线粒体 ros

活性氧与线粒体氧化损伤

发布范围：公开2010-06-10 20:39

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课授

课时

间 20

10.1.

11 教

案完

成时

间 20

09.1

2.11

教案

续页）

胞直接利用的形式——ATP

▪细胞氧化（细胞呼吸）

线粒体有氧呼吸：1分子葡萄糖→36-38ATP；无氧酵解：1分子葡萄糖→2ATP

⏹细胞氧化（细胞呼吸）的过程

1. 酵解（细胞质中）

▪燃料分解：葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等能源物质在细胞质中无氧分解

▪葡萄糖+2Pi+2ADP→2丙酮酸+2H2O+2ATP

▪大量能量蕴藏在丙酮酸中

2. 乙酰辅酶A生成（线粒体基质）

▪丙酮酸进入线粒体

▪2丙酮酸+2HS-CoA→2乙酰CoA+2CO2

▪能量转移至乙酰辅酶A

3. 三羧酸循环（线粒体基质）2min

具体原因大家可以思考一下：D-半乳糖造成的氧化损伤的靶点主要不在生物膜？2min

4. 氧化磷酸化

氧化磷酸化偶联机制可以综合为：

1）NADH或FADH2提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受；

2）电子传递链同时起质子H泵的作用，在传递电子的过程中伴随H+从线粒体基质到膜间腔的转移；

3）线粒体内膜对H+和OH-具有不可透性，所以随着电子传递过程的进行，H+在膜间腔中积聚，造成内膜两侧质子浓度差，从而保持一定的势能差；

4）膜间腔中的H+有顺浓度返回基质的倾向，能借助势能通过ATP 酶复合体F0上的质子通道渗透到基质中，所释放的自由能驱动F0F1ATP合酶合成ATP。

三、活性氧（ROS）与线粒体损伤

1.线粒体DNA突变

线粒体是半自主性的细胞器，它涉及到两个彼此分开的遗传系统。随着人们对线粒体异常所引起的代谢紊乱研究的深入，发现：虽然呼吸链上90%的多肽是由核基因编码的但更多的代谢紊乱是由mtRNA突变引起的。线粒体DNA（mtDNA）是独立于细胞核染色体外的基因组，容易受到损伤，因此，发生突变的频率是核DNA的5-10倍。

1）ROS导致线粒体DNA突变

线粒体DNA(mt DNA)与核基因组DNA相比，更易受到自由基的损伤，这是因为：①mt DNA的位置靠近自由基产生部位——线粒体内膜，裸露于内膜上氧化呼吸链产生的大量自由基的环境中，易遭受氧化损伤。②mt DNA缺乏组蛋白的保护，并且因为缺乏修复系统，mt DNA损伤后不易被修复。③mtDNA不存在非编码区，氧化损伤造成的mtDNA的突变都被转录，所以损伤可以累积下来。当mt DNA发生突变时，细胞就成为包含有突变型和野生型mt DNA的混合体，称之为“异质性(heteroplasmie)”细胞。突变型与野生型mt DNA的比例是决定是否出现生化和临床异常的关键因素。当突变比例不断增大，细胞通过线粒体中氧化磷酸化获得的生物能量下降到一定程度后，就会出现一系列的疾病症状。

2）线粒体衰老学说

损伤增大，但是，需要确切的有效实验才能证明此假说。Soha在研究衰老过程中线粒体的作用时指出，氧化应激状态的加强表明线粒体中产生ROS和自由基增多。有人研究表明，年老的家蝇中O2-。和H2O2却较年轻家蝇高两倍。16月龄大鼠大脑、心、肝中的线粒体亚单位产生O2-。较4月龄的大鼠高。并得出结论，肝线粒体O2-。和H2O2的含量与最大平均寿命成反比。六种哺乳动物—小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、猪、牛其寿命依次升高，但其肝线粒体内O2-。和H2O2的生成率依次下降。

线粒体的衰老可表现为：线粒体结构与功能的改变

▪氧化磷酸化功能下降

▪运转载体活性下降

▪蛋白质合成能力下降

线粒体衰老是慢性氧化应激的结果

▪蛋白质的氧化－羰基蛋白形成

▪脂类的氧化－脂质过氧化作用增强

▪抗氧化酶活性改变

▪遗传物质的氧化－mtDNA氧化损伤

缺失改变是哺乳动物衰老过程中mtDNA发生最频繁，最有规律的一种损伤形式。各种哺乳动物都会发生，被称为“通常缺失”（common deletion）。例如：人mtDNA的通常缺失为4.977kb；大

鼠mtDNA通常缺失为4.834kb；小鼠mtDNA的通常缺失为3.866kb。研究认为，mtDNA的缺失水平与机体的衰老程度密切相关。

本教研室关于衰老中线粒体氧化损伤中展开研究，结果显示衰老过程中线粒体DNA发生显著改变，并伴随氧化应激状态的发生。研究方案与结果如下：

1. 建立衰老动物模型

合适的衰老动物模型对于研究衰老的发生机制，抗衰老药物的筛选、研制是非常必要的。

▪Ｏ3损伤衰老模型

▪去胸腺衰老模型

▪基因缺陷的SAM-P1系快速衰老小鼠模型

▪D-半乳糖致亚急性衰老模型

D-半乳糖可以造成动物糖代谢障碍，进而影响蛋白质代谢和脂类代谢，诱使动物出现以老年性白内障为代表的一系列退行性变化，这些改变符合自然衰老的症状，适合制备亚急性衰老动物模型。2. mtDNA固定片断缺失的检测

mtDNA片段缺失是很好的衰老生物学指标，各种动物在衰老的过程中都会发生固定片断缺失，小鼠的固定片断缺失为3866bp。

（教案末页）

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