线粒体氧化应激及其线粒体营养素干预机制
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细胞内线粒体在氧化应激及其治疗中的作用研究氧化应激是指人体细胞内的氧化代谢过程中,由于人体内环境中的氧自由基等因素,使细胞内的氧化还原平衡发生失衡,导致对细胞内蛋白质,脂质和核酸的氧化损害,进而导致促发细胞凋亡和氧化应激反应的蛋白产物,包括细胞内钙离子增加等一系列反应。
氧化应激是造成许多心脑血管和神经系统疾病的主要因素。
线粒体是细胞内产生能量的重要器官,其受氧化应激损伤是导致机体衰老和多种疾病的重要因素之一。
本文主要介绍细胞内线粒体在氧化应激及其治疗中的作用研究进展。
一、线粒体在氧化应激中的重要性线粒体是细胞内的重要器官之一,除了提供细胞内的 ATP 能量之外,还具有调控细胞内钙离子浓度、胆固醇与脂类合成及代谢、产生反应性氧化物(ROS)等多种生物学功能。
线粒体在氧化代谢过程中,并且也是细胞内氧化键合的靶点,氧化应激对其也造成特别的损害。
研究发现,在基因调控、内分泌调节、营养调理等因素的综合影响下,线粒体在氧化应激中的逆境反应将启动调用多种保护分子。
二、线粒体在氧化应激中的保护机制线粒体在体内受氧化损伤后,其产生的 ROS 会触发多种细胞保护机制,从而防止细胞进一步氧化损伤。
一方面,线粒体通过产生 ROS,直接调节细胞内许多纤细结构和功能,如调节钙离子蓄积、蛋白磷酸化、选择性自噬、线粒体复合体酶合成和修饰等,从而保护细胞不受更严重的氧化损伤,加快线粒体的修复作用。
另一方面,线粒体内酶和激酶的活化会引发信号通过线粒体和细胞膜,针对细胞内氧化应激的不同信号分子进行下一层级的调控,如调节抗氧化物的合成和释放、功能性膜的合成与能量代谢增强等。
三、线粒体在氧化应激的治疗中的作用研究线粒体功能的调节是氧化应激治疗的一个重要研究方向。
线粒体的一个常见的调节方式是调整线粒体内膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)。
线粒体内膜电位对线粒体能量产生和溶菌作用有重要影响,目前已有不少研究成果表明,调节线粒体内膜电位的方法可有效地消除氧化应激对线粒体的损伤,从而减轻或预防氧化应激性疾病的发生。
线粒体氧化应激及其线粒体营养素干预机制摘要:线粒体在生物氧化和能量转换的过程中会产生活性氧,当活性氧的生成与机体抗氧化防御系统之间存在不平衡时,线粒体就会发生氧化应激。
线粒体氧化应激导致线粒体能量代谢失调,进一步损伤线粒体,从而促进神经退行性疾病的发生,发展。
研究表明,线粒体营养素既可以增强抗氧化防御系统功能,又能够减少线粒体活性氧的生成,从而修复线粒体的氧化损伤,进而改善线粒体的结构和功能。
本文将从线粒体氧化应激和线粒体营养素干预机制两方面做以综述。
关键词:线粒体氧化应激活性氧烟酸硫辛酸硫辛酰胺线粒体是真核动物细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所,细胞生命活动所需能量的80%是由线粒体提供的,因此,有人将线粒体称为细胞的“动力工厂”。
线粒体生物氧化和能量转换的过程中伴随着活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生。
过量的ROS会引起线粒体损伤,促进神经退行性疾病的发生,发展。
由氧化应激引起的线粒体损伤是衰老及神经退行性病变的主要原因,并且严重影响运动能力。
线粒体损伤可导致关键的线粒体酶功能障碍。
酶的功能障碍主要是由于底物和辅酶的结合不足,而这种结合不足在补充足够的底物或辅酶及其前体后可以得到改善,长期补充线粒体营养素(mt-nutrients)可以有效地保护线粒体功能的完整,修复线粒体的损伤。
Liu[1]等把线粒体营养的功能定义为:①可以提高线粒体酶底物和辅酶的水平;②诱导二相酶增强细胞内的抗氧化防御能力;③清除自由基及防止氧化剂的生成;④修复线粒体膜损伤。
现就线粒体氧化应激和线粒体营养素对其干预机制两方面做简要综述。
1 线粒体氧化应激氧化应激是指活性氧生成与抗氧化防御系统之间的不平衡状态,氧化应激可在活性氧生成超过抗氧化防御系统时或者在抗氧化剂活性降低时发生。
众所周知,线粒体是真核动物细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所,但在线粒体生物氧化和能量转化的过程中会产生活性氧(reactive oxygen species,ROS),由于活性氧的活性非常高,过量的活性氧会进攻线粒体DNA及线粒体内蛋白质,脂类等生物大分子物质,从而损伤线粒体使其能量合成受到障碍,最终导致线粒体功能下降,线粒体氧化应激导致线粒体能量代谢失调,进一步损伤线粒体,从而促进神经退行性疾病的发生,发展。
线粒体是如何应对氧化应激损伤的?
为什么植物线粒体基因组⽐动物⼤那么多?
为什么⼤脑主要利⽤葡萄糖供能,⽽⼼肌 60%-70% 供能都来⾃脂肪呢?
