线粒体--生命的起源与衰老的起点
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线粒体--生命的起源与衰老的起点
我们知道,肠道中细菌的数量约为人体细胞数量的10倍,而其实,在我们体内还有另一种物质,其数量是身体细胞总量的至少1000倍,是肠道细菌数量的至少100倍。
我们全身的几乎每一个细胞都要依赖它才能工作,我们的心、肺、血管、血液、胃、肠、肝、胰等等,几乎都是为了供养它们而运转的。
它就是---线粒体!
电子显微镜下的线粒体
线粒体是细胞内的一种细胞器,类似一根短棒的样子。
线粒体是我们的立命之本
线粒体,是细胞能量代谢的工厂。
它们从周遭的细胞液中摄入氧气和“燃料”,让它们在其内部“燃烧”,用得来的化学能量为细胞内所有需要能量的活动供能——就像发动机一样。
人体内的每个细胞平均有1000~2000个线粒体,极度耗能的组织(比如心、脑、视网膜)中的每个细胞则有10000个线粒体(女性的某些卵巢细胞甚至有10万个线粒体)。
线粒体供能的方式:
将ADP(二磷酸腺苷)变成ATP(三磷
酸腺苷)
ATP被细胞使用后,少了一个磷酸根,又
变成ADP
然后再进入线粒体获得能量(磷酸根)变
回ATP
……
因为细胞内的ATP储量只能维持几秒钟的能量需求,所以上述循环制造过程一刻都不能停(否则我们几秒内就会死掉)。
一个线粒体在状态良好、运转正常的时候,每秒钟可以循环制造600个ATP,在一个时间点上,整个人体内全部的ATP分子大约总重50克,但一天内可能需要循环制造超过150公斤的ATP!——这是线粒体每天必须的工作。
线粒体在细胞中的作用远远不止'细胞能量站'。
最近越老越多的研究发现,它们参与了各种细胞功能调控,与很多人类疾病存在着莫大的联系。
包括细胞信号传导、代谢、自噬、衰老和肿瘤发生都与线粒体的质量和活性相关。
它们能控制细胞间的信号传递、细胞的分化与生死周期。
每个线粒体有37个基因,它们只编码13种蛋白质(剩下的编码
RNA),这些蛋白质组成线粒体的核心——电子传递链;组成线粒体的其他1500种蛋白质,则由细胞核内的30000个基因编码。
于是线粒体DNA和细胞核DNA会存在匹配度的问题——双方编码的蛋白质必须能够配合得足够“严丝合缝”,线粒体才能进行正常的能量生产(生产的ATP足够,而自由基不多)。
如果线粒体不能正常工作,那么会释放信号,促使细胞启动凋亡程序,这种情况下“自杀未遂”的细胞可能会变成癌细胞(所谓“沃尔伯格效应”)。
---提升线粒体效率可以延长细胞的生命。
一般来说,每个细胞会同时备份10~20套线粒体DNA,用以不断地生产新的(不同的)线粒体,线粒体的生命周期只有约3个星期,然后要么分裂(增殖),要么死亡(“线粒体自噬”)。
因此不同的线粒体,其DNA与细胞核DNA的匹配度会不同——其工作效率也有高有低。
一般情况下,年轻人的细胞内效率高的线粒体较多——它们能利用有限的资源,尤其是氧气生产足够的能量(ATP),同时产生较少的自由基。
细胞内高效的线粒体越多,身体各方面的机能,无论是免疫力、体力、记忆力、思维活力、情绪……也就越好,我们也就越能享受到生命的喜悦。
而如果细胞内低效的线粒体过多,从而ATP生产不足,而自由基又过量,那么细胞寿命就会缩短,身体机能下降,衰老加速。
线粒体自噬的生理学作用
线粒体的优胜劣汰:
由于线粒体在工作时总是会产生自由基,如果是低效的线粒体,产生的自由基过多,更没有多余的ATP来产生相应足够的抗氧化剂,那么许多自由基就会泄露到线粒体之外,进入细胞中。
泄露出去的自由基对细胞来说是一种信号(“逆行反应”),细胞会据此淘汰低效的线粒体(“线粒体自噬”),并利用优质的线粒体备份来产生更多的、新的线粒体——这是线粒体界的优胜劣汰。
正常情况下高效的线粒体会更快地分裂、复制,从而能逐渐排挤掉低效的线粒体。
线粒体与衰老:
“一般情况下”,在人30岁之后,线粒体的效率就开始下降;到70岁时会下降到年轻时的一半——“发动机”老化,我们的各种身体器官,尤其是那些最需要能量的器官,即心、脑、视网膜、卵巢也会随之老化。
线粒体衰老可以说是身体衰老的根源。
衰老被加速:
即“线粒体早衰”(年纪轻轻就习惯性乏力、提不起精神?差不多就是了……)——由于各种不健康的饮食和生活方式,降低线粒体效率,加速线粒体变异,促进低效线粒体的增殖……这种情况下细胞内的自由基越来越多,细胞会加速凋亡,身体也会加速老化。
线粒体与疾病:
人类线粒体出现问题会导致线粒体病,线粒体病是一大类遗传代谢病。
线粒体病主要包括:母系遗传Leigh综合征、心肌病、糖尿病和耳聋、肌阵挛(癫痫)、婴儿猝死综合征等等疾病。
线粒体病遗传方式复杂,导致疾病的原因主要由核基因和线粒体基因造成。
有研究发现,在癌症细胞中,线粒体的生物合成和质量控制都普遍上调了。
一些癌细胞中存在线粒体中三羧酸循环中相关酶的基因突变,从而促进了与癌症相关的代谢改变。
此外,还发现线粒体内DNA的突变却对线粒体致病(包括癌症发生)有一个阴性选择的作用。
那么,通过靶向线粒体DNA,可能为抑制癌症的发生提供一些帮助。
在一些数据中显示部分存在线粒体内基
因突变的罕见癌症都为良性肿瘤。
所以,线粒体对肿瘤进展为恶性起着重要的调控作用。
这也将是未来我们通过靶向线粒体从而达到控制癌症的机会。
保持生命的活力。
作为我们身体内数量最多的“微生物”,线粒体们也有高下之辩,“好”“坏”之分,它们不断演化,互相竞争(资源和繁殖空间),此消彼长……
不过,只要我们不予干涉,这个群落里“庸人”“坏人”的势力极有可能越来越大,直到整个“微社会”失去活力,而这个群落的活力直接等于我们的活力。
如果我们给予足够的关注,好好经营这个比肠道菌群更庞大且要紧的“微社会”,若是它们永远保持如初的活力和健康,那么我们或许可以一直不出离生命的“本来境界”,从而一直得享“为人之乐”。
甚至,我们有可能在70岁时还能有堪比甚至超过30岁时的生命活力——谁知道呢?。