(tǒng)，主要是運輸?shù)鞍缀鸵恍┢鸫龠M運輸作用的脂類(如心磷脂)。運輸系統(tǒng)也包括參與電子傳遞和氫質(zhì)子傳遞的復(fù)合物，內(nèi)膜上有運輸丙酮酸、脂肪酸和特殊氨基酸的運輸?shù)鞍?，其中某些運輸?shù)鞍?包括同向和逆向)是靠質(zhì)子梯度驅(qū)動的。線粒體氧化磷酸化作用所需無機磷(pi)輸入是與線粒體中oh-的輸出同時逆向進行的(二者間輸入與輸出的比值為1:1)。線粒體中由adp+pi生成的atp向細胞質(zhì)的運送是通過另一種運輸?shù)鞍着c細胞質(zhì)中的adp進行交換完成的，結(jié)果是atp被運輸?shù)桨|(zhì)溶膠供細胞代謝需要，adp被運進線粒體基質(zhì)，與運進的pi一起參與atp的合成。這兩種逆向運輸泵共同維持線粒體基質(zhì)中高adp和pi的濃度
線粒體是細胞內(nèi)氧化磷酸化和形成atp的主要場所，有細胞“動力工廠”之稱。糖酵解生成的丙酮酸進入線粒體基質(zhì)，經(jīng)過三羧酸循環(huán)生成fadh2和nadh，再進入呼吸鏈進行氧化磷酸化，最后生成atp和水。呼吸鏈上的電子載體有黃素蛋白、細胞色素、鐵硫蛋白和輔酶q。主呼吸鏈由復(fù)合物i、iii、iv組成，傳遞氧化nadh釋放的電子，次呼吸鏈由復(fù)合物ii、iii、iv構(gòu)成，傳遞氧化fadh2釋放的電子。呼吸鏈通過3個氧化磷酸化偶聯(lián)位點即復(fù)合物i、iii、iv建立質(zhì)子動力勢，驅(qū)動atp合酶合成atp。
線粒體的蛋白質(zhì)合成具有原核生物蛋白質(zhì)合成的特點，mrna的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一時間和地點進行、蛋白質(zhì)合成的起始trna與原核生物的相同、蛋白質(zhì)合成對藥物的敏感性與細菌一樣。翻譯后轉(zhuǎn)運是指在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)等到完全合成以后釋放到胞質(zhì)溶膠中才被轉(zhuǎn)運。這也稱為蛋白質(zhì)尋靶。共翻譯轉(zhuǎn)運是指膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)，在進行翻譯的同時就開始轉(zhuǎn)運，通過定位信號，一邊翻譯一邊進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后進行進一步加工和轉(zhuǎn)移。在膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)通過信號肽，經(jīng)過連續(xù)的膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)運分選才能到達最終的目的地，這一過程又稱為蛋白質(zhì)分選。在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)n端的信號統(tǒng)稱為導(dǎo)向信號或?qū)蛐蛄?。由于這一段序列是氨基酸組成的肽，所以由稱為轉(zhuǎn)運肽或者前導(dǎo)肽。將膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)的n端具有信號作用的序列稱為信號序列，將組成該序列的肽稱為信號肽。
過氧化物酶體是由一層單位膜包裹的囊泡，不屬于內(nèi)膜系統(tǒng)的膜結(jié)合細胞器。過氧化物酶體的標志酶是過氧化氫酶，它的作用主要是將過氧化氫水解，過氧化氫是氧化酶催化的氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的細胞毒性物質(zhì)。過氧化物酶體主要含有的酶類是氧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶。不同的氧化酶作用于不同的底物，共同特征是氧化底物時將氧還原成過h2o。過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志酶，作用是使過氧化氫還原成水。
過氧化物酶體除了水解過氧化氫，它的氧化作用也可以使有毒物質(zhì)失活，能夠?qū)ρ鯘舛冗M行調(diào)節(jié)，可以避免高氧毒害細胞，過氧化物酶體也是脂肪酸氧化的一個部位。過氧化物酶體與線粒體一樣都是二裂法進行增殖，但是過氧化物酶體沒有自己的dna和核糖體，因此所有的酶和蛋白質(zhì)都是由和基因編碼并在細胞質(zhì)中游離核糖體中合成的，然后通過導(dǎo)向序列轉(zhuǎn)運進來。
線粒體與長壽篇二
《線粒體與認知老化》讀后感
2011704103林薇
文章從生物學(xué)的角度，論述了線粒體和認知老化的關(guān)系，介紹了線粒體在數(shù)量、分布及其能量供應(yīng)，ca2+濃度的維持，引發(fā)神經(jīng)細胞凋亡，及線粒體基因等幾個方面對認知老化產(chǎn)生的影響，描述了老化過程中線粒體功能失常引起的認知障礙。
文章開頭介紹了線粒體的結(jié)構(gòu)與功能，其主要是結(jié)構(gòu)有內(nèi)膜、外膜、存在總多酶系的基質(zhì)及dna、rna組成，線粒體也是細胞的動力工廠，通過對糖、脂肪、氨基酸的氧化，產(chǎn)生大量atp功能。同時線粒體還有另一重要功能線粒體跨內(nèi)外膜電化學(xué)梯度執(zhí)行的攝取ca2+的功能，并通過2na+/ca2+交換系統(tǒng)和大分子通透性轉(zhuǎn)移孔道，將線粒體內(nèi)積累的ca2+釋放到細胞漿中，從而保持了線粒體以及細胞漿的ca2+平衡。
由于構(gòu)成認知的生物學(xué)基礎(chǔ)是神經(jīng)系統(tǒng)，在神經(jīng)系統(tǒng)的基本組成成分神經(jīng)元中，存在著大量的供能細胞器―線粒體。所以線粒體的細微變化影響著神經(jīng)元的功能，進而影響整個神經(jīng)系統(tǒng)，從而對認知產(chǎn)生影響。而文章第二段則展開將此作用產(chǎn)生的機制。首先通過bertoni-freddari的報道及有關(guān)研究結(jié)果說明線粒體數(shù)量、分布、產(chǎn)能與認知老化所成的反比關(guān)系。然后對線粒體中ca2+在學(xué)習記憶老化中的作用進行科學(xué)性解釋，并由于線粒體對ca+濃度維持的重要作用，而說明線粒體對認知老化的影響。()然后，一研究表明一蛋白質(zhì)異常使線粒體無法正常監(jiān)管ca2+,導(dǎo)致細胞ca2+濃度升高導(dǎo)致細胞死亡而說明線粒體引起神經(jīng)細胞凋亡產(chǎn)生認知老化。最后由于基因能夠編碼蛋白質(zhì)，通過皮埃爾·羅貝爾及其研究小組的研究結(jié)果及最近研究者的研究結(jié)果表明線粒體基因與認知老化之間的關(guān)系。
最后作者展望通過對線粒體與認知老化的深入研究，對認知老化機制有進一步了解并為認知障礙性疾病的治療提供新的線索和思路。
曾經(jīng)看到過這樣一個理論，人們在嬰兒時期的神經(jīng)纖維間連接網(wǎng)絡(luò)非常緊密。然后隨著人們的生活經(jīng)驗及學(xué)習，部分經(jīng)常使用的神經(jīng)纖維間保持并加強著緊密的聯(lián)系，而部分神經(jīng)纖維由于長期閑置而逐漸斷裂，或者說部分神經(jīng)元鏈凋亡。因而人們在年紀小的時候的學(xué)習認知會比老了之后更加容易。而這篇文章從線粒體的角度說明了其對神經(jīng)細胞凋亡產(chǎn)生的作用，神經(jīng)細胞的最終歸宿是細胞凋亡，在發(fā)育過程中有50％的神經(jīng)細胞將凋亡。神經(jīng)細胞大量凋亡是產(chǎn)生認知老化的原因之一。兩個理論也相互佐證。
我同作者保有同樣的展望，并且本人對線粒體在基因?qū)用娴闹委煴Ｓ休^大期待，因為基因?qū)用媸墙鉀Q生物問題的非常深入的層面。文章中通過在基因?qū)用鎸π∈筮M行試驗也表明線粒體基因突變對神經(jīng)元衰退產(chǎn)生的影響。許多線粒體疾病如線粒體腦肌病、老年性癡呆、帕金森病、衰老、ⅱ型糖尿病、癲癇等，在電影、電視劇中都是戳中人淚點的可怕疾病。估計許多人也是寧可死亡也不愿變傻。并且人口老齡化日益加劇，認知老化相關(guān)疾病發(fā)病人數(shù)逐年增多，因而解決認知老化問題確實是人類應(yīng)盡早突破的難關(guān)。
線粒體與長壽篇三