线粒体是⼈体发动机,⼈的能源唯⼀来源,消耗氧⽓,产⽣⾃由基,导致氧化损伤,但是⼀般的氧化剂很难进⼊线粒体内,所以⼀般的补充抗氧化剂的⽅法是⽆法应对线粒体内的氧化损伤,线粒体内抗氧化,主要是靠线粒体内的超氧化歧化酶等酶,,⼈在25岁后,这些酶逐渐下降,⼈逐渐变⽼,⼈的⽪肤逐渐变得暗沉,⽇本新⼀制药株式会社有⼀款BRUGHTEN美⽩丸,最早是想研发抗衰⽼药,后来发现临床测试过程⾮常漫长,暂时⽤于美⽩,其基本机理是通过植物超氧化歧化酶直接进⼊肠道(微包裹物),在肠道消化过程中,激发⼈体线粒体内的酶。
注意⼀点任何关于补充外界超氧化歧化酶进⼊线粒体的说法都是伪科学,是不可能的。
新⼀制药株式会社近期已在研发⼀种治疗黄斑变性的药品,也是基于这个原理。
线粒体疾病在近10年才⾼度被重视。
己酮可可碱干预氧化应激线粒体机制在氯气致大鼠急性肺损伤中的作用刘萌萌;赵晨茜;刘姗姗;刘江正;孔德钦;刘瑞;郭鹏;海春旭;张晓迪【期刊名称】《空军军医大学学报》【年(卷),期】2022(43)6【摘要】目的观察氯气致大鼠急性肺损伤(ALI)过程中己酮可可碱(PTX)的干预作用,探讨其可能的保护机制。
方法将24只雄性SD大鼠随机分为对照组、氯气暴露组、PTX干预组(氯气暴露)、单纯PTX组(空气暴露),每组6只。
PTX干预组和单纯PTX组大鼠在氯气暴露前30 min和染毒后15 min分两次分别给予100 mg/kg PTX灌胃。
染毒剂量为1200 mg/m^(3),时长5 min,对照组给予同等条件下的空气暴露,氯气暴露组给予等量生理盐水灌胃。
HE染色后观察肺损伤程度;透射电镜下观察肺组织线粒体超微结构;二辛可宁酸蛋白定量法测定血浆和支气管肺泡灌注液(BALF)中蛋白含量并计算肺通透指数;采用Mito SOX探针检测肺组织活性氧(ROS)的含量;试剂盒检测BALF中丙二醛(MDA)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)和还原型谷胱甘肽(GSH)的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)的活力;定磷法检测肺组织Na^(+),K^(+)-ATPase和Ca^(2+),Mg^(2+)-ATPase的活力;Western blotting 法检测肺组织中过氧化氢酶(CAT)和线粒体外膜转位酶20(TOM 20)蛋白表达水平。
结果与对照组相比,氯气暴露后3 h,肺泡结构异常,线粒体肿胀明显,肺组织ROS水平升高;BALF中MDA水平、GSSG水平、SOD活力、TOM 20蛋白表达水平、Na^(+),K^(+)-ATPase和Ca^(2+),Mg^(2+)-ATPase活力升高,GSH含量和GSH/GSSG比值、CAT蛋白表达水平下降,且差异有统计学意义(P<0.05);与氯气暴露组相比,PTX干预后,可下调MDA水平、GSSG水平、TOM 20蛋白表达水平、Na^(+),K^(+)-ATPase和Ca^(2+),Mg^(2+)-ATPase活力(P<0.05),上调GSH含量、GSH/GSSG比值和CAT蛋白表达水平(P<0.05)。
线粒体氧化应激机制解释说明1. 引言1.1 概述线粒体是细胞中的重要器官,负责产生能量和维持生命活动的平衡。
然而,线粒体在能量生成的过程中会不可避免地产生氧化应激现象,即产生大量活性氧自由基与氮自由基。
这些自由基在高浓度时会对细胞结构和功能造成损伤,从而导致多种疾病的发生。
1.2 文章结构本文将首先介绍线粒体的结构和功能特点,并详细阐述氧化应激的定义及其机制。
接着,我们将探讨线粒体氧化应激机制在各种疾病中的作用和关联,包括心血管疾病、癌症和神经系统疾病。
随后,我们将介绍调控线粒体氧化应激的方法和策略,包括抗氧化剂、运动以及药物干预和营养方面的策略。
最后,通过总结重要性并展望未来的研究方向来结束全文。
1.3 目的本文旨在系统地介绍线粒体氧化应激机制的基本原理,探讨其与不同疾病之间的关系,并总结目前调控线粒体氧化应激的方法和策略。
通过深入探讨这一主题,我们希望能够加深对线粒体氧化应激机制的理解,并为研究人员提供有价值的参考,以便进一步阐明其在疾病发展中的作用,并探索新的治疗策略和预防手段。
2. 线粒体氧化应激机制的基本原理:2.1 线粒体结构和功能:线粒体是细胞中重要的细胞器之一,类似于细胞内的能量工厂,承担着生物化学过程中ATP合成的关键角色。
它具有独特的结构和功能,由内膜、外膜和基质组成。
内膜形成许多褶皱,称为线粒体内襞,增加了表面积以便更多的能量产生。
此外,内外膜间存在间隙空间。
2.2 氧化应激的定义和机制:氧化应激是指在细胞内产生过多活性氧种(ROS)时发生的一种失衡状态。
而ROS是由氧化还原反应生成的高度活性分子,如超氧阴离子(O2-)、羟基自由基(•OH)和过氧化氢(H2O2)。
正常情况下,细胞通过抗氧化系统来清除产生的ROS并维持红ox平衡。
然而,在某些情况下,身体无法有效地抵御ROS 积累而导致氧化应激。
