揭开细胞中意想不到的能源工厂——线粒体
在人类进化的过程中，生活环境中的许多微生物被吸收到人类的生命系统中，成为人体的寄生虫。线粒体，或称端粒，是人体大部分器官细胞中的寄生细胞。
线粒体、线粒体或端粒是包含在真核细胞中的半自主细胞器，具有双层膜状结构。它的内膜伸入腔内形成许多嵴，主要功能是通过呼吸作用将储存在食物分解产物中的能量逐渐释放出来，以满足机体细胞各种活动的需要，因此被称为“动力室ro动力装置”。
线粒体最早是由德国学者C·本达在1897年命名的。Chondrion来源于希腊语mito(线)chord(粒子)。
上图是胰腺细胞中的一个线粒体细胞，它有一个外膜和一个基底褶皱很深的线粒体嵴，扩张成一个线粒体基质，线粒体细胞产生能量的化学反应发生在线粒体嵴上。
线粒体是人体细胞中最复杂的生物机器，也是最令人惊讶的。我们以前知道线粒体与人类寿命有关。一般来说，线粒体越长，寿命越长，有正相关关系。
现在哈佛医学院霍华德休斯研究所更多的研究发现，当线粒体功能正常时，它会提供足够的能量供人体细胞消耗；当线粒体功能异常时，会带来一系列神经退行性疾病、糖尿病、癌症，改变免疫反应，甚至加速衰老。(与神经退行性疾病、糖尿病、癌症、免疫反应改变甚至衰老有关)
线粒体通过氧化碳水化合物、蛋白质和脂肪酸产生代谢能量。在呼吸链的五步化学反应中，线粒体细胞器捕获氧气，与葡萄糖和脂肪酸一起生成一种复杂的有机化学物质——三磷酸腺苷(ATP)，作为燃料供给人体生命的运转。
现在认知五步呼吸链化学反应释放能量。由电子转运体和氢转运体组成，大部分是带有辅助基团的蛋白质。这些辅助基团由于电子或氢原子(电子+质子)的添加或去除而经历氧化还原作用。三羧酸循环或脂肪酸氧化提供的NADH或FAD进入呼吸链，通过电子和H+的转移最终与氧结合。当电子通过呼吸链传递时，能量逐渐释放。大部分释放的能量及时转化为ATP，这就是所谓的氧化磷酸化。
呼吸链的主要成分有:①吡啶-核苷酸连接的脱氢酶、②黄素蛋白、③铁蛋白、④辅酶Q、⑤细胞色素(包括细胞色素A、B、C)。目前关于呼吸链组件的排列顺序有不同的看法和疑问，不一定完全正确。
没有线粒体细胞器的帮助，体内的细胞也可以通过称为糖酵解的无氧过程快速便捷地产生以糖原为基础的能量，但效率太低。线粒体细胞器通过氧化催化同样的糖原，可以为人体细胞产生15倍的能量。
这种能量转换的优势被认为形成于6543.8+0亿年前或6543.8+0.5亿年前。当单个自由生活的细菌带着细胞核进入单个细胞器官，形成一个* * *有* * *荣耀的* * *生命体时，它就存在了。进入单细胞器官(即现在的线粒体)细胞核的细菌成为细胞核中的细胞器。
这种关系不仅存在于所有动物细胞中，也存在于所有植物细胞和真菌细胞中。(植物和真菌)
这种* * *关系也带来了不利因素。就像开窗带来新鲜空气一样，苍蝇、蚊子、臭味也可能进来。人类的一些疾病，如莱姆病关节炎、斑疹伤寒、衣原体感染等都与此有关，这些疾病被称为线粒体疾病。例如四环素类、抗生素)对健康人无害，但有线粒体疾病的人需要小心避开。
①首例线粒体疾病病例
5月，1958，一名30岁的瑞典女子来到斯德哥尔摩附近卡罗林斯市的罗尔夫·卢夫特诊所(Rolf Luft Clinic)，告诉医生她总是感觉持续发烧。根据记录，患者告诉医生，她7岁时开始有这种症状，她看了很多医生，但原因不明。
Ruft测量了患者的体温和皮肤温度，并注意到尽管她一直在吃东西，但患者仍然很瘦，体重也没有增加。由于大量出汗导致的水分和液体流失，她需要不断地喝大量的水。虽然患者经常处于昏睡状态，但基础代谢率)，患者的基础代谢率仍是正常人的两倍，心率超过每分钟100次。
Ruft的活检骨骼肌活检显示，患者细胞的线粒体嵴上存在异常大且过度聚集的线粒体细胞器。
为什么病人总觉得热？这可能是因为密度和大小高于正常水平的线粒体细胞器产生更多的细胞能量并将其释放到体内。