線粒體與疾病
線粒體廣泛分布于各種真核細胞中，其主要功能是通過呼吸鏈(電子傳遞鏈和氧化磷酸化系統(tǒng))為細胞活動提供能量，并參與一些重要的代謝通路，維持細胞的鈣、鐵離子平衡，以及參與其他生命活動的信號傳導(dǎo)。
此外，線粒體還與活性氧(ros)的產(chǎn)生及細胞凋亡有關(guān)。組成線粒體的蛋白質(zhì)有1000多種，除呼吸鏈復(fù)合體蛋白受mtdna與核基因雙重編碼，其他蛋白均由核基因編碼。mtdna突變或核基因突變都能引起線粒體功能紊亂。早在1963年，nass等人就發(fā)現(xiàn)有遺傳物質(zhì)dna的存在。1981年，anderson等發(fā)表了人類mtdna全序列。1988年，holt和wallace分別在線粒體腦病和leber's遺傳性視神經(jīng)病(lhon)患者的細胞中發(fā)現(xiàn)了mtdna突變，從此開辟了研究mtdna突變與人類疾病的新領(lǐng)域。隨著對mtdna研究的深入，人們對mtdna的突變和人類疾病的相關(guān)性日益重視。動物模型和人類研究證據(jù)均證明，mtdna突變是引起人類多因素疾病，部分遺傳性疾病以及衰老的重要原因之一。
? 線粒體dna的遺傳學(xué)特征
? 母系遺傳
有研究表明，在受精過程中，精子線粒體會被卵子中泛素水解酶特異性識別而降解，這很好地解釋為什么父源性mtdna不能傳播給后代。
? 異質(zhì)性和突變負荷
人們將細胞或組織同時擁有突變型和野生型mtdna的狀態(tài)稱為異質(zhì)性;將細胞或組織只擁有一種mtdna的狀態(tài)稱為均質(zhì)性。
突變負荷指發(fā)生突變mtdna占全體mtdna的百分比，是衡量mtdna突變體異質(zhì)性程度的重要指標。
? 閾值效應(yīng)
當異質(zhì)性mtdna突變體的突變負荷較低時, 與突變型mtdna共存的野生型mtdna會發(fā)揮足夠的補償作用, 以維持線粒體呼吸鏈的功能。然而, 當突變負荷超過一定范圍, 使得野生型mtdna的數(shù)量不足以維持呼吸鏈的功能時, 組織或器官就會出現(xiàn)異常, 這種現(xiàn)象被稱為閾值效應(yīng)
? “瓶頸”和隨機分配（導(dǎo)致線粒體dna有組織和器官的差異性）
異質(zhì)性mtdna突變體的突變負荷高低在不同的世代交替間變化顯著, 這種效應(yīng)即為線粒體遺傳的“瓶頸”。“瓶頸”的產(chǎn)生并不是因卵子發(fā)生早期mtdna數(shù)量急劇減少造成, 而是由卵母細胞經(jīng)歷了多次分裂使得最終分配到每個卵子中的mtdna的有效數(shù)量較少所致。在有絲分裂時(包括卵子發(fā)生), mtdna被隨機分配到子代細胞中。存在于卵母細胞中的mtdna分子約有150 000個, 經(jīng)過卵子發(fā)生, 只有部分mtdna進入初級卵母細胞中, 形成了異質(zhì)性水平相差很大的卵母細胞群;受精后受精卵經(jīng)歷卵裂和胚胎發(fā)育, 最終僅有幾個拷貝的mtdna分子進入新生兒的組織細胞中[20~22]。因此, 同一母系家族成員間的疾病表型和同一患者組織間的突變負荷時常會迥然不同。體細胞每經(jīng)歷一次有絲分裂, mtdna會隨著線粒體一起被隨機分配到子代細胞中, 由此, 組織中mtdna的突變負荷會隨組織細胞分裂而變化, 進一步說, 同一患者的疾病表型也能隨時間推移而表現(xiàn)出變異性。? mtdna疾病的特征
線粒體是真核細胞重要的細胞器，由于缺乏蛋白保護并且沒有完整的突變修復(fù)功能，以及線粒體內(nèi)部極高的氧分壓，mtdna突變率非常高。
? 致病性mtdna突變一般具有以下特點：
突變位點在進化上比較保守；
突變導(dǎo)致的生化損傷和疾病的臨床表型能夠分離;
當突變是異質(zhì)性突變時，組織損傷程度與突變負荷呈正相關(guān);
同一突變可以從遺傳上相互獨立的患者中發(fā)現(xiàn)。
? mtdna突變與表型之間的關(guān)系復(fù)雜
相同的突變可以引發(fā)不同 的疾病表型，如，trnalleu(uur)基因上的a3243g突變既能出現(xiàn)在melas患者中，也能出現(xiàn)在cpeo、線粒體肌病、糖尿病伴耳聾患者中;同一疾病表型也可以由不同的突變引起，例如，melas可以由20多個點突變(位于編碼trnas或呼吸鏈復(fù)合體蛋白亞基的線粒體基因上)引起，也可以由重組突變引起。? 一些彼此獨立的因素可以影響mtdna疾病的臨床表現(xiàn)：突變體的異質(zhì)性水平、組織
分布、器官對呼吸鏈的依賴程度、核背景和環(huán)境因素等。
? 線粒體突變與疾病
從遺傳學(xué)角度可以將mtdna突變分為兩大類：點突變和重組突變。
? 點突變
? lhon(leber 遺傳性視神經(jīng)病變)
leon是第一個被鑒定出與mtdna點突變有關(guān)的母系遺傳疾病，臨床上以兩側(cè)連續(xù)急性或亞急性視力衰退為特征，主要累及青少年男性。
? melas（線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發(fā)作）
melas是一組具有高度臨床變異性和遺傳異質(zhì)性的mtdna疾病，與melas相關(guān)的mtdna點突變已經(jīng)超過20個，它的主要特征有：1)腦頂枕葉局灶性損害及由此引起的卒中樣發(fā)作;2)乳酸性酸中毒和破碎紅纖維（rrf);3)其他中樞神經(jīng)表現(xiàn)，如癡呆、反復(fù)頭痛和嘔吐、癲癇發(fā)作、色素性視網(wǎng)膜炎和耳聾;
? merrf(myoclonic epilepsy and ragged red fibers)
merrf是一種母系遺傳的神經(jīng)肌肉紊亂癥，它的主要特征：1)肌陣攣、癲癇、肌無力和消瘦伴破碎紅纖維;2)耳聾和癡呆;3)小腦齒狀核和次級小葉出現(xiàn)神經(jīng)元喪失與神經(jīng)膠質(zhì)過多癥;4)一些病人軀干部有對稱性脂肪增多的表現(xiàn);5)生化上，線粒體復(fù)合體i常有缺損，而復(fù)合體ⅳ不易受累，出現(xiàn)的破碎紅纖維為cox陰性。
? narp mils
narp是一種母系遺傳綜合征，主要特征有：1)共濟失調(diào)、色素性視網(wǎng)膜炎和外周神經(jīng)病：2)m病人的小腦和大腦有輕度彌漫性萎縮，嚴重者可出現(xiàn)基礎(chǔ)神經(jīng)節(jié)損害;3)肌肉活檢往往檢查不到破碎紅纖維。
? 線粒體耳聾
? 重組突變
主要分為：大片段缺失和倍增。缺失突變可以單獨存在于患者中，也能與倍增同時出現(xiàn)。這種大片段重組突變通常與一些典型的疾病表型有關(guān)，如pearson氏綜合征、cpeo慢性進行性外眼肌麻痹)和pearson氏骨髓-胰腺綜合征。重組突變并不只限于上述幾種疾病表型，也能涉及糖尿病、聽力喪失和幾乎所有線粒體腦肌病[4]。? 體細胞mtdna突變在衰老和腫瘤中的作用
? 體細胞mtdna突變與衰老
? 體細胞mtdna突變會隨著衰老而逐漸積累。在40歲以下人群中的骨骼肌中基
本檢測不到異常mtdna，而在50歲以上人群骨骼肌中可以發(fā)現(xiàn)大量mtdna重組突變，這些突變可能與肌肉組織的老化有關(guān)。
? 有人在一些帕金森病人和正常老年人的黑質(zhì)神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)高頻率的mtdna缺失
突變，可能與腦組織的老化有關(guān)。
? 體細胞mtdna突變可能是由于活性氧(ros)對正常mtdna的氧化損傷造成的，而這些突變的積累會進一步損害線粒體呼吸鏈功能，并產(chǎn)生更多的ros和突變，從而加速衰老進程。
研究揭示：mtdna突變的積累并不與氧化壓力標志物有關(guān)，也不會導(dǎo)致細胞增值缺陷，而是mtdna突變的積累引起的細胞凋亡。
?突變與腫瘤
長期以來人們懷疑線粒體缺陷(包括mtdna突變)可能對癌癥的發(fā)展起重要作用。ohta等向裸鼠體內(nèi)植入含突變型或野生型mtdna的轉(zhuǎn)線粒體雜交瘤細胞，并觀察老鼠體內(nèi)所形成的腫瘤的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)突變型mtdna可以明顯促進腫瘤的生長。如果向含突變型mtdna的轉(zhuǎn)線粒體雜交瘤細胞的細胞核中導(dǎo)入一段與突變基因互補的正常線粒體基因，再用新構(gòu)建的瘤細胞去感染裸鼠，那么突變型mtdna促腫瘤生長作用會受到明顯抑制，提示mtdna突變有可能通過阻止腫瘤細胞的調(diào)亡來促進腫瘤或癌癥的發(fā)展。