在线粒体中也会发生氧化应激,主要是由于其作为ATP合成的主要地点而产生大量ROS。
gpx4 线粒体氧化应激1.引言1.1 概述概述线粒体氧化应激是细胞内氧化还原(redox)过程紊乱引起的一种重要的细胞应激反应,其在多种疾病的发生和发展中发挥着重要的作用。
线粒体作为细胞的能量中心和氧化还原反应的主要场所,受到各种内外因素的影响,包括代谢产物的积累、环境氧分压的变化、病理性刺激等,从而导致线粒体膜电位下降、游离基产生增加以及活性氧物种的累积。
线粒体氧化应激对于细胞的正常功能具有重要影响。
在正常情况下,线粒体中存在一系列的抗氧化酶系统,如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)等,用于清除线粒体内产生的活性氧物种,维持线粒体内的氧化还原平衡。
其中,谷胱甘肽过氧化物酶4(GPx4)作为一种重要的抗氧化酶,在线粒体氧化应激中起着关键的保护作用。
本文主要对GPx4在线粒体氧化应激中的功能及其与线粒体氧化应激的关系进行探讨。
首先,将介绍GPx4的功能,包括其催化还原剂谷胱甘肽(GSH)参与调节线粒体氧化应激的重要性。
随后,将详细阐述GPx4与线粒体氧化应激的关系,包括其在调控线粒体内氧化还原平衡中的作用机制。
最后,对GPx4在线粒体氧化应激中的作用进行总结,并展望未来的研究方向,以期深入了解线粒体氧化应激的机制,为相关疾病的预防和治疗提供新的策略和思路。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以如下编写:文章结构:本文主要围绕着GPX4与线粒体氧化应激的关系展开论述。
首先,在引言部分对研究的背景和意义进行了概述,引发读者对该主题的兴趣。
接着介绍了文章的整体结构,方便读者了解文章内容的组织安排。
最后,明确了本文的研究目的,即通过探究GPX4在线粒体氧化应激中的作用,为未来的研究提供参考依据。
在正文部分的第一节中,将详细介绍GPX4的功能,包括其在细胞中的分布、作用机制以及与其他细胞组分的相互作用等。
通过对GPX4功能的全面阐述,读者可以充分了解GPX4的重要作用和潜在机制。
紧接着,在正文的第二节中,将探讨GPX4与线粒体氧化应激的关系。
氧化应激和线粒体
氧化应激是一种生物体在遭受各种环境压力时的应激反应,它会导致许多疾病的发生,如肿瘤、心脏病、糖尿病等。
线粒体作为细胞内能量的生产者,也是氧化应激的主要靶标。
当氧化应激作用于线粒体时,会导致线粒体功能受损,进而引发一系列疾病。
因此,了解氧化应激和线粒体之间的关系对于预防和治疗这些疾病具有重要意义。
近年来,许多研究表明,氧化应激可以通过影响线粒体的膜电位、钙离子平衡、呼吸链复合物等多个方面来影响线粒体功能。
例如,当细胞遭受氧化应激时,线粒体内的钙离子浓度会升高,进而抑制线粒体的ATP生成。
同时,氧化应激还可以损伤线粒体的DNA、蛋白质和膜脂等结构,破坏线粒体的结构和功能。
为了预防和治疗氧化应激相关的疾病,研究人员已经开始探索一些新的治疗方法,例如使用抗氧化剂、促进线粒体功能的营养补充剂等。
此外,一些天然产物也被证明具有保护线粒体免受氧化应激的能力。
通过深入了解氧化应激和线粒体之间的关系,我们可以更好地预防和治疗相关疾病,提高人类健康水平。
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线粒体在细胞代谢过程中的作用和调控机制在细胞的代谢过程中,线粒体是非常重要的细胞器之一。
这种小而重要的细胞器可以说是细胞内能量生产的重要地点,它不仅能够生成三磷酸腺苷(ATP)等能量,还能够参与一系列对细胞的生命活动具有重要作用的代谢活动。
本文将着重介绍线粒体在细胞代谢过程中的具体作用及其调控机制。
一、线粒体在能量代谢中的作用ATP是一种重要的生命物质,是细胞代谢所必需的能量物质。
而我们的身体每天也需要大量的ATP来维持正常生命活动,例如肌肉活动、脑部思考、维持器官工作等等。
而线粒体便是ATP的主要产生地。
线粒体能够通过氧化磷酸化过程产生ATP,即通过将线粒体内的NADH和FADH2在氧气的作用下发生呼吸链过程,将ADP和Pi合成ATP。
这个过程是代谢过程中重要的一环,对于人体来说具有重要作用的细胞和组织,如心脏、肝脏和肌肉等都有非常高的ATP需要量,因此线粒体在人体能量代谢中起着非常重要的作用。
在线粒体代谢过程中,线粒体内的分子与信号可以影响其他基因和代谢通路,从而调节相关功能。
例如,调控线粒体的电子传递链的产生,调节线粒体升级过程中的水平,或调节线粒体为ATP生成的过程提供支持等等。
因此,线粒体不仅是代谢中ATP产生的重要加工厂,同时也是其他代谢通路的重要参与者。
二、线粒体在细胞代谢调控中的作用除了直接产生ATP作为细胞代谢的能量物质外,线粒体还有着更复杂的‘革命’,它也在调控细胞周期、细胞生长和细胞死亡等方面发挥着重要作用。
线粒体在细胞生长和分化中起着特别的作用。