最后，鲁夫特已经黔驴技穷了。他不知道如何改善病人线粒体疾病的症状，降低线粒体的加热效率。最后他只能提供冰块降温，病人随后自焚身亡。
在自然界中，有一种植物——臭鼬甘蓝，它携带着一种特殊的线粒体，这种线粒体可以自我加热，使植物的温度升高30摄氏度。植物的热量可以融化周围的雪，并释放植物中的混合物，以吸引传粉者授粉。(传粉者)
②线粒体研究者认识到，线粒体的发热能力最好适中，既能满足体内活细胞的能量需求，又能避免燃烧过多使身体空虚。
也许是线粒体基因在进化过程中与环境有交互作用，所以选择特定的线粒体基因突变来适应特殊的环境，比如冬天有臭味的烟草。
在2005年的一项实验动物线粒体研究中，研究人员赋予一组实验动物长距离奔跑的能力，而另一组赋予线粒体基因糖尿病、肥胖等代谢性疾病，经过11代遗传后开始固定。11代相当于人类的275年，但在进化过程中只是一眨眼的时间。
在美国，由线粒体基因突变引起的线粒体疾病影响了大约5万名患者。这种罕见的疾病(疾病太罕见，无法吸引市场驱动的药物治愈)对患者来说是致命的，也让医生感到困惑。因为即使两个线粒体缺陷的患者基因检测相同，一个可能是视力听力受损，神经退行性变，心肌疾病，吞咽困难；还有一种可能只是视力障碍，其他器官系统还是好的。
因为我们身体的所有组织都有线粒体细胞，线粒体细胞为身体细胞产生能量，一旦你的线粒体蛋白质组蛋白质组有缺陷，身体的一些器官就会受到影响。
这些线粒体疾病最初被称为母系遗传疾病，因为线粒体DNA只遗传自母亲，这一推论可以追溯到人类的母系祖先线粒体Eva。(线粒体夏娃)
随着基因科学的发展，人们对细胞器基因的了解越来越多，研究人员认为许多线粒体疾病也可以通过父系遗传，因为大多数线粒体蛋白质实际上是由细胞核中的DNA组成的，而不是线粒体DNA。
通过研究发现，线粒体疾病与许多疾病有关，包括糖尿病、心脏病、帕金森病和阿齐海默氏症、听力损失以及包括抑郁症在内的精神障碍。
随着线粒体研究的发展，研究人员发现线粒体除了产生能量之外还有很多功能。
线粒体基因作为蛋白质的编码结构，是细胞中线粒体的主要功能单位。1981年线粒体基因组测序发现有13蛋白，无法解释那么多线粒体疾病。研究人员知道，线粒体可以产生1000多种蛋白质。如何解释这种差距？
答案被认为存在于进化史的进程中。10亿年前，由于线粒体细胞进入细胞器进行寄生，也许是部分基因从线粒体转化到宿主细胞中，也就是大部分DNA存在的细胞核中。这种线粒体基因组转移，从原始DNA块的16000个碱基对，只剩下玻璃的精华。
与线粒体的远祖形式及其存活的近亲相比，如引起斑疹伤寒的立克次体细菌，有654.38+0万个碱基对，线粒体的基因组非常小。
结合每个细胞核中的DNA，这些古老的基因产生了三分之二的线粒体蛋白质。另外三分之一是原始细菌和细胞在进化过程中的发明创造，现在可以让人类细胞中的线粒体做一些远祖做不到的事情。
目前，来自哈佛总医院和麻省理工学院的Vamsi Mootha及其团队已于2008年发表了1158编码蛋白质的哺乳动物线粒体基因图谱，并于2015年更新。蛋白质，即所有细胞器、细胞、组织和器官中的线粒体蛋白，称为线粒体。线粒体和它的宿主细胞通过钙转移交换信息。(钙信号)通过追踪钙信号，可以发现一些线粒体遗传病。
①传统的线粒体研究侧重于能量产生，但无法解释线粒体疾病的发病机制。虽然可以用能量不足，能量供给不足来解释，但是很牵强
一些有线粒体疾病的器官不一定是能量需求最高的器官。一些研究转向线粒体在调节细胞死亡和枯萎中不可替代的作用，包括免疫系统和细胞信号传递的作用。
654.38+0亿年前，当第一个线粒体细胞进入细胞宿主时，地球大气中的氧气含量相当低，然后逐渐增加。一般认为氧气是生命所必需的，另一方面，氧气具有腐蚀性。在生物学中，氧及其副产物会对细胞造成氧化损伤，导致核器官老化。