? 結(jié)語
近年來，與mtdna突變相關(guān)的研究日新月異。mtdna突變之所以能引起人們的廣泛關(guān)注，是因為：1)mtdna突變已經(jīng)成為人類遺傳性疾病的重要病因;2)mtdna突變(主要是序列多態(tài)性)可以為人類起源、進化和遷徙規(guī)律的研究提供可靠的遺傳學(xué)證據(jù);3)體細胞mtdna突變有可能在衰老和腫瘤中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
? 【參考文獻】
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線粒體與長壽篇四
第七章線粒體疾病的遺傳
一、教學(xué)大綱要求
1．掌握線粒體遺傳、線粒體疾病、異質(zhì)性、閾值效應(yīng)等基本概念。
2．掌握線粒體dna的結(jié)構(gòu)與遺傳特點。
3．熟悉線粒體基因組與核基因組的關(guān)系。
4．了解線粒體dna的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄特點。
二、習題
（一）a型選擇題
1．mtdna指
a．突變的dnab．核dnac．啟動子順序
d．線粒體dnae．單一序列
2．下面關(guān)于mtdna的描述中，那一項是不正確的a．mtdna的表達與核dna無關(guān)b．mtdna是雙鏈環(huán)狀dna
c．mtdna轉(zhuǎn)錄方式類似于原核細胞d．mtdna有重鏈和輕鏈之分e．mtdna的兩條鏈都有編碼功能
3．mtdna中編碼mrna基因的數(shù)目為
a．37個b．22個c．17個d．13個e．2個
4．線粒體遺傳不具有的特征為
a．異質(zhì)性b．母系遺傳c．閾值效應(yīng)d．交叉遺傳e．高突變率
5．mtdna中含有
a．37個基因b．大量調(diào)控序列c．內(nèi)含子
d．終止子e．高度重復(fù)序列
6．受精卵中的線粒體
a．幾乎全部來自精子b．幾乎全部來自卵子c．精子與卵子各提供1/2
d．不會來自卵子e．大部分來自精子
7．線粒體疾病的遺傳特征是
ａ．母系遺傳ｂ．近親婚配的子女發(fā)病率增高
ｃ．交叉遺傳d．發(fā)病率有明顯的性別差異
ｅ．女患者的子女約1/2發(fā)病
8．最早發(fā)現(xiàn)與mtdna突變有關(guān)的疾病是
a．遺傳性代謝病b．leber遺傳性視神經(jīng)病c．白化病
d．分子病e．苯丙酮尿癥
9．最易受閾值效應(yīng)的影響而受累的組織是
a．心臟b．肝臟c．骨骼肌d．腎臟e．中樞神經(jīng)系統(tǒng)
10.遺傳瓶頸效應(yīng)指
a．卵細胞形成期mtdna數(shù)量劇減b．卵細胞形成期ndna數(shù)量劇減
c．受精過程中ndna.數(shù)量劇減d．受精過程中mtdna數(shù)量劇減e．卵細胞形成期突變mtdna數(shù)量劇減
（二）x型選擇題
1．下面關(guān)于線粒體遺傳系統(tǒng)的正確描述是
a．可編碼線粒體中全部的trna、rrna
b．能夠獨立復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，不受ndna的制約
c．在細胞中有多個拷貝
d．進化率極高，多態(tài)現(xiàn)象普遍
e．所含信息量小
2．mtdna的d環(huán)區(qū)含有
a．h鏈復(fù)制的起始點b．l鏈復(fù)制的起始點c．h鏈轉(zhuǎn)錄的啟動子
d．l鏈轉(zhuǎn)錄的啟動子e．終止子
3．mtdna的轉(zhuǎn)錄特點是
a．兩條鏈均有編碼功能b．兩條鏈的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都很大
c．兩條鏈都從d-環(huán)區(qū)開始復(fù)制和轉(zhuǎn)錄d．trna兼用性較強
e．遺傳密碼與ndna相同
4．線粒體dna復(fù)制的特點是
a．復(fù)制起始于h鏈的轉(zhuǎn)錄啟動子b．按順時針方向復(fù)制
c．復(fù)制過程中，h鏈長時間持單鏈狀態(tài)d．兩條鏈的復(fù)制起始點相隔2/3個mtdna e．復(fù)制方式以d-環(huán)復(fù)制為主
5．線粒體異質(zhì)性
a．指長度異質(zhì)性b．指序列異質(zhì)性c．發(fā)生率與年齡相關(guān)
d．在神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)中發(fā)生率高e．高發(fā)于ｄ環(huán)區(qū)，導(dǎo)致線粒體疾病
6．線粒體多質(zhì)性指
a．不同的細胞中線粒體數(shù)量不同b．一個細胞中有多個線粒體
c．一個線粒體中有多個dnad．一個細胞中有多種mtdna拷貝
e．一個線粒體中有多種dna拷貝
7．“閾值效應(yīng)”中的閾值
a．指細胞內(nèi)突變型和野生型mtdna的相對比例b．易受突變類型的影響
c．個體差異不大d．有組織差異性e．與細胞老化程度無關(guān)
8．下面關(guān)于線粒體遺傳的不正確描述是
a．同質(zhì)性細胞可漂變?yōu)楫愘|(zhì)性
b．低突變型mtdna水平不會引起臨床癥狀
c．突變mtdna具有復(fù)制優(yōu)勢
d．線粒體疾病不隨年齡增加而漸進性加重
e．父方的mtdna對表型無明顯作用
9．影響閾值的因素包括
a．組織器官對能量的依賴程度b．mtdna的突變類型
c．組織的功能狀態(tài)d．組織細胞的老化程度
e．個體的發(fā)育階段
10．mtdna高突變率的原因是
a．缺乏有效的修復(fù)能力b．基因排列緊湊
c．易發(fā)生斷裂d．缺乏非組蛋白保護
e．復(fù)制頻率過低
11．mtdna的修復(fù)機制是
a．轉(zhuǎn)移修復(fù)b．光復(fù)活修復(fù)c．切除修復(fù)d．sos修復(fù)e．重組修復(fù)
（三）名詞解釋
1．mtdna
2．異質(zhì)性
3．閾值效應(yīng)
（四）問答題
1．什么是mtdna？它有什么特性？
2．說明線粒體的遺傳規(guī)律和發(fā)病規(guī)律。
3．簡述ndna在線粒體遺傳中的作用。
三、參考答案
（一）a型選擇題
1．d2.a3.d4.d5.a6.b7.a8.b9.e10.a
（二）x型選擇題
1．
（三）名詞解釋
略。
（四）問答題
1．線粒體dna約16.5kb，為一種雙鏈環(huán)狀dna，由一條重鏈和一條輕鏈組成，含37個基因：22個trna基因、2個rrna基因、13個mrna基因。與ndna相比，具有高度簡潔型、高突變率、母系遺傳、異質(zhì)性等特點。
2．①高度簡潔性：基因內(nèi)無內(nèi)含子，整個dna分子中很少非編碼順序；②高突變率：mtdna分子裸露；復(fù)制時長時間處于單鏈狀態(tài)，分子不穩(wěn)定；缺少有效的修復(fù)系統(tǒng)；③異質(zhì)性：同一個細胞中野生型mtdna和突變型mtdna共存；④閾值效應(yīng)：細胞中突變型mtdna達到一定數(shù)量，能量代謝不足以滿足細胞生命活動需要時，才會表現(xiàn)出臨床癥狀；⑤母系遺傳：受精卵中的線粒體幾乎全部來自卵子，因此，只有母親的突變線粒體可以傳給后代，臨床上表現(xiàn)為母親發(fā)病，子代可能發(fā)病，父親發(fā)病，子代正常；⑥與ndna的遺傳密碼不完全相同；⑦mtdna的轉(zhuǎn)錄過程類似于原核生物。
3．mtdna具有自我復(fù)制、轉(zhuǎn)錄功能，但需要由核dna（nuclear dna，ndna）編碼的酶蛋白參與這些過程?？梢妋tdna基因的表達受核dna的制約；而且線粒體只能合成少部分線粒體蛋白，大部分蛋白由核基因組編碼，在細胞質(zhì)核糖體上合成后轉(zhuǎn)運到線粒體中。mtdna必須與ndna協(xié)同作用，才能完成能量代謝過程。
（李曉雯）
線粒體與長壽篇五
線粒體dna與人體衰老的關(guān)系
線粒體是細胞呼吸和物質(zhì)氧化的中心，是機體產(chǎn)生atp的重要場所，生物體內(nèi)有80%的atp由線粒體產(chǎn)生，故其被稱為細胞的“動力工廠”。它具有復(fù)雜的亞顯微結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過氧化磷酸化作用為細胞生命活動提供能量。