报告表明,线粒体的表达水平的调节可以直接调节细胞的生长和分化,线粒体的数量和形态等因素和神经元发生强渴望关联,而因线粒体的数量和形态不同导致的线粒体和细胞运动路径、细胞舒展过度或摆动限制不同,则会影响到细胞的膨胀和分化。
线粒体在调节细胞死亡中扮演了至关重要的角色。
当细胞进入凋亡程序时,线粒体会释放多种凋亡诱导因子并激活细胞凋亡途径。
线粒体和氧化应激对细胞凋亡的调节细胞是生命的基本单位,它们通过不断地进行代谢活动而维持生命的正常运转。
而在我们身体内部,能够帮助细胞代谢的机构之一便是我们生命中极为重要的线粒体。
然而在一些情况下,线粒体的异常和氧化应激可能会导致细胞凋亡,进而引起我们身体的一些疾病。
本文将会深入探究线粒体和氧化应激对细胞凋亡的调节机制。
一、线粒体的功能和作用在细胞中,线粒体是一种主要承担着细胞代谢需要的细胞器,它们通过氧化磷酸化过程来产生 ATP,并产生其他副产品和细胞所需的物质。
线粒体在维持细胞代谢进程不断运转中发挥着非常重要的作用,而这些代谢需要则涉及到了各种各样的代谢途径,包括氧化代谢、脂类代谢和核苷酸代谢等等。
此外,线粒体在调节凋亡过程中也有着重要的作用。
钙离子调节、线粒体膜电位、自由基产生、内在凋亡通路和细胞质Caspase酶原激活等,都是线粒体参与凋亡的主要通路。
它们通过对线粒体膜的损害来诱导细胞凋亡并释放胞浆中的细胞因子。
二、氧化应激的产生和代价氧化应激是指细胞失去了对氧化还原平衡状态的调节而造成的损害,通俗来讲就是氧化剂攻击了细胞的生化分子,破坏了细胞内外环境平衡,从而导致了衰老和疾病等问题。
氧化应激主要来源于氧化剂的产生,这些氧化剂可以是内源性的或是外源性的。
在细胞内部,一些酶如NADPH氧化酶、P450和线粒体呼氧酶等,可以产生ROS。
此外,细胞在遭受外界环境的强烈刺激时也会导致更多的氧化剂产生。
氧化应激的代价是非常高昂的。
它能够导致DNA断裂、蛋白质变性和膜脂过氧化等,从而影响线粒体的正常功能。
针对氧化应激的代价,细胞内存在一套调控机制来防止其对细胞的损害,其中就涉及到线粒体和细胞凋亡的调节。
三、线粒体与氧化应激的关系线粒体和氧化应激的关系非常密切,因为线粒体在代谢活动过程中经常会产生一些氧化剂,如果这些剂量无法得到控制的话,就可能会引发氧化应激。
同时,氧化应激也能够对线粒体造成损害,进而影响凋亡的过程。
运动营养学:这个补剂能对抗氧化应激,还能预防肌肉损伤(视频版,时长:4分8秒)线粒体是细胞的能量工厂,无论是日常活动还是体育锻炼,身体都离不开线粒体产生的能量,然而在进行能量转化的时候,线粒体也会产生较多的具有强氧化性的活性氧(ROS),这是细胞呼吸的产物。
低浓度的活性氧对于维持细胞稳态具有重要的作用,但如果活性氧过量,则会引起机体的氧化应激并产生有害影响。
高强度训练会在短时间内产生巨大的应激压力,这对训练者具有两面性,积极的一面是它对身体深刻的刺激会让训练者产生非常明显的适应,包括骨骼肌、心肺功能、物质代谢等。
但另一方面,为了应对高强度的训练,线粒体不得不需要快速生成ATP供身体所用,但与此同时就会生成大量的ROS。
对于线粒体来说,它对于氧化损伤高度敏感,极易受损。
受损的线粒体又会进入一个恶性循环,即会应激性的产生更多的ROS,并且生成更少的ATP。
ATP不足的情况下线粒体不得不顶着压力继续超负荷工作,最终又会加剧线粒体的损伤。
人体有一个对抗氧化应激的天然防御机制,叫做核呼吸因子(Nrf)信号通路,在自由基大量出现的时候,Nrf通路会诱导一系列天然抗氧化物的产生,包括血红素加氧酶、谷胱甘肽和超氧化物歧化酶等,这些抗氧化物会中和ROS,减少后续氧化应激对机体(尤其是线粒体)的损害。
因此我们可以看出,快速处理氧化应激的能力是运动员能否持续、高效运动的瓶颈。
那么有没有什么策略能够提升机体即时抗氧化水平,最大限度的减少对训练和恢复的影响呢?近期来自土耳其的医学研究团队在动物实验当中发现,训练时补充肌酸可以有效减少机体的氧化应激,保护线粒体功能的完整性。
这个实验的设计也很简单,研究人员将小鼠按照训练强度和是否服用肌酸分成了不同的实验组,并让小鼠进行每天30分钟的奔跑训练,每次训练持续30分钟,一周进行5天训练,持续八周。
实验结束后,实验人员研究并对比了不同组小鼠的氧化应激相关的生化指标,结果发现,单纯服用肌酸或者单纯进行抗阻力训练都能够诱导机体产生明显的抗氧化机制,并且训练强度越高,诱导抗氧化剂产生的信号通路就越强,但高强度训练所产生的氧化应激压力也是最大的,这有可能是与高强度训练导致的肌肉损伤有内在关系。
线粒体与氧化型应激的关系线粒体是细胞内的一个重要器官,它的主要功能是产生大部分的细胞能量。
细胞通过三磷酸腺苷(ATP)从食物中释放出能量,然后交给线粒体在呼吸链中进行氧气和营养物质的代谢以产生ATP。
由于线粒体是细胞内最大的氧气消耗者,它也经常被认为是细胞内的“制氧工厂”。
然而,当线粒体过度产生过量的氧自由基时,就会引起氧化型应激反应。