线粒体是氧气的消费者。研究人员推测，在生物进化过程中，细胞宿主选择线粒体细菌，可能不仅能够高效产生能量，还能够更好地控制氧气的副作用。
正常的基因表达支持这一观点。基因打开线粒体，同时打开抗氧化程序。(抗氧化程序)这些线粒体基因通过增加线粒体的数量来调节和激活抗氧化水平。例如，如果你制造一辆从六缸发动机到V8发动机的汽车，你需要一个更大的催化转化器。
上图是卵巢细胞，黄色的是密集分布的线粒体细胞器，细胞被激活分泌激素。
②2009年的一项研究发现，广泛使用的抗氧化维生素补充剂会干扰线粒体细胞器的这种天然抗氧化反应机制。在实验中，参与者被分为四组:那些运动后服用抗氧化维生素，如维生素E的人；不服用抗氧化维生素的运动；不运动，服用抗氧化维生素；不要运动或服用抗氧化维生素。
几个月后，运动的两组比不运动的两组健康。有趣的是，运动和不服用抗氧化维生素的那组人身体变化最好。通过运动，线粒体外的细胞也会感受到这些刺激，因此身体会调整到某个身体器官的有益状态。服用抗氧化维生素会干扰身体细胞的这种自然适应机制。
线粒体在6543.8+0亿年的进化过程中，无数次对压力的适应性反应，使得线粒体基因的突变并没有杀死细胞，而是采取了一种拯救反应，压力损失下的一系列线粒体化学反应产生能量。在某些情况下，一些细胞器和宿主细胞的过载和损伤路径可以为细胞和整个器官提供净效益。
另一个有趣的例子是身体的补偿机制。(过度补偿)
糖尿病患者服用二甲双胍会干扰机体正常的线粒体功能。服用二甲双胍后，线粒体产生能量呼吸链的五步过程中的第一步被破坏，但二甲双胍引起的微弱抑制可以触发糖尿病患者的机体适应机制。
就像人们接种了抗病毒疫苗一样，二甲双胍在体内引起毒性兴奋效应，这是机体代偿的一种保护机制。一些研究人员更进一步，尝试二甲双胍引起的毒性兴奋性是否可以延缓衰老。
④线粒体基因检测2014发现大气氧浓度低可引发机体器官的一种反应，对中枢神经系统疾病亚急性坏死性脑脊髓炎有保护作用。这种疾病可由75个基因中的任何一个突变引起，婴儿会在3-16个月内死于呼吸衰竭。
当研究人员使用实验室老鼠检查线粒体疾病时，结果令人惊讶。正常老鼠活两年，线粒体病老鼠只活55天。当Mootha的团队将空气中的氧气浓度降低11%，相当于14000英尺的高原时，研究人员发现这种疾病可以从一开始就预防。患有线粒体疾病的小鼠在含氧量低的空气中生活了一年。
即使是那些已经奄奄一息的实验鼠，也可以通过限制摄氧量来恢复活力。Mootha被称为拉撒路效应。另一方面，摄入过多的氧气会像毒药一样在几天内杀死一只老鼠。
缺氧环境对人类也非常有利。Mootha正在研究驻扎在12000和18000英尺边境高原的印度军事人员的健康影响报告。与在平原服役的人相比，长期在高原服役的人急性感染的比例更高。然而，在长期比较中，高原地区患糖尿病、中风、心脏病和认知障碍的人数明显减少。
来自人类研究和实验小鼠的数据表明，过多的氧气对动物有害。所以有时候在医院用高压氧舱补充特殊氧气治疗线粒体疾病，不仅没用，还有害。有些病人经过管理者的高压氧舱治疗后病情加重或死亡。氧气过多还会导致线粒体下降，与寿命缩短有关。
线粒体数量的减少与衰老有关，人们患帕金森病和糖尿病的概率增加是因为线粒体功能障碍。老年人线粒体少，效率比年轻人低。
然而，运动可以促进任何年龄的线粒体的数量和长度。当你的骨骼肌细胞增加线粒体时，它会消除不良影响，提高整体效率。
一般来说，运动和健康饮食的有益效果会通过线粒体发挥作用。
线粒体研究的未来前景诱人，可以开发精准的线粒体医学。(精确线粒体医学)
有三个方面:第一个是抽血的分子诊断；第二个可以分析血液的代谢产物，从而判断线粒体功能障碍的严重程度；再次，可以开发靶向治疗，不仅针对线粒体基因突变导致的罕见、致命的线粒体疾病，还可以针对一些常见的线粒体疾病。
对于没有条件在高原地区生活的人来说，也许下一步会发展低氧治疗。