線粒體作為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。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程中會產(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行斗爭中求得生存和發(fā)展的，氧毒性的存在是生物體衰老的最根本的原因。線粒體利用氧分子的同時也不斷受到氧毒性的傷害，線粒體損傷超過一定限度，細胞就會衰老死亡。生物體總是不斷有新的細胞取代衰老的細胞以維持生命的延續(xù)，這就是細胞的新陳代謝。
衰老作為一種復(fù)雜的生理現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為機體各項生理功能的下降。在衰老過程中,線粒體生物學(xué)發(fā)生變化,線粒體dna突變與衰老的進程有密切關(guān)系。線粒體是一種半自主細胞器，含有自身的dna(mtdna)，研究表明mtdna突變在組織細胞衰老過程中起著重要作用。
在遺傳上，線粒體受細胞核dna和mtdna雙重控制，mtdna遺傳信息量雖小，卻控制著線粒體一些最基本的性質(zhì)。人類的mtdna是環(huán)狀雙鏈分子，具有自我復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能，由16569 bp組成，含37個基因，其中13個編碼氧化磷酸化相關(guān)蛋白質(zhì)，2個為rrna基
因，其余為trna基因。mtdna具有特殊的遺傳特征【1】。母系遺傳、高突變率、異質(zhì)性、閾值效應(yīng)、高利用率、協(xié)同作用。
隨著研究的深入，mtdna突變與人類遺傳病、腫瘤及衰老的關(guān)系也了解得更為透徹。有實驗證明，在心或腦中缺失7.4kb片段的mtdna的含量隨年齡增長而又明顯增加。年齡為63~77歲的人與24歲的人相比，其腦部區(qū)域的mtdna損傷程度增加14倍。mtdna突變有 3種：缺失突變、點突變、串聯(lián)重復(fù)mtdna的三種突變都可引起衰老。
大多數(shù)伴有mtdna缺失的疾病往往在成年期開始表現(xiàn)出來，癥狀隨年齡增長而加重，缺失的mtdna隨年齡的增加而增加。這種突變累積的結(jié)果，使線粒體氧化磷酸化的能力逐漸降低，細胞產(chǎn)生atp的量也就越來越少，從而表現(xiàn)出來的癥狀越來越明顯。這種隨年齡增長而明顯增加的缺失只聚積在老化的絲狀分裂后細胞內(nèi)，在40～80歲年齡段隨年齡增長呈指數(shù)增加。缺失在不同年齡組中的發(fā)生率是隨增齡而遞增的，健康中國人白細胞中也可檢測到“普通缺失”，缺失開始的年齡可能是40歲以后，雖然缺失比例很低，但缺失的發(fā)生率是隨增齡而遞增的，這一結(jié)果與國外研究人腦、骨骼肌組織中線粒體dna缺失有相似之處【2】。缺失隨增齡積累的原因可能是隨增齡機體內(nèi)抗氧化能力下降，自由基對dna的損傷增加，線粒體dna的突變則增多【3】。roberto等【4】在年老的骨骼肌 中發(fā)現(xiàn)，d環(huán)中存在兩個點突變。對來源于91個不同年齡、不同個體的活體組織中這兩個突變的存在度和異質(zhì)水平進行了評價，發(fā)現(xiàn)突變隨著年齡增加
而顯著積累。mtdna突變隨年齡的增長而增多，使mtdna基因組高突變率常作為衰老過程的潛力生物學(xué)標記【5】。
在1988年首次證實線粒體疾病與線粒體突變之間的關(guān)系【6】。在隨后的十余年間,研究者又發(fā)現(xiàn)許多與衰老相關(guān)的主要原因是mtdna的變異突變。與此相關(guān)的衰老性疾病包括阿爾茨海默癥、帕金森綜合征等。
然而mtdna的異常卻可引起呼吸鏈的電子傳遞酶系和氧化磷酸化酶系的異常。故衰老與線粒體的自由基代謝有關(guān)。自由基化學(xué)性質(zhì)活潑，易于發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。自由基一旦生成，就攻擊其他易氧化的物質(zhì)，發(fā)生自由基連鎖反應(yīng)，造成氧化傷害。在正常情況下，線粒體內(nèi)存在兩種主要的保護酶：超氧化物歧化酶和過氧化氫酶，他們協(xié)同作用清除自由基。隨著衰老的加劇，線粒體的自由基清除能力下降，自由基累積，造成膜功能喪失，代謝紊亂。
線粒體產(chǎn)生能量時，往往伴有自由基生成。這些自由基帶有一個未配對電子，性質(zhì)非常活躍，它們攻擊細胞的所有組成部分，包括呼吸鏈蛋白質(zhì)和線粒體dna。任何阻礙電子流過呼吸鏈的因素，都能使電子從黃素脫氫酶、輔酶q或細胞色素b直接與氧作用而產(chǎn)生自由基。線粒體dna突變可能使電子沿呼吸鏈的流動受阻，導(dǎo)致自由基增加和更多的線粒體dna突變。由于線粒體dna裸露于產(chǎn)生高氧自由基的線粒體內(nèi)膜下，本身又缺乏損傷修復(fù)系統(tǒng)，易氧化損傷發(fā)生突變【7】。由于線粒體dna中各基因排列緊密利用率高，因而線粒體dna任何部位的突變都會累及到基因中的一個重要功能區(qū)域
【8】，最終使氧化磷酸化功能受損。kayakawa等【9】研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在著多種與增齡相關(guān)的線粒體dna的缺失，含量較豐富的是“普通缺失”。為此提出一個有關(guān)線粒體dna突變的“冰山模型”，認為“普通缺失”僅僅構(gòu)成這個冰山的頂，其底部存在著許多目前尚未檢測到的突變，這一整體共同作用的積累導(dǎo)致了細胞能量代謝的缺陷，從而加速衰老的進程。我們選擇以這種在體內(nèi)分布廣泛、易于檢測的“普通缺失”進行線粒體dna缺失的研究，是一個既經(jīng)濟又快捷的檢測手段。
無論是mtdna突變還是自由基的原因，都表明線粒體在整個細胞凋亡中具有先導(dǎo)作用。線粒體對于生命體的長壽起到了重要的作用。衰老與線粒體是具有密切關(guān)系的。線粒體與衰老的研究也沒有停止，一直在深入。
【參考文獻】
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線粒體與長壽篇一
細胞的生存需要兩個基本的要素：構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)的化學(xué)元件和能量。生物從食物中獲取能量，根據(jù)對氧的需要情況分為兩種類型：厭氧、好氧。在真核生物中，需氧的能量轉(zhuǎn)化過程與線粒體有關(guān)，并且伴隨一系列的化學(xué)反應(yīng)，而在原核生物中，能量轉(zhuǎn)化與細胞質(zhì)膜相關(guān)。
線粒體外膜是線粒體最外的一層全封閉的單位膜結(jié)構(gòu)，是線粒體的界膜，厚6～7nm,平整光滑。外膜含有孔蛋白, 所以外膜的通透性非常高,使得膜間隙中的環(huán)境幾乎與胞質(zhì)溶膠相似。外膜含有一些特殊的酶類，外膜上含有單胺氧化酶,該酶是外膜的標志酶,這種酶能夠終止胺神經(jīng)遞質(zhì),如降腎上腺素和多巴胺的作用。外膜的主要作用是形成膜間隙，幫助建立電化學(xué)梯度，同時能進行一些生化反應(yīng)，協(xié)助線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)完成能量轉(zhuǎn)換功能。
內(nèi)膜是位于外膜的內(nèi)側(cè)包裹線粒體基質(zhì)的一層單位膜結(jié)構(gòu)，厚5～6nm。內(nèi)膜的通透性較低，一般不允許離子和大多數(shù)帶電的小分子通過。內(nèi)膜的蛋白與脂的比例相當高，并且含有大量的心磷脂，約占磷脂含量的20%，心磷脂與離子的不可滲透性有關(guān)。線粒體內(nèi)膜通常要向基質(zhì)折褶形成嵴，嵴的形成使內(nèi)膜的表面積大大增加。線粒體內(nèi)膜的嵴上有許多排列規(guī)則的顆粒稱為線粒體基粒，即atp合酶，又叫f0 f1 atp酶復(fù)合體，是一個多組分的復(fù)合物。內(nèi)膜的酶類可以粗略地分為三個大類∶運輸酶類∶內(nèi)膜上有許多運輸酶類進行各種代謝產(chǎn)物和中間產(chǎn)物的運輸；合成酶類∶內(nèi)膜是線粒體dna、rna和蛋白質(zhì)合成的場所；電子傳遞和atp合成的酶類∶這是線粒體內(nèi)膜的主要成分，參與電子傳遞和atp的合成。內(nèi)膜的標志酶是細胞色素氧化酶。內(nèi)膜是線粒體進行電子傳遞和氧化磷酸化的主要部位，含有電子傳遞鏈中進行氧化反應(yīng)的蛋白和酶。在電子傳遞和氧化磷酸化過程中，線粒體將氧化過程中釋放出來的能量轉(zhuǎn)變成atp。