氧自由基是一种高度活跃的分子,会破坏细胞结构的完整性,导致细胞膜的脂质过氧化反应,随着时间的推移,甚至会影响蛋白质和DNA的稳定性。
氧化型应激反应还可以诱导氧气传输相关的信号通路,这些通路会协调细胞的代谢反应和细胞增殖和凋亡等重要生物学过程。
在正常情况下,细胞会通过产生抗氧化物质来抵抗氧自由基的损害。
抗氧化物质主要是对氧自由基具有消除或减轻作用的物质,比如维生素E、C、谷胱甘肽和硒等。
此外,抗氧化物质还可以协调线粒体的代谢活性,通过调节线粒体的合成和分解过程来控制氧自由基的产生。
在发生疾病时,氧化型应激反应的产生量增加,而抗氧化物质的产生量不足。
这种情况通常称为“氧化型应激失调”,其主要表现为线粒体生成过量的氧自由基堆积,导致氧化损伤和细胞功能障碍。
氧化型应激失调还被认为是多种疾病的病理生理基础,比如心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病等。
细胞通过复杂的代谢调节网络来控制氧化型应激反应。
其中最关键的组成部分是线粒体的抗氧化机制。
线粒体抗氧化机制包括线粒体DNA修复、线粒体蛋白翻译和抗氧化酶的合成等,这些机制一起协调细胞的代谢过程。
一些研究表明,增强线粒体抗氧化机制可能是改善氧化型应激失调的有效方法。
总之,线粒体和氧化型应激之间有一种密切的关系。
随着时间的推移,生物体的线粒体代谢速率会减缓,导致氧化型应激产生量增加。
了解线粒体和氧化型应激之间的关系可以帮助我们理解细胞代谢和人体健康状况。
通过探讨线粒体代谢和氧化型应激之间的关系,我们或许可以发现一些新的治疗方式,用于预防或治疗氧化型应激相关的疾病。
线粒体产生的氧化还原反应与能量途径调控机制的研究近年来,随着生命科学技术的不断发展,生物体内的许多重要过程也逐渐被揭示出来。
其中,线粒体参与的氧化还原反应与能量途径调控机制的研究备受关注。
事实上,线粒体是细胞内最重要的能量生产器。
它们通过氧化磷酸化途径产生三磷酸腺苷(ATP)等高能分子,为细胞提供所需的能量。
这一过程的关键在于线粒体内存在着复杂的氧化还原反应系统,它就像一个精密的发电机,可以源源不断地向细胞提供能量。
实际上,在线粒体内,有许多复杂的反应过程需要协同作用,以完成能量的产生和调控。
其中最重要的是线粒体内的氧化还原反应,它涉及到许多生物分子,如细胞膜和酶等,同时还需要与其他途径协同作用,如细胞膜通道和离子交换器等。
这些反应在线粒体内同时发生,形成了一个复杂的网络。
然而,这一网络在研究过程中也存在一些问题。
首先,氧化还原反应的机制尚未完全被揭示,目前研究中仍存在许多争议;其次,线粒体的能量途径涉及到众多生物分子的作用,因此调控机制也极为复杂,需要深入研究。
针对这些问题,目前的研究者们正在不断努力,其主要研究方向包括两个方面:一是揭示线粒体内氧化还原反应的机制,另一个则是阐明线粒体能量途径的调控机制。
首先,关于氧化还原反应机制的研究,当前主要集中在线粒体内的靶向蛋白质和复合物的作用机制上,这些蛋白质和复合物又包括氧化磷酸化酶复合物、呼吸链复合物等。
针对这些蛋白质和复合物,研究者们通过结构生物学、单分子荧光和质谱成像技术等手段,对其结构和功能进行了深入研究。
例如,在氧化磷酸化途径中,研究者发现ATP合成酶(F0-F1)复合物是关键酶之一,它通过转运质子耗散能量,促进三磷酸腺苷合成。
这一复合物的结构、机制和能量途径被认为是氧化磷酸化引擎中最重要的组成部分之一。
同时,呼吸链复合物也是线粒体氧化还原反应机制的重要组成部分之一,其中包括NADH酶、细胞色素C氧化酶等。
其次,线粒体能量途径的调控机制同样备受研究者关注。
氧化应激和线粒体自噬的关系你知道吗?在我们的身体里,有两股力量在不停地斗争,那就是氧化应激和线粒体自噬。
这两个家伙就像是一对欢喜冤家,总是在争夺身体的控制权。
今天,我们就来聊聊这俩之间的那些事儿。
咱们得知道什么是氧化应激。
简单来说,氧化应激就是身体里的自由基太多,搞得细胞都受不了了。
这些自由基就像调皮捣蛋的小鬼,到处乱窜,把细胞的DNA、蛋白质什么的都给搞坏了。
这样一来,细胞就没法正常工作了,身体也就会出问题。
而线粒体自噬呢?它就像是细胞里的清洁工,专门负责清理那些坏掉的、多余的线粒体。
这些线粒体就像是家里的垃圾一样,堆积多了会影响身体健康。
线粒体自噬就是通过一种叫做“吞噬”的方式,把这些垃圾清理掉,让身体保持干净整洁。
氧化应激和线粒体自噬之间又有什么关系呢?它们就像是一对好朋友,互相帮助,共同保护我们的身体。
当氧化应激来袭时,线粒体自噬就会站出来帮忙,清理那些有害的自由基,减轻氧化应激带来的伤害。
线粒体自噬也会在这个过程中,清理那些不好用的线粒体,让我们的身体更加健康。
但是,有时候氧化应激和线粒体自噬的关系也可能会变坏。
比如,如果氧化应激过于强大,线粒体自噬可能就无法很好地发挥作用了。
这时候,我们的身体就可能会受到更大的伤害。
所以啊,我们要时刻关注自己的身体状态,及时调整生活方式,避免氧化应激过强,这样才能更好地保护自己的健康哦!
