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线粒体是细胞能量工厂,氢气是线粒体保护伞

来源:孙学军 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-09-23 08:54:16

重点提示:论文作者提出了氢气效应靶向辅酶Q的新假说。

线粒体是细胞能量代谢的主要来源。线粒体在发挥代谢功能的同时也产生大量自由基,自由基对线粒体功能产生重要影响。

细胞内活性氧不断产生,其中主要来源之一就是线粒体代谢,也有复杂的抗氧化防御系统,两者形成一个动态平衡,维持细胞氧化还原状态的稳定,氧化还原稳定是细胞功能发挥的重要基础,氧化还原平衡和酸碱平衡和渗透压平衡具有同样重要的地位。如果活性氧产生和抗氧化系统功能平衡被打破,就会发生氧化应激,破坏生物分子,干扰生物化学反应过程。

氢气是近年来最新发现的生物抗氧化剂,通过选择抗氧化作用对多种氧化应激相关损伤产生保护效应,线粒体是氧化应激的发源地,也是氧化应激的目标,氢气对线粒体的作用也一直受到学者的关注。最早研究微量氢气效应的氢气医学奠基人日本太田成男在研究氢气前就是研究线粒体的著名学者,也一直对氢气保护线粒体的作用十分关注。

最新这一研究发现,氢气能刺激大鼠心肌线粒体呼吸链电子传递能量,提高线粒体产生ATP的速度,使线粒体内ATP水平增加。同时发现氢气使动物血浆、心肌和心肌线粒体内辅酶Q水平增加,氧化应激水平下降。

论文作者根据这些研究结果,提出了氢气效应靶向辅酶Q的新假说。

在线粒体氧化磷酸化过程中,辅酶Q具有重要的作用,这种物质的三种氧化还原状态形成的Q循环是电子传递的核心过程。辅酶Q有氧化辅酶Q(辅酶Q,泛酚)、自由基辅酶Q(半醌)和还原辅酶Q(泛醌)。这些类型的辅酶Q相互转化,可发挥电子传递的基本功能。论文作者认为,当辅酶Q被还原时,细胞膜脂质过氧化损伤可被还原。提高还原型辅酶Q水平能刺激线粒体电子传递过程,增加线粒体内复合物I和复合物II向复合物III传递电子,这提高了线粒体电子传递的效率,增加了ATP的产生。这一研究结果提示,氢气分子能保护和治疗那些破坏心肌线粒体功能的疾病。

最新这一研究来自斯洛伐克科学院心脏研究所Jan Slezak教授课题组,论文发表在Can J PhysiolPharmacol. 2019 Sep 19. doi: 10.1139/cjpp-2019-0281。

这一研究也能进一步拓展,一切破坏线粒体的疾病,都可以用氢气产生可能的治疗效果。线粒体是一切细胞的能量基础,保护线粒体,是保护细胞的关键,氢气作用的强大,可见一斑。

 

图.线粒体电子氧化磷酸化电子传递过程(PQ就是辅酶Q)

拓展阅读

线粒体的核心功能就是产生ATP,实现这一功能的关键基础就是氧化磷酸化,也叫电子传递链。电子传递链发生过程中,通过把质子进行跨膜逆浓度搬运,增加质子跨膜浓度差增加质子电(电荷)化学(浓度)梯度,质子电化学梯度驱动质子跨膜返流释放的能量驱动ATP酶合成ATP,这就是上世纪生命科学领域最著名的伟大科学发现,化学渗透偶合学说。

尼克莱恩教授认为,线粒体产生ATP的化学渗透学说,是一个违反直觉的重大发现,也是真正意义的伟大发现,其地位应该远远超过DNA双螺旋结构的发现。因为这涉及到自然界最重要的过程,物质能量和信息是围绕生命过程的三大核心内容,其中能量传递的地位应该超过信息的传递,例如遗传信息的传递,因为信息传递必须是在能量传递的驱动下才能得以实现。但人类对DNA的发现过度关注,但对线粒体产生能量的关键发现过于忽视,这是及其不公平的。

从地球形成之初的沉寂与荒芜,到如今生机勃勃的蓝色星球上多姿多彩、林林总总的生命。生命是怎样从无到有,又是怎样跨过关键演化步骤的呢?在《生命的跃升:40亿年演化史上的十大发明》一书中,生物化学家尼克·莱恩对此进行了深入而又精妙的阐述。

全书分10个章节,包括生命的起源,遗传物质DNA的产生,光合作用是如何出现的,复杂的真核细胞的产生过程,作者以深厚的学术功底和敏锐的洞察力,结合多个学科的最新科研成果,从最初在深海热泉中生命的起源到人类意识的诞生,从植物光合作用的产生到动物运动能力的获得,从在微小细菌中脱颖而出的真核细胞到出现于中生代并最终在新生代大放异彩的热血动物,讲述了一个个精彩的故事。

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