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線粒體是細胞能量工廠,氫氣是線粒體保護傘

作者:孫學軍  來源:氫思語  更新時間:2019-10-21 10:28:47

    線粒體是細胞能量代謝的主要來源。線粒體在發揮代謝功能的同時也產生大量自由基,自由基對線粒體功能產生重要影響。

    細胞內活性氧不斷產生,其中主要來源之一就是線粒體代謝,也有復雜的抗氧化防御系統,兩者形成一個動態平衡,維持細胞氧化還原狀態的穩定,氧化還原穩定是細胞功能發揮的重要基礎,氧化還原平衡和酸堿平衡和滲透壓平衡具有同樣重要的地位。如果活性氧產生和抗氧化系統功能平衡被打破,就會發生氧化應激,破壞生物分子,干擾生物化學反應過程。

    氫氣是近年來最新發現的生物抗氧化劑,通過選擇抗氧化作用對多種氧化應激相關損傷產生保護效應,線粒體是氧化應激的發源地,也是氧化應激的目標,氫氣對線粒體的作用也一直受到學者的關注。最早研究微量氫氣效應的氫氣醫學奠基人日本太田成男在研究氫氣前就是研究線粒體的著名學者,也一直對氫氣保護線粒體的作用十分關注。

    最新這一研究發現,氫氣能刺激大鼠心肌線粒體呼吸鏈電子傳遞能量,提高線粒體產生ATP的速度,使線粒體內ATP水平增加。同時發現氫氣使動物血漿、心肌和心肌線粒體內輔酶Q水平增加,氧化應激水平下降。

    論文作者根據這些研究結果,提出了氫氣效應靶向輔酶Q的新假說。

    在線粒體氧化磷酸化過程中,輔酶Q具有重要的作用,這種物質的三種氧化還原狀態形成的Q循環是電子傳遞的核心過程。輔酶Q有氧化輔酶Q(輔酶Q,泛酚)、自由基輔酶Q(半醌)和還原輔酶Q(泛醌)。這些類型的輔酶Q相互轉化,可發揮電子傳遞的基本功能。論文作者認為,當輔酶Q被還原時,細胞膜脂質過氧化損傷可被還原。提高還原型輔酶Q水平能刺激線粒體電子傳遞過程,增加線粒體內復合物I和復合物II向復合物III傳遞電子,這提高了線粒體電子傳遞的效率,增加了ATP的產生。這一研究結果提示,氫氣分子能保護和治療那些破壞心肌線粒體功能的疾病。

    最新這一研究來自斯洛伐克科學院心臟研究所Jan Slezak教授課題組,論文發表在Can J PhysiolPharmacol. 2019 Sep 19. doi: 10.1139/cjpp-2019-0281

    這一研究也能進一步拓展,一切破壞線粒體的疾病,都可以用氫氣產生可能的治療效果。線粒體是一切細胞的能量基礎,保護線粒體,是保護細胞的關鍵,氫氣作用的強大,可見一斑。


圖.線粒體電子氧化磷酸化電子傳遞過程(PQ就是輔酶Q)

    拓展閱讀:

    線粒體的核心功能就是產生ATP,實現這一功能的關鍵基礎就是氧化磷酸化,也叫電子傳遞鏈。電子傳遞鏈發生過程中,通過把質子進行跨膜逆濃度搬運,增加質子跨膜濃度差增加質子電(電荷)化學(濃度)梯度,質子電化學梯度驅動質子跨膜返流釋放的能量驅動ATP酶合成ATP,這就是上世紀生命科學領域最著名的偉大科學發現,化學滲透偶合學說。

    尼克萊恩教授認為,線粒體產生ATP的化學滲透學說,是一個違反直覺的重大發現,也是真正意義的偉大發現,其地位應該遠遠超過DNA雙螺旋結構的發現。因為這涉及到自然界最重要的過程,物質能量和信息是圍繞生命過程的三大核心內容,其中能量傳遞的地位應該超過信息的傳遞,例如遺傳信息的傳遞,因為信息傳遞必須是在能量傳遞的驅動下才能得以實現。但人類對DNA的發現過度關注,但對線粒體產生能量的關鍵發現過于忽視,這是及其不公平的。

深入理解線粒體的功能,推薦讀書尼克萊恩的《生命的躍升》

    從地球形成之初的沉寂與荒蕪,到如今生機勃勃的藍色星球上多姿多彩、林林總總的生命。生命是怎樣從無到有,又是怎樣跨過關鍵演化步驟的呢?在《生命的躍升:40億年演化史上的十大發明》一書中,生物化學家尼克·萊恩對此進行了深入而又精妙的闡述。

    全書分10個章節,包括生命的起源,遺傳物質DNA的產生,光合作用是如何出現的,復雜的真核細胞的產生過程,作者以深厚的學術功底和敏銳的洞察力,結合多個學科的最新科研成果,從最初在深海熱泉中生命的起源到人類意識的誕生,從植物光合作用的產生到動物運動能力的獲得,從在微小細菌中脫穎而出的真核細胞到出現于中生代并最終在新生代大放異彩的熱血動物,講述了一個個精彩的故事。

    本文摘自微信公眾號《氫思語》,作者:孫學軍

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