氧化应激和线粒体自噬之间的关系就像是一场没有硝烟的战争。
这场战争需要我们时刻保持警惕,才能取得胜利。
只有当我们的身体处于一个平衡的状态时,我们才能更好地应对生活中的各种挑战,享受健康快乐的生活!。
氧化应激在衰老性肌萎缩中的作用机理与运动干预探讨孟思进;余龙江;雷玲【期刊名称】《武汉体育学院学报》【年(卷),期】2010(044)001【摘要】与衰老相关的骨骼肌质量、力量下降称为衰老性肌萎缩.衰老时骨骼肌内氧化应激增强会导致线粒体机能下降、分子炎症,这些因素相互作用诱导肌纤维凋亡,并干扰蛋白质代谢平衡,这可能是衰老性肌萎缩的重要机制.遗传操作研究和运动锻炼研究已证明转录辅激活因子PGC-1α表达增强有利于降低ROS生成并增强线粒体生物合成,降低炎症基因转录.激活蛋白激酶Akt可促进肌肉蛋白质合成,还可抑制蛋白质分解和凋亡.通过运动训练调节PGC-1α、Akt的表达和活性可能是运动干预部分地逆转衰老性肌萎缩的内在机制.探讨衰老性肌萎缩的细胞分子机制及运动干预的作用,在此基础上提出未来研究的方向.【总页数】5页(P73-76,82)【作者】孟思进;余龙江;雷玲【作者单位】华中科技大学,生命科学与技术学院,湖北,武汉,430074;武汉体育学院,健康科学学院,湖北,武汉,430079;华中科技大学,生命科学与技术学院,湖北,武汉,430074;武汉体育学院,健康科学学院,湖北,武汉,430079【正文语种】中文【中图分类】G804.7【相关文献】1.衰老性肌萎缩的运动干预研究进展 [J], 张汇敏;石爱桥;孟思进2.运动干预衰老性肌萎缩的自噬调控机制研究进展 [J], 曾正中3.氧化应激致衰老相关内皮功能障碍及潜在的内源性可干预靶点 [J], 王芳;周鹏;王沛坚4.浅谈有氧运动的延缓衰老作用机理及在老年健身中的应用 [J], 宋艳5.运动调节内质网未折叠蛋白反应改善衰老性肌萎缩的研究进展 [J], 柯志飞;尚画雨;王瑞元;李俊平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
线粒体氧化应激及m6A表观遗传调控TRPC6钙通道在肾病综合征发病中的作用研究姜丽娜;孔玮晶;丁瑛雪【期刊名称】《临床和实验医学杂志》【年(卷),期】2024(23)8【摘要】目的初步探讨N6-甲基腺嘌呤(m6A)表观遗传修饰瞬时受体电位阳离子通道6(TRPC6)通道失调在肾病综合征发病中的作用及潜在机理。
方法按照随机数字表法将小鼠足细胞分为4组:对照组、叔丁基对苯二酚(TBHQ)组、嘌呤霉素氨基核苷(PAN)处理组、TBHQ+PAN处理组。
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应用膜片钳证实PAN损伤诱导TRPC6通道激活机理及1,4,5-肌醇三磷酸(IP3)受体拮抗剂TBHQ对电流的影响,检测对照组、PAN 处理组、TBHQ组和TBHQ+PAN处理组细胞TRPC6通道电流变化。
通过葡萄糖氧化酶(GO)建立足细胞氧化应激模型。
另外按照随机数字表法将足细胞分为4组:空白对照组、GO组、姜黄素组、姜黄素+GO组。
GO组给予GO 3.5 kU/L,姜黄素组给予Nrf2激动剂(姜黄素)40μmol/L,姜黄素+GO组给予姜黄素40μmol/L和GO 3.5 kU/L处理,给药处理8~12 h后收集细胞。
检测各组Nrf2和特异性调控蛋白NAD(P)H:醌氧化还原酶1(NQO-1)、TRPC6及Transgelin蛋白和线粒体调控蛋白表达变化。
通过SRAMP对TRPC6通道m6A位点进行精准预测,对PAN诱导足细胞损伤模型公共数据库GSE124622进行2次生物信息学分析。
结果对照组与TBHQ组电流比较,差异无统计学意义(P>0.05);与对照组比较,PAN处理组电流升高,而TBHQ+PAN组电流减小,差异均有统计学意义(P<0.05)。
线粒体氧化应激及其线粒体营养素干预机制摘要:线粒体在生物氧化和能量转换的过程中会产生活性氧,当活性氧的生成与机体抗氧化防御系统之间存在不平衡时,线粒体就会发生氧化应激。
线粒体氧化应激导致线粒体能量代谢失调,进一步损伤线粒体,从而促进神经退行性疾病的发生,发展。
研究表明,线粒体营养素既可以增强抗氧化防御系统功能,又能够减少线粒体活性氧的生成,从而修复线粒体的氧化损伤,进而改善线粒体的结构和功能。
本文将从线粒体氧化应激和线粒体营养素干预机制两方面做以综述。
关键词:线粒体氧化应激活性氧烟酸硫辛酸硫辛酰胺线粒体是真核动物细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所,细胞生命活动所需能量的80%是由线粒体提供的,因此,有人将线粒体称为细胞的“动力工厂”。
线粒体生物氧化和能量转换的过程中伴随着活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生。
过量的ROS会引起线粒体损伤,促进神经退行性疾病的发生,发展。