膜間隙是線粒體內(nèi)膜和外膜之間的間隙，寬6～8 nm，其中充滿無定形的液體，含有可溶性的酶、底物和輔助因子。膜間隙中的化學(xué)成分很多，幾乎接近胞質(zhì)溶膠。腺苷酸激酶是膜間隙的標志酶，它的功能是催化atp分子的末端磷酸基團轉(zhuǎn)移到amp，生成兩分子adp。膜間隙的功能是建立氫質(zhì)子梯度。線粒體基質(zhì)是內(nèi)膜和嵴包圍著的線粒體內(nèi)部空間是線粒體基質(zhì)?；|(zhì)中的酶類最多，與三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸降解等有關(guān)的酶都存在于基質(zhì)之中。此外還含有dna、trnas、rrna、以及線粒體基因表達的各種酶和核糖體?；|(zhì)中的標志酶是蘋果酸脫氫酶。線粒體基質(zhì)的功能是進行氧化反應(yīng)，主要是三羧酸循環(huán)。
線粒體對許多親水物質(zhì)透性低，所以必須具備主動運輸系統(tǒng)。線粒體還是鈣庫，具有儲備鈣離子的能力，但是鈣離子的出入需要運輸?shù)鞍?。?nèi)膜的運輸系統(tǒng)主要是運輸?shù)鞍缀痛龠M運輸作用的脂類，此外還有參與電子傳遞和氫質(zhì)子傳遞的復(fù)合物。線粒體需要自主完成下列運輸作用:①糖酵解產(chǎn)生的nadh必須進入電子傳遞鏈參與有氧氧化；②線粒體產(chǎn)生的代謝物質(zhì)如草酰輔酶a和乙酰輔酶a必須運輸?shù)郊毎|(zhì)中，它們分別是細胞質(zhì)中葡萄糖和脂肪酸的前體物質(zhì);③線粒體產(chǎn)生的atp必須進入到胞質(zhì)溶膠，以便供給細胞反應(yīng)所需的能量，同時，atp水解形成的adp和pi又要被運入線粒體作為氧化磷酸化的底物。在線粒體內(nèi)膜上具有完善的運輸系統(tǒng)，主要是運輸?shù)鞍缀鸵恍┢鸫龠M運輸作用的脂類(如心磷脂)。運輸系統(tǒng)也包括參與電子傳遞和氫質(zhì)子傳遞的復(fù)合物，內(nèi)膜上有運輸丙酮酸、脂肪酸和特殊氨基酸的運輸?shù)鞍?，其中某些運輸?shù)鞍?包括同向和逆向)是靠質(zhì)子梯度驅(qū)動的。線粒體氧化磷酸化作用所需無機磷(pi)輸入是與線粒體中oh-的輸出同時逆向進行的(二者間輸入與輸出的比值為1:1)。線粒體中由adp+pi生成的atp向細胞質(zhì)的運送是通過另一種運輸?shù)鞍着c細胞質(zhì)中的adp進行交換完成的，結(jié)果是atp被運輸?shù)桨|(zhì)溶膠供細胞代謝需要，adp被運進線粒體基質(zhì)，與運進的pi一起參與atp的合成。這兩種逆向運輸泵共同維持線粒體基質(zhì)中高adp和pi的濃度
線粒體是細胞內(nèi)氧化磷酸化和形成atp的主要場所，有細胞“動力工廠”之稱。糖酵解生成的丙酮酸進入線粒體基質(zhì)，經(jīng)過三羧酸循環(huán)生成fadh2和nadh，再進入呼吸鏈進行氧化磷酸化，最后生成atp和水。呼吸鏈上的電子載體有黃素蛋白、細胞色素、鐵硫蛋白和輔酶q。主呼吸鏈由復(fù)合物i、iii、iv組成，傳遞氧化nadh釋放的電子，次呼吸鏈由復(fù)合物ii、iii、iv構(gòu)成，傳遞氧化fadh2釋放的電子。呼吸鏈通過3個氧化磷酸化偶聯(lián)位點即復(fù)合物i、iii、iv建立質(zhì)子動力勢，驅(qū)動atp合酶合成atp。
線粒體的蛋白質(zhì)合成具有原核生物蛋白質(zhì)合成的特點，mrna的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一時間和地點進行、蛋白質(zhì)合成的起始trna與原核生物的相同、蛋白質(zhì)合成對藥物的敏感性與細菌一樣。翻譯后轉(zhuǎn)運是指在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)等到完全合成以后釋放到胞質(zhì)溶膠中才被轉(zhuǎn)運。這也稱為蛋白質(zhì)尋靶。共翻譯轉(zhuǎn)運是指膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)，在進行翻譯的同時就開始轉(zhuǎn)運，通過定位信號，一邊翻譯一邊進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后進行進一步加工和轉(zhuǎn)移。在膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)通過信號肽，經(jīng)過連續(xù)的膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)運分選才能到達最終的目的地，這一過程又稱為蛋白質(zhì)分選。在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)n端的信號統(tǒng)稱為導(dǎo)向信號或?qū)蛐蛄?。由于這一段序列是氨基酸組成的肽，所以由稱為轉(zhuǎn)運肽或者前導(dǎo)肽。將膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)的n端具有信號作用的序列稱為信號序列，將組成該序列的肽稱為信號肽。
過氧化物酶體是由一層單位膜包裹的囊泡，不屬于內(nèi)膜系統(tǒng)的膜結(jié)合細胞器。過氧化物酶體的標志酶是過氧化氫酶，它的作用主要是將過氧化氫水解，過氧化氫是氧化酶催化的氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的細胞毒性物質(zhì)。過氧化物酶體主要含有的酶類是氧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶。不同的氧化酶作用于不同的底物，共同特征是氧化底物時將氧還原成過h2o。過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志酶，作用是使過氧化氫還原成水。
過氧化物酶體除了水解過氧化氫，它的氧化作用也可以使有毒物質(zhì)失活，能夠?qū)ρ鯘舛冗M行調(diào)節(jié)，可以避免高氧毒害細胞，過氧化物酶體也是脂肪酸氧化的一個部位。過氧化物酶體與線粒體一樣都是二裂法進行增殖，但是過氧化物酶體沒有自己的dna和核糖體，因此所有的酶和蛋白質(zhì)都是由和基因編碼并在細胞質(zhì)中游離核糖體中合成的，然后通過導(dǎo)向序列轉(zhuǎn)運進來。
線粒體與長壽篇二
《線粒體與認知老化》讀后感
2011704103林薇
文章從生物學(xué)的角度，論述了線粒體和認知老化的關(guān)系，介紹了線粒體在數(shù)量、分布及其能量供應(yīng)，ca2+濃度的維持，引發(fā)神經(jīng)細胞凋亡，及線粒體基因等幾個方面對認知老化產(chǎn)生的影響，描述了老化過程中線粒體功能失常引起的認知障礙。
文章開頭介紹了線粒體的結(jié)構(gòu)與功能，其主要是結(jié)構(gòu)有內(nèi)膜、外膜、存在總多酶系的基質(zhì)及dna、rna組成，線粒體也是細胞的動力工廠，通過對糖、脂肪、氨基酸的氧化，產(chǎn)生大量atp功能。同時線粒體還有另一重要功能線粒體跨內(nèi)外膜電化學(xué)梯度執(zhí)行的攝取ca2+的功能，并通過2na+/ca2+交換系統(tǒng)和大分子通透性轉(zhuǎn)移孔道，將線粒體內(nèi)積累的ca2+釋放到細胞漿中，從而保持了線粒體以及細胞漿的ca2+平衡。
