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《医学细胞生物学》本科课件07章线粒体

线粒体结构与功能概述线粒体DNA与遗传特性线粒体在细胞凋亡中作用线粒体与疾病关系探讨实验方法与技术在线粒体研究中应用总结与展望contents目录

01线粒体结构与功能概述

线粒体基本结构光滑，起细胞器界膜作用向内折叠形成嵴，含有大量与呼吸作用相关的酶内膜和嵴包围的空间，含有与三羧酸循环相关的酶裸露，无核膜包裹，与蛋白质结合形成类核外膜内膜基质DNA

03储存钙离子调节细胞内钙离子浓度01氧化磷酸化合成ATP，为细胞提供能量02三羧酸循环分解有机物，产生还原当量线粒体主要功能

线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所线粒体通过氧化磷酸化合成ATP，为细胞提供能量线粒体的数量、分布和形态与细胞的代谢水平和功能状态密切相关线粒体与细胞能量代谢关系

02线粒体DNA与遗传特性

母系遗传基因组小高突变率异质性线粒体DNA特粒体DNA只通过母亲传递给后代，父亲的线粒体不进入受精卵。人类线粒体DNA基因组约为16.6kb，编码37个基因。由于线粒体DNA缺乏组蛋白保护且靠近呼吸链，易受损伤，突变率较高。细胞内线粒体DNA存在多个拷贝，突变型和野生型线粒体DNA可共存于同一细胞或个体内。

线粒体遗传特性严格的母系遗传线粒体DNA的遗传信息完全来自母亲，因此一个家族中的所有母系成员共享相同的线粒体DNA。无重组与核DNA不同，线粒体DNA不发生重组，因此其基因排列在代际间保持稳定。阈值效应当突变型线粒体DNA达到一定比例时，才会引发疾病表型，此比例因疾病和个体而异。

线粒体疾病突变型线粒体DNA可引起多种疾病，如Leber遗传性视神经病变、肌阵挛性癫痫等。这些疾病通常具有母系遗传的特点。核基因与线粒体疾病的互作核基因编码的线粒体蛋白对线粒体功能至关重要。核基因突变可影响线粒体功能，从而与线粒体DNA突变共同导致疾病发生。mtDNA突变在衰老和癌症中的作用研究表明，线粒体DNA突变与衰老和癌症的发生发展密切相关。随着年龄增长，线粒体DNA突变累积，导致线粒体功能下降，进而加速衰老过程。此外，一些癌症细胞中线粒体DNA突变率增加，可能与癌症的发生和发展有关。mtDNA突变与疾病关系

03线粒体在细胞凋亡中作用

123细胞凋亡是一种基因控制的、有序的细胞死亡过程，涉及一系列形态学和生物化学变化。细胞凋亡定义细胞凋亡过程包括凋亡启动、凋亡执行和凋亡完成三个阶段，涉及多种信号通路和调控因子的参与。细胞凋亡过程细胞凋亡与坏死在形态学、生物化学和分子生物学等方面存在显著差异，坏死是一种无序的、非基因控制的细胞死亡过程。细胞凋亡与坏死区别细胞凋亡概念及过程

线粒体在细胞凋亡中角色线粒体与内质网在细胞凋亡过程中存在交互作用，共同调控钙离子信号和脂质代谢等过程。线粒体与内质网交互作用在细胞凋亡过程中，线粒体通透性转换孔开放，导致线粒体膜电位丧失和细胞色素c等凋亡因子的释放。线粒体通透性转换孔（MPTP）开放线粒体DNA的释放可激活胞质中的核酸酶，进而引发caspase级联反应和DNA片段化等凋亡事件。线粒体DNA（mtDNA）释放

Bcl-2家族蛋白01Bcl-2家族蛋白包括抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-xL）和促凋亡蛋白（如Bax、Bak），它们通过调控线粒体通透性转换孔的开放和关闭来影响细胞凋亡过程。Caspase家族蛋白02Caspase家族蛋白是一组半胱氨酸蛋白酶，它们在细胞凋亡过程中被激活并切割多种底物，导致细胞结构和功能的破坏。其中，caspase-9和caspase-3等蛋白与线粒体密切相关。Smac/DIABLO蛋白03Smac/DIABLO蛋白是一种线粒体来源的促凋亡因子，它通过与IAP（inhibitorofapoptosisprotein）家族蛋白结合并抑制其活性来促进细胞凋亡过程。凋亡相关蛋白对线粒体影响

04线粒体与疾病关系探讨

如帕金森病、阿尔茨海默病等，线粒体功能障碍导致神经元能量供应不足，引发神经细胞死亡。神经退行性疾病线粒体功能异常可影响心肌细胞能量代谢，导致心力衰竭、心律失常等心血管疾病。心血管疾病线粒体是细胞内的“动力工厂”，参与脂肪、糖等物质的代谢。线粒体功能障碍可导致肥胖、糖尿病等代谢性疾病。代谢性疾病线粒体功能障碍引发疾病类型

研究发现，帕金森病患者脑内多巴胺能神经元线粒体功能异常，导致ATP生成减少，神经元能量供应不足。线粒体功能障碍还可引发氧化应激反应，导致多巴胺能神经元死亡，从而加重帕金森病症状。帕金森病是一种神经退行性疾病，主要表现为静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势平衡障碍。典型案例分析：帕金森病中线粒体异常

通过药物治疗或基因治疗等手段，改善线粒体功能，提高ATP生成效率，缓解疾病症状。改善线粒体功能针对线粒体功能障碍引发的氧化应激反应