由氧化应激引起的线粒体损伤是衰老及神经退行性病变的主要原因,并且严重影响运动能力。
线粒体损伤可导致关键的线粒体酶功能障碍。
酶的功能障碍主要是由于底物和辅酶的结合不足,而这种结合不足在补充足够的底物或辅酶及其前体后可以得到改善,长期补充线粒体营养素(mt-nutrients)可以有效地保护线粒体功能的完整,修复线粒体的损伤。
Liu[1]等把线粒体营养的功能定义为:①可以提高线粒体酶底物和辅酶的水平;②诱导二相酶增强细胞内的抗氧化防御能力;③清除自由基及防止氧化剂的生成;④修复线粒体膜损伤。
现就线粒体氧化应激和线粒体营养素对其干预机制两方面做简要综述。
1 线粒体氧化应激氧化应激是指活性氧生成与抗氧化防御系统之间的不平衡状态,氧化应激可在活性氧生成超过抗氧化防御系统时或者在抗氧化剂活性降低时发生。
众所周知,线粒体是真核动物细胞进行生物氧化和能量转换的主要场所,但在线粒体生物氧化和能量转化的过程中会产生活性氧(reactive oxygen species,ROS),由于活性氧的活性非常高,过量的活性氧会进攻线粒体DNA及线粒体内蛋白质,脂类等生物大分子物质,从而损伤线粒体使其能量合成受到障碍,最终导致线粒体功能下降,线粒体氧化应激导致线粒体能量代谢失调,进一步损伤线粒体,从而促进神经退行性疾病的发生,发展。
1.1 线粒体活性氧的产生线粒体具有有氧呼吸的特殊功能,在正常情况下,绝大多数的氧是通过与线粒内膜上的电子传递链传来的电子结合,然后进行一系列的氧化还原反应最终生成水,但也有极小部分氧被电子传递链中“ 漏出”的电子单价还原,形成超氧阴离子O2-·,成为细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)的主要来源,ROS在体内主要以超氧阴离子(O2-.),过氧化氢(H2O2),羟自由基(OH·)等形式存在。
生理条件下线粒体内存在有效的抗氧化机制,自由基可被抗氧化酶(如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等)和抗氧化物(如维生素C、维生素E等)清除[2]。
1.2 ROS对线粒体的损伤线粒体作为细胞内ROS的主要来源,而线粒体的结构暴露在较高浓度的ROS 下,所以极易受到ROS的攻击。
由于在线粒体内膜上的电子漏现象而产生的大量氧自由基,会抑制电子传递链酶复合物I,II和III的活性,从而使线粒体的能量合成发生障碍,同时,这些过量的自由基会造成细胞内蛋白质,脂类及核酸的氧化,最终导致线粒体的功能下降[3]。
脂质过氧化作用对线粒体内膜的损伤最为严重,是因为线粒体内膜是最靠近线粒体产生O2-.的部位,脂质过氧化作用可导致线粒体膜流动性下降,从而改变膜的性质并使膜结合蛋白从膜上分离下来[3]。
研究表明[4],膜蛋白的氧化可导致线粒体内的膜活性下降甚至失活,诱导线粒体通透性转换孔的开放。
mtDNA的氧化使DNA突变频率增加,产生功能受损的蛋白质。
1.3 氧化应激对机体影响细胞内产生过量的氧自由基会对机体各个方面产生不同程度的损失。
氧化应激主要影响以下几个方面[5]:1在心血管系统方面,通过应激刺激儿茶酚胺的释放,使得β-受体被激活,进而可以提高心率,提高心肌收缩,提高血压;2在消化系统方面,一方面,应激通过诱导或刺激咀嚼和进食,这是产生肥胖的诱导因素;另一方面,应激通过抑制食欲,这也是导致神经性厌食症产生的诱导因素。
3在血液系统方面,应激可以导致血液中白细胞数,血小板量,粘度,纤维蛋白原,以及抗凝血因子V和VIII的增加。
4在生殖系统方面,应激一般是破坏生殖能力的。
1.4 线粒体功能障碍对氧化应激的影响研究发现,很多毒性物质通过损伤线粒体内膜上的呼吸链,导致线粒体功能发生障碍。
丙二醛是一种引起脂类,氨基酸和DNA发生氧化损伤的小分子物质,一方面,丙二醛通过与胺作用来修饰蛋白,从而使蛋白失活;另一方面,它还可以修饰核苷酸,引起基因突变。
丙二醛通过抑制线粒体呼吸链和酶活性,从而引起线粒体功能发生障碍。
线粒体功能障碍是造成衰老和年龄相关疾病的主要因素[6]。
D-半乳糖通过作用于脑或肝中线粒体上的琥珀酸呼吸链,造成其呼吸效率不正常,从而导致线粒体功能发生障碍[7]。
同样,丙烯醛,香烟烟雾中的一种成分,能够诱导氧化应激和线粒体功能发生障碍[8]。
线粒体功能障碍增强氧化应激的敏感性。
研究者通过对人类神经母细胞瘤的研究,测定SH-SY5Y细胞中受损线粒体的硫氧还蛋白的表达量,从而来确定线粒体功能障碍能否增强氧化应激敏感性。
研究表明[9]:发生功能障碍的线粒体中,硫氧还蛋白的表达量明显下降,从而说明线粒体功能障碍增强氧化应激的敏感性。
2 线粒体营养素的干预机制很多研究表明[10]:由于脂肪,蛋白质,核酸的氧化导致的线粒体功能障碍,对脑老化和年龄相关的神经退行性疾病的产生具有重要的影响,比如老年痴呆症,帕金森症,亨廷顿舞蹈症等,都是年龄相关的疾病。