由于構(gòu)成認知的生物學(xué)基礎(chǔ)是神經(jīng)系統(tǒng)，在神經(jīng)系統(tǒng)的基本組成成分神經(jīng)元中，存在著大量的供能細胞器―線粒體。所以線粒體的細微變化影響著神經(jīng)元的功能，進而影響整個神經(jīng)系統(tǒng)，從而對認知產(chǎn)生影響。而文章第二段則展開將此作用產(chǎn)生的機制。首先通過bertoni-freddari的報道及有關(guān)研究結(jié)果說明線粒體數(shù)量、分布、產(chǎn)能與認知老化所成的反比關(guān)系。然后對線粒體中ca2+在學(xué)習記憶老化中的作用進行科學(xué)性解釋，并由于線粒體對ca+濃度維持的重要作用，而說明線粒體對認知老化的影響。()然后，一研究表明一蛋白質(zhì)異常使線粒體無法正常監(jiān)管ca2+,導(dǎo)致細胞ca2+濃度升高導(dǎo)致細胞死亡而說明線粒體引起神經(jīng)細胞凋亡產(chǎn)生認知老化。最后由于基因能夠編碼蛋白質(zhì)，通過皮埃爾·羅貝爾及其研究小組的研究結(jié)果及最近研究者的研究結(jié)果表明線粒體基因與認知老化之間的關(guān)系。
最后作者展望通過對線粒體與認知老化的深入研究，對認知老化機制有進一步了解并為認知障礙性疾病的治療提供新的線索和思路。
曾經(jīng)看到過這樣一個理論，人們在嬰兒時期的神經(jīng)纖維間連接網(wǎng)絡(luò)非常緊密。然后隨著人們的生活經(jīng)驗及學(xué)習，部分經(jīng)常使用的神經(jīng)纖維間保持并加強著緊密的聯(lián)系，而部分神經(jīng)纖維由于長期閑置而逐漸斷裂，或者說部分神經(jīng)元鏈凋亡。因而人們在年紀小的時候的學(xué)習認知會比老了之后更加容易。而這篇文章從線粒體的角度說明了其對神經(jīng)細胞凋亡產(chǎn)生的作用，神經(jīng)細胞的最終歸宿是細胞凋亡，在發(fā)育過程中有50％的神經(jīng)細胞將凋亡。神經(jīng)細胞大量凋亡是產(chǎn)生認知老化的原因之一。兩個理論也相互佐證。
我同作者保有同樣的展望，并且本人對線粒體在基因?qū)用娴闹委煴Ｓ休^大期待，因為基因?qū)用媸墙鉀Q生物問題的非常深入的層面。文章中通過在基因?qū)用鎸π∈筮M行試驗也表明線粒體基因突變對神經(jīng)元衰退產(chǎn)生的影響。許多線粒體疾病如線粒體腦肌病、老年性癡呆、帕金森病、衰老、ⅱ型糖尿病、癲癇等，在電影、電視劇中都是戳中人淚點的可怕疾病。估計許多人也是寧可死亡也不愿變傻。并且人口老齡化日益加劇，認知老化相關(guān)疾病發(fā)病人數(shù)逐年增多，因而解決認知老化問題確實是人類應(yīng)盡早突破的難關(guān)。
線粒體與長壽篇三
線粒體與疾病
線粒體廣泛分布于各種真核細胞中，其主要功能是通過呼吸鏈(電子傳遞鏈和氧化磷酸化系統(tǒng))為細胞活動提供能量，并參與一些重要的代謝通路，維持細胞的鈣、鐵離子平衡，以及參與其他生命活動的信號傳導(dǎo)。
此外，線粒體還與活性氧(ros)的產(chǎn)生及細胞凋亡有關(guān)。組成線粒體的蛋白質(zhì)有1000多種，除呼吸鏈復(fù)合體蛋白受mtdna與核基因雙重編碼，其他蛋白均由核基因編碼。mtdna突變或核基因突變都能引起線粒體功能紊亂。早在1963年，nass等人就發(fā)現(xiàn)有遺傳物質(zhì)dna的存在。1981年，anderson等發(fā)表了人類mtdna全序列。1988年，holt和wallace分別在線粒體腦病和leber's遺傳性視神經(jīng)病(lhon)患者的細胞中發(fā)現(xiàn)了mtdna突變，從此開辟了研究mtdna突變與人類疾病的新領(lǐng)域。隨著對mtdna研究的深入，人們對mtdna的突變和人類疾病的相關(guān)性日益重視。動物模型和人類研究證據(jù)均證明，mtdna突變是引起人類多因素疾病，部分遺傳性疾病以及衰老的重要原因之一。
? 線粒體dna的遺傳學(xué)特征
? 母系遺傳
有研究表明，在受精過程中，精子線粒體會被卵子中泛素水解酶特異性識別而降解，這很好地解釋為什么父源性mtdna不能傳播給后代。
? 異質(zhì)性和突變負荷
人們將細胞或組織同時擁有突變型和野生型mtdna的狀態(tài)稱為異質(zhì)性;將細胞或組織只擁有一種mtdna的狀態(tài)稱為均質(zhì)性。
突變負荷指發(fā)生突變mtdna占全體mtdna的百分比，是衡量mtdna突變體異質(zhì)性程度的重要指標。
? 閾值效應(yīng)
當異質(zhì)性mtdna突變體的突變負荷較低時, 與突變型mtdna共存的野生型mtdna會發(fā)揮足夠的補償作用, 以維持線粒體呼吸鏈的功能。然而, 當突變負荷超過一定范圍, 使得野生型mtdna的數(shù)量不足以維持呼吸鏈的功能時, 組織或器官就會出現(xiàn)異常, 這種現(xiàn)象被稱為閾值效應(yīng)
? “瓶頸”和隨機分配（導(dǎo)致線粒體dna有組織和器官的差異性）
異質(zhì)性mtdna突變體的突變負荷高低在不同的世代交替間變化顯著, 這種效應(yīng)即為線粒體遺傳的“瓶頸”。“瓶頸”的產(chǎn)生并不是因卵子發(fā)生早期mtdna數(shù)量急劇減少造成, 而是由卵母細胞經(jīng)歷了多次分裂使得最終分配到每個卵子中的mtdna的有效數(shù)量較少所致。在有絲分裂時(包括卵子發(fā)生), mtdna被隨機分配到子代細胞中。存在于卵母細胞中的mtdna分子約有150 000個, 經(jīng)過卵子發(fā)生, 只有部分mtdna進入初級卵母細胞中, 形成了異質(zhì)性水平相差很大的卵母細胞群;受精后受精卵經(jīng)歷卵裂和胚胎發(fā)育, 最終僅有幾個拷貝的mtdna分子進入新生兒的組織細胞中[20~22]。因此, 同一母系家族成員間的疾病表型和同一患者組織間的突變負荷時常會迥然不同。體細胞每經(jīng)歷一次有絲分裂, mtdna會隨著線粒體一起被隨機分配到子代細胞中, 由此, 組織中mtdna的突變負荷會隨組織細胞分裂而變化, 進一步說, 同一患者的疾病表型也能隨時間推移而表現(xiàn)出變異性。? mtdna疾病的特征
線粒體是真核細胞重要的細胞器，由于缺乏蛋白保護并且沒有完整的突變修復(fù)功能，以及線粒體內(nèi)部極高的氧分壓，mtdna突變率非常高。
? 致病性mtdna突變一般具有以下特點：
突變位點在進化上比較保守；
突變導(dǎo)致的生化損傷和疾病的臨床表型能夠分離;
當突變是異質(zhì)性突變時，組織損傷程度與突變負荷呈正相關(guān);
同一突變可以從遺傳上相互獨立的患者中發(fā)現(xiàn)。
? mtdna突變與表型之間的關(guān)系復(fù)雜
相同的突變可以引發(fā)不同 的疾病表型，如，trnalleu(uur)基因上的a3243g突變既能出現(xiàn)在melas患者中，也能出現(xiàn)在cpeo、線粒體肌病、糖尿病伴耳聾患者中;同一疾病表型也可以由不同的突變引起，例如，melas可以由20多個點突變(位于編碼trnas或呼吸鏈復(fù)合體蛋白亞基的線粒體基因上)引起，也可以由重組突變引起。? 一些彼此獨立的因素可以影響mtdna疾病的臨床表現(xiàn)：突變體的異質(zhì)性水平、組織
分布、器官對呼吸鏈的依賴程度、核背景和環(huán)境因素等。
? 線粒體突變與疾病
從遺傳學(xué)角度可以將mtdna突變分為兩大類：點突變和重組突變。
? 點突變
? lhon(leber 遺傳性視神經(jīng)病變)
leon是第一個被鑒定出與mtdna點突變有關(guān)的母系遺傳疾病，臨床上以兩側(cè)連續(xù)急性或亞急性視力衰退為特征，主要累及青少年男性。
? melas（線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和卒中樣發(fā)作）
melas是一組具有高度臨床變異性和遺傳異質(zhì)性的mtdna疾病，與melas相關(guān)的mtdna點突變已經(jīng)超過20個，它的主要特征有：1)腦頂枕葉局灶性損害及由此引起的卒中樣發(fā)作;2)乳酸性酸中毒和破碎紅纖維（rrf);3)其他中樞神經(jīng)表現(xiàn)，如癡呆、反復(fù)頭痛和嘔吐、癲癇發(fā)作、色素性視網(wǎng)膜炎和耳聾;
? merrf(myoclonic epilepsy and ragged red fibers)
merrf是一種母系遺傳的神經(jīng)肌肉紊亂癥，它的主要特征：1)肌陣攣、癲癇、肌無力和消瘦伴破碎紅纖維;2)耳聾和癡呆;3)小腦齒狀核和次級小葉出現(xiàn)神經(jīng)元喪失與神經(jīng)膠質(zhì)過多癥;4)一些病人軀干部有對稱性脂肪增多的表現(xiàn);5)生化上，線粒體復(fù)合體i常有缺損，而復(fù)合體ⅳ不易受累，出現(xiàn)的破碎紅纖維為cox陰性。
? narp mils
narp是一種母系遺傳綜合征，主要特征有：1)共濟失調(diào)、色素性視網(wǎng)膜炎和外周神經(jīng)病：2)m病人的小腦和大腦有輕度彌漫性萎縮，嚴重者可出現(xiàn)基礎(chǔ)神經(jīng)節(jié)損害;3)肌肉活檢往往檢查不到破碎紅纖維。
? 線粒體耳聾
? 重組突變
主要分為：大片段缺失和倍增。缺失突變可以單獨存在于患者中，也能與倍增同時出現(xiàn)。這種大片段重組突變通常與一些典型的疾病表型有關(guān)，如pearson氏綜合征、cpeo慢性進行性外眼肌麻痹)和pearson氏骨髓-胰腺綜合征。重組突變并不只限于上述幾種疾病表型，也能涉及糖尿病、聽力喪失和幾乎所有線粒體腦肌病[4]。? 體細胞mtdna突變在衰老和腫瘤中的作用
? 體細胞mtdna突變與衰老
? 體細胞mtdna突變會隨著衰老而逐漸積累。在40歲以下人群中的骨骼肌中基
本檢測不到異常mtdna，而在50歲以上人群骨骼肌中可以發(fā)現(xiàn)大量mtdna重組突變，這些突變可能與肌肉組織的老化有關(guān)。
? 有人在一些帕金森病人和正常老年人的黑質(zhì)神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)高頻率的mtdna缺失
突變，可能與腦組織的老化有關(guān)。
? 體細胞mtdna突變可能是由于活性氧(ros)對正常mtdna的氧化損傷造成的，而這些突變的積累會進一步損害線粒體呼吸鏈功能，并產(chǎn)生更多的ros和突變，從而加速衰老進程。
研究揭示：mtdna突變的積累并不與氧化壓力標志物有關(guān)，也不會導(dǎo)致細胞增值缺陷，而是mtdna突變的積累引起的細胞凋亡。
?突變與腫瘤
長期以來人們懷疑線粒體缺陷(包括mtdna突變)可能對癌癥的發(fā)展起重要作用。ohta等向裸鼠體內(nèi)植入含突變型或野生型mtdna的轉(zhuǎn)線粒體雜交瘤細胞，并觀察老鼠體內(nèi)所形成的腫瘤的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)突變型mtdna可以明顯促進腫瘤的生長。如果向含突變型mtdna的轉(zhuǎn)線粒體雜交瘤細胞的細胞核中導(dǎo)入一段與突變基因互補的正常線粒體基因，再用新構(gòu)建的瘤細胞去感染裸鼠，那么突變型mtdna促腫瘤生長作用會受到明顯抑制，提示mtdna突變有可能通過阻止腫瘤細胞的調(diào)亡來促進腫瘤或癌癥的發(fā)展。
? 結(jié)語
近年來，與mtdna突變相關(guān)的研究日新月異。mtdna突變之所以能引起人們的廣泛關(guān)注，是因為：1)mtdna突變已經(jīng)成為人類遺傳性疾病的重要病因;2)mtdna突變(主要是序列多態(tài)性)可以為人類起源、進化和遷徙規(guī)律的研究提供可靠的遺傳學(xué)證據(jù);3)體細胞mtdna突變有可能在衰老和腫瘤中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
? 【參考文獻】
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線粒體與長壽篇四
第七章線粒體疾病的遺傳
一、教學(xué)大綱要求
1．掌握線粒體遺傳、線粒體疾病、異質(zhì)性、閾值效應(yīng)等基本概念。
2．掌握線粒體dna的結(jié)構(gòu)與遺傳特點。
3．熟悉線粒體基因組與核基因組的關(guān)系。
4．了解線粒體dna的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄特點。
二、習題
（一）a型選擇題
1．mtdna指
a．突變的dnab．核dnac．啟動子順序
d．線粒體dnae．單一序列
2．下面關(guān)于mtdna的描述中，那一項是不正確的a．mtdna的表達與核dna無關(guān)b．mtdna是雙鏈環(huán)狀dna
c．mtdna轉(zhuǎn)錄方式類似于原核細胞d．mtdna有重鏈和輕鏈之分e．mtdna的兩條鏈都有編碼功能
3．mtdna中編碼mrna基因的數(shù)目為
a．37個b．22個c．17個d．13個e．2個
4．線粒體遺傳不具有的特征為
a．異質(zhì)性b．母系遺傳c．閾值效應(yīng)d．交叉遺傳e．高突變率
5．mtdna中含有
a．37個基因b．大量調(diào)控序列c．內(nèi)含子
d．終止子e．高度重復(fù)序列
6．受精卵中的線粒體
a．幾乎全部來自精子b．幾乎全部來自卵子c．精子與卵子各提供1/2
d．不會來自卵子e．大部分來自精子
7．線粒體疾病的遺傳特征是
ａ．母系遺傳ｂ．近親婚配的子女發(fā)病率增高
ｃ．交叉遺傳d．發(fā)病率有明顯的性別差異
ｅ．女患者的子女約1/2發(fā)病
8．最早發(fā)現(xiàn)與mtdna突變有關(guān)的疾病是
a．遺傳性代謝病b．leber遺傳性視神經(jīng)病c．白化病
d．分子病e．苯丙酮尿癥
9．最易受閾值效應(yīng)的影響而受累的組織是
a．心臟b．肝臟c．骨骼肌d．腎臟e．中樞神經(jīng)系統(tǒng)
10.遺傳瓶頸效應(yīng)指
a．卵細胞形成期mtdna數(shù)量劇減b．卵細胞形成期ndna數(shù)量劇減
c．受精過程中ndna.數(shù)量劇減d．受精過程中mtdna數(shù)量劇減e．卵細胞形成期突變mtdna數(shù)量劇減
（二）x型選擇題
1．下面關(guān)于線粒體遺傳系統(tǒng)的正確描述是
a．可編碼線粒體中全部的trna、rrna
b．能夠獨立復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，不受ndna的制約
c．在細胞中有多個拷貝
d．進化率極高，多態(tài)現(xiàn)象普遍
e．所含信息量小
2．mtdna的d環(huán)區(qū)含有
a．h鏈復(fù)制的起始點b．l鏈復(fù)制的起始點c．h鏈轉(zhuǎn)錄的啟動子
d．l鏈轉(zhuǎn)錄的啟動子e．終止子
3．mtdna的轉(zhuǎn)錄特點是
a．兩條鏈均有編碼功能b．兩條鏈的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都很大
c．兩條鏈都從d-環(huán)區(qū)開始復(fù)制和轉(zhuǎn)錄d．trna兼用性較強
e．遺傳密碼與ndna相同
4．線粒體dna復(fù)制的特點是
a．復(fù)制起始于h鏈的轉(zhuǎn)錄啟動子b．按順時針方向復(fù)制
c．復(fù)制過程中，h鏈長時間持單鏈狀態(tài)d．兩條鏈的復(fù)制起始點相隔2/3個mtdna e．復(fù)制方式以d-環(huán)復(fù)制為主
5．線粒體異質(zhì)性
a．指長度異質(zhì)性b．指序列異質(zhì)性c．發(fā)生率與年齡相關(guān)
d．在神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)中發(fā)生率高e．高發(fā)于ｄ環(huán)區(qū)，導(dǎo)致線粒體疾病
6．線粒體多質(zhì)性指
a．不同的細胞中線粒體數(shù)量不同b．一個細胞中有多個線粒體
c．一個線粒體中有多個dnad．一個細胞中有多種mtdna拷貝
e．一個線粒體中有多種dna拷貝
7．“閾值效應(yīng)”中的閾值
a．指細胞內(nèi)突變型和野生型mtdna的相對比例b．易受突變類型的影響
c．個體差異不大d．有組織差異性e．與細胞老化程度無關(guān)
8．下面關(guān)于線粒體遺傳的不正確描述是
a．同質(zhì)性細胞可漂變?yōu)楫愘|(zhì)性
b．低突變型mtdna水平不會引起臨床癥狀
c．突變mtdna具有復(fù)制優(yōu)勢
d．線粒體疾病不隨年齡增加而漸進性加重
e．父方的mtdna對表型無明顯作用
9．影響閾值的因素包括
a．組織器官對能量的依賴程度b．mtdna的突變類型
c．組織的功能狀態(tài)d．組織細胞的老化程度
e．個體的發(fā)育階段
10．mtdna高突變率的原因是
a．缺乏有效的修復(fù)能力b．基因排列緊湊
c．易發(fā)生斷裂d．缺乏非組蛋白保護
e．復(fù)制頻率過低
11．mtdna的修復(fù)機制是
a．轉(zhuǎn)移修復(fù)b．光復(fù)活修復(fù)c．切除修復(fù)d．sos修復(fù)e．重組修復(fù)
（三）名詞解釋
1．mtdna
2．異質(zhì)性
3．閾值效應(yīng)
（四）問答題
1．什么是mtdna？它有什么特性？