线粒体营养素的功能[10]:a.阻止氧化剂的产生;b.清除自由基或抑制氧化反应;c.提高受损线粒体酶的辅因子;d.修复氧化损伤,通过提高二相酶活性或提高线粒体再生功能,从而增强抗氧化防御系统,进而修复线粒体的氧化损伤。
2.1 增强抗氧化防御系统在正常的生理条件下,线粒体内存在有效的抗氧化机制,自由基可被抗氧化酶(如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等)和抗氧化物(如维生素C、维生素E等)清除,从而保护线粒体免受氧化损伤,提高线粒体功能。
2.1.1 烟酸/NADH的补充烟酸是线粒体内普遍存在的氧化-还原辅酶NAD+和NADP+的前体,同时,烟酸对丙酮酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶的活性起到重要的作用。
补充高剂量的烟酸可以提高线粒体和细胞质内的NAD/NADP水平[11]。
烟酰胺在一定程度上也可以脱去酰氨基变成烟酸,成为NAD和NADP的前体,因此,烟酰胺也可以作为一种营养补剂[12]。
研究表明[13],补充高剂量的烟酰胺可以防止线粒体的氧化损伤,并能够改善果蝇的运动能力。
NADH是线粒体复合物I的底物,NADH/NADPH可以作为一种内源性的抗氧化剂[14]。
目前,虽然还不清楚补充NADH可以改善线粒体哪方面的功能或者说提高运动能力,但是,有人利用NADH来治疗患有线粒体疾病(AD)的患者,结果患者的认知功能有所改进[15]。
这样看来,NADH的补充对线粒体功能的损伤起到一定的作用。
2.1.2 α-硫辛酸和硫辛酰胺的补充当机体处于氧化应激时,体内GSH含量又有限的情况下,α-硫辛酸和硫辛酰胺和其他一些抗氧化剂(如维生素E或类黄酮)的联合补充可以间接地加强抗氧化防御系统的能力。
丙烯醛是香烟烟雾中的六醛毒物之一,也是体内脂质过氧化作用的产物之一。
在体内,丙烯醛与巯基反应,诱导线粒体发生氧化损伤和功能障碍。
最新研究表明,吸烟可以引起氧化线粒体损伤,同时,吸烟也是导致视网膜色素上皮(retinal pigment epithelial,RPE)细胞发生损伤的重要因素之一[16]。
线粒体营养素α-硫辛酸,通过增强机体抗氧化剂的能力,有效地保护视网膜色素上皮(retinalpigment epithelial,RPE)细胞免受丙烯醛引起的毒性反应[17]。
硫辛酰胺是硫辛酸的中性酰胺,在动物和植物中不能生成天然的硫辛酰胺,必须通过一定方法或手段来合成硫辛酰胺。
基于混合碳酸-羧酸酐这种方法,研究者首次由硫辛酸合成硫辛酰胺[18]。
研究表明[16]:在ARPE-19细胞里对于抵抗丙烯醛诱导的氧化损伤和线粒体功能障碍方面,与硫辛酸相比,硫辛酰胺更胜一筹。
同时,也说明硫辛酰胺在治疗吸烟和年龄相关的退行性疾病中有着重要作用,如年龄相关的黄斑病变。
此外,α-硫辛酸和硫辛酰胺的补充能够防止由GSH缺乏引起的线粒体复合物I活性的降低,增加细胞内GSH的含量[19]。
α-硫辛酸保护效应的其他机制是它能够诱导转录因子Nrf2的产生,Nrf2与抗氧化响应元件ARE结合,从而进一步诱导二相酶(如GSH转移酶和NAD(P)H)的反应。
二相酶和GSH合成酶可以抵抗氧自由基、氮族的危害[20]。
二相酶反应的诱导作为一种间接的抗氧化剂可以压制亲电子试剂的反应,是抵抗各种致癌物质和氧化损伤的有效途径。
α-硫辛酸的这种保护机制可以间接地保护线粒体,因为它诱导的二相酶反应可以降低细胞液的氧化应激,增强细胞的抗氧化防御能力,从而间接地减轻线粒体的氧化应激。
图1 α-硫辛酸及其衍生物提高二相酶活性与增强抗氧化防御系统图1:正常状态下,胞浆内的转录因子Nrf2与Keap1相结合,处于功能抑制状态,但当细胞受到刺激或补充线粒体营养素时,转录因子Nrf2从Keap1上解离下来,然后进入细胞核内,与DNA上一段特异序列ARE相结合,从而促进下游基因转录和表达。
线粒体营养素α-硫辛酸及其衍生物通过激活二相酶基因上游的转录调控因子ARE,提高了抗氧化剂的表达能力,从而增强了细胞内的抗氧化防御系统。
2.2 诱导线粒体再生当细胞内的活性氧攻击线粒体的蛋白,脂类及核酸时,造成线粒体能量代谢失调,进一步损伤线粒体,此时,一方面机体通过自噬清除受损的线粒体,以稳定细胞内环境的稳定;另一方面通过线粒体营养素使线粒体生物合成,产生ATP,维持机体所需要的能量。
很多实验证明:线粒体营养素诱导线粒体再生。
研究者[21]将线粒体营养素硫辛酸和乙酰肉碱共同作用于脂肪细胞时,它们两个形成的营养素互补体,能够有效地促进脂肪细胞线粒体的再生。
互补体保护机制可能是以下几点:a.保护线粒体免受氧化损伤作用,从而减慢线粒体的缺失速率;b.激发修复较少的受损线粒体;c.激发降解大部分受损线粒体;d.激发线粒体再生。
羟基酪醇,是一种丰富的存在于橄榄油中的天然多酚。
研究表明[22],羟基酪醇是一种天然的线粒体营养素,它能够稳定或增加由丙烯醛诱导的视网膜色素上皮细胞中受损线粒体DNA量,同时,研究也表明,羟基酪醇是一种能够有效地使线粒体再生的保护剂或激发剂,如吡格列酮,α-硫辛酸等。