2．說明線粒體的遺傳規(guī)律和發(fā)病規(guī)律。
3．簡述ndna在線粒體遺傳中的作用。
三、參考答案
（一）a型選擇題
1．d2.a3.d4.d5.a6.b7.a8.b9.e10.a
（二）x型選擇題
1．
（三）名詞解釋
略。
（四）問答題
1．線粒體dna約16.5kb，為一種雙鏈環(huán)狀dna，由一條重鏈和一條輕鏈組成，含37個基因：22個trna基因、2個rrna基因、13個mrna基因。與ndna相比，具有高度簡潔型、高突變率、母系遺傳、異質(zhì)性等特點。
2．①高度簡潔性：基因內(nèi)無內(nèi)含子，整個dna分子中很少非編碼順序；②高突變率：mtdna分子裸露；復(fù)制時長時間處于單鏈狀態(tài)，分子不穩(wěn)定；缺少有效的修復(fù)系統(tǒng)；③異質(zhì)性：同一個細胞中野生型mtdna和突變型mtdna共存；④閾值效應(yīng)：細胞中突變型mtdna達到一定數(shù)量，能量代謝不足以滿足細胞生命活動需要時，才會表現(xiàn)出臨床癥狀；⑤母系遺傳：受精卵中的線粒體幾乎全部來自卵子，因此，只有母親的突變線粒體可以傳給后代，臨床上表現(xiàn)為母親發(fā)病，子代可能發(fā)病，父親發(fā)病，子代正常；⑥與ndna的遺傳密碼不完全相同；⑦mtdna的轉(zhuǎn)錄過程類似于原核生物。
3．mtdna具有自我復(fù)制、轉(zhuǎn)錄功能，但需要由核dna（nuclear dna，ndna）編碼的酶蛋白參與這些過程?？梢妋tdna基因的表達受核dna的制約；而且線粒體只能合成少部分線粒體蛋白，大部分蛋白由核基因組編碼，在細胞質(zhì)核糖體上合成后轉(zhuǎn)運到線粒體中。mtdna必須與ndna協(xié)同作用，才能完成能量代謝過程。
（李曉雯）
線粒體與長壽篇五
線粒體dna與人體衰老的關(guān)系
線粒體是細胞呼吸和物質(zhì)氧化的中心，是機體產(chǎn)生atp的重要場所，生物體內(nèi)有80%的atp由線粒體產(chǎn)生，故其被稱為細胞的“動力工廠”。它具有復(fù)雜的亞顯微結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過氧化磷酸化作用為細胞生命活動提供能量。
線粒體作為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。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程中會產(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行斗爭中求得生存和發(fā)展的，氧毒性的存在是生物體衰老的最根本的原因。線粒體利用氧分子的同時也不斷受到氧毒性的傷害，線粒體損傷超過一定限度，細胞就會衰老死亡。生物體總是不斷有新的細胞取代衰老的細胞以維持生命的延續(xù)，這就是細胞的新陳代謝。
衰老作為一種復(fù)雜的生理現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為機體各項生理功能的下降。在衰老過程中,線粒體生物學(xué)發(fā)生變化,線粒體dna突變與衰老的進程有密切關(guān)系。線粒體是一種半自主細胞器，含有自身的dna(mtdna)，研究表明mtdna突變在組織細胞衰老過程中起著重要作用。
在遺傳上，線粒體受細胞核dna和mtdna雙重控制，mtdna遺傳信息量雖小，卻控制著線粒體一些最基本的性質(zhì)。人類的mtdna是環(huán)狀雙鏈分子，具有自我復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能，由16569 bp組成，含37個基因，其中13個編碼氧化磷酸化相關(guān)蛋白質(zhì)，2個為rrna基
因，其余為trna基因。mtdna具有特殊的遺傳特征【1】。母系遺傳、高突變率、異質(zhì)性、閾值效應(yīng)、高利用率、協(xié)同作用。
隨著研究的深入，mtdna突變與人類遺傳病、腫瘤及衰老的關(guān)系也了解得更為透徹。有實驗證明，在心或腦中缺失7.4kb片段的mtdna的含量隨年齡增長而又明顯增加。年齡為63~77歲的人與24歲的人相比，其腦部區(qū)域的mtdna損傷程度增加14倍。mtdna突變有 3種：缺失突變、點突變、串聯(lián)重復(fù)mtdna的三種突變都可引起衰老。
大多數(shù)伴有mtdna缺失的疾病往往在成年期開始表現(xiàn)出來，癥狀隨年齡增長而加重，缺失的mtdna隨年齡的增加而增加。這種突變累積的結(jié)果，使線粒體氧化磷酸化的能力逐漸降低，細胞產(chǎn)生atp的量也就越來越少，從而表現(xiàn)出來的癥狀越來越明顯。這種隨年齡增長而明顯增加的缺失只聚積在老化的絲狀分裂后細胞內(nèi)，在40～80歲年齡段隨年齡增長呈指數(shù)增加。缺失在不同年齡組中的發(fā)生率是隨增齡而遞增的，健康中國人白細胞中也可檢測到“普通缺失”，缺失開始的年齡可能是40歲以后，雖然缺失比例很低，但缺失的發(fā)生率是隨增齡而遞增的，這一結(jié)果與國外研究人腦、骨骼肌組織中線粒體dna缺失有相似之處【2】。缺失隨增齡積累的原因可能是隨增齡機體內(nèi)抗氧化能力下降，自由基對dna的損傷增加，線粒體dna的突變則增多【3】。roberto等【4】在年老的骨骼肌 中發(fā)現(xiàn)，d環(huán)中存在兩個點突變。對來源于91個不同年齡、不同個體的活體組織中這兩個突變的存在度和異質(zhì)水平進行了評價，發(fā)現(xiàn)突變隨著年齡增加
而顯著積累。mtdna突變隨年齡的增長而增多，使mtdna基因組高突變率常作為衰老過程的潛力生物學(xué)標記【5】。
在1988年首次證實線粒體疾病與線粒體突變之間的關(guān)系【6】。在隨后的十余年間,研究者又發(fā)現(xiàn)許多與衰老相關(guān)的主要原因是mtdna的變異突變。與此相關(guān)的衰老性疾病包括阿爾茨海默癥、帕金森綜合征等。
然而mtdna的異常卻可引起呼吸鏈的電子傳遞酶系和氧化磷酸化酶系的異常。故衰老與線粒體的自由基代謝有關(guān)。自由基化學(xué)性質(zhì)活潑，易于發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。自由基一旦生成，就攻擊其他易氧化的物質(zhì)，發(fā)生自由基連鎖反應(yīng)，造成氧化傷害。在正常情況下，線粒體內(nèi)存在兩種主要的保護酶：超氧化物歧化酶和過氧化氫酶，他們協(xié)同作用清除自由基。隨著衰老的加劇，線粒體的自由基清除能力下降，自由基累積，造成膜功能喪失，代謝紊亂。
線粒體產(chǎn)生能量時，往往伴有自由基生成。這些自由基帶有一個未配對電子，性質(zhì)非常活躍，它們攻擊細胞的所有組成部分，包括呼吸鏈蛋白質(zhì)和線粒體dna。任何阻礙電子流過呼吸鏈的因素，都能使電子從黃素脫氫酶、輔酶q或細胞色素b直接與氧作用而產(chǎn)生自由基。線粒體dna突變可能使電子沿呼吸鏈的流動受阻，導(dǎo)致自由基增加和更多的線粒體dna突變。由于線粒體dna裸露于產(chǎn)生高氧自由基的線粒體內(nèi)膜下，本身又缺乏損傷修復(fù)系統(tǒng)，易氧化損傷發(fā)生突變【7】。由于線粒體dna中各基因排列緊密利用率高，因而線粒體dna任何部位的突變都會累及到基因中的一個重要功能區(qū)域
【8】，最終使氧化磷酸化功能受損。kayakawa等【9】研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在著多種與增齡相關(guān)的線粒體dna的缺失，含量較豐富的是“普通缺失”。為此提出一個有關(guān)線粒體dna突變的“冰山模型”，認為“普通缺失”僅僅構(gòu)成這個冰山的頂，其底部存在著許多目前尚未檢測到的突變，這一整體共同作用的積累導(dǎo)致了細胞能量代謝的缺陷，從而加速衰老的進程。我們選擇以這種在體內(nèi)分布廣泛、易于檢測的“普通缺失”進行線粒體dna缺失的研究，是一個既經(jīng)濟又快捷的檢測手段。
無論是mtdna突變還是自由基的原因，都表明線粒體在整個細胞凋亡中具有先導(dǎo)作用。線粒體對于生命體的長壽起到了重要的作用。衰老與線粒體是具有密切關(guān)系的。線粒體與衰老的研究也沒有停止，一直在深入。
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