结构生物化学/线粒体疾病
线粒体功能障碍是由线粒体基因组或复制过程中DNA的突变引起的。突变可能是遗传性的，也可能仅仅是个人本身基因组的随机突变。患者不需要从父母双方获得遗传突变，一个亲本就足以引起这种有害疾病。这些突变导致线粒体效率降低。它们通常也是由活性氧（ROS）相关的压力效应引起的。在这种情况下，效率较低的线粒体是指线粒体无法产生足够的能量来支持整个身体。这反过来会导致身体所有不同细胞器的多种疾病。在严重的情况下，不仅会发展疾病，甚至可能导致死亡。
线粒体是生物体中产生能量的细胞器，为细胞中的大多数反应提供能量。线粒体存在于植物和动物细胞中；它们几乎存在于所有细胞中，因为它们是将能量从一种形式转换为另一种形式所必需的。线粒体产生人体所需的大部分能量；因此，如果没有它们正常的功能，它们将无法执行细胞在整个身体中完成的许多反应。它们具有许多生理功能；例如，它们将人们摄入的食物转化为ATP，ATP是一种细胞能够用来进行细胞完成所需反应的能量形式。
研究表明，线粒体功能障碍与衰老过程和许多其他疾病有关。科学家声称，为了维持线粒体功能，必须始终由伴侣蛋白和蛋白酶监控和观察蛋白质。
伴侣蛋白是帮助其他蛋白质形成多肽键的蛋白质。因此，在这种情况下，它们是帮助线粒体蛋白质并通过观察它们来帮助它们。而蛋白酶是将蛋白质分解成较小成分（如多肽或氨基酸）的酶。
如前所述，如果没有对线粒体的适当维护，那么线粒体的效率将会下降。由于可能发生的突变和缺失数量不断增加，这也会随着时间的推移影响一个人的衰老。这也损害并阻止蛋白质的翻译和折叠。因此，必须有一些科学家想出的东西，称为蛋白质质量控制 (QC)，以帮助获得蛋白质的适当结构以及分解已发生突变或错误折叠的蛋白质的蛋白酶。
每个细胞器都有许多基因组，这些基因组编码电子传递链的十三种蛋白质。为了产生生物合成和线粒体 DNA，线粒体需要通过裂变和融合进行反应。
裂变会在生物合成过程之前增加细胞内线粒体的数量。此外，它们还能够将突变的细胞器从降解中分离出来。另一方面，融合是指细胞器混合以具有等量的线粒体部分。
如前所述，如果线粒体 DNA (mtDNA) 中存在大量突变，那么蛋白质错误组装的风险会更高。因此，为了减少蛋白质错误组装，必须有一些东西阻止线粒体在其 DNA 中产生错误。一项研究证明了这一普遍理论。
- 科学家在哺乳动物细胞上进行了实验。在实验中，他们阻止了线粒体 DNA 复制的产生，这导致错误折叠的蛋白质增加。
- 这不仅会影响线粒体中的细胞，还可能扩散到身体的其他部位，并导致身体其他部位的疾病。
- 结果还表明，由于长期发生的细胞突变，蛋白质的正常复制、翻译和折叠会下降。
线粒体 DNA 错误折叠会导致许多疾病；许多疾病与神经和大脑有关。这是因为神经和大脑需要线粒体产生的能量；线粒体功能障碍就像切断了发电站的电源。
线粒体疾病已知存在多种类型的症状
- 其中包括呕吐、癫痫发作、心脏病发作、肌肉无力或肌肉协调性丧失、痴呆、中风、失明、耳聋、眼睑下垂、运动耐受性差、生长不良、心脏病、肝病、肾病等等。
- 如果没有线粒体提供的能量，被诊断患有该病的患者会虚弱无力。这将不允许患者进食、行走、写作或任何日常活动。
被诊断患有线粒体疾病的人通常很年轻，大约 20 岁左右；但这并不限制该病可能发生在谁身上。他们通常从肌肉协调性丧失的症状开始，他们感到非常虚弱，并且他们也无法锻炼。患有这种疾病的人无法锻炼，因为他们的肌肉协调性下降；然而，他们无法做的不仅仅是锻炼，他们根本无法进行任何需要体力劳动的活动。
到目前为止，最近的科学尚未找到完全治愈线粒体疾病或完全适合线粒体疾病的治疗方法。但是，有一些建议和方法可以帮助解决该病的一些症状。
- 物理治疗是帮助对抗线粒体疾病的众多方法之一；它可以让肌肉伸展，这有助于反击肌肉协调性丧失。
- 另一种治疗方法是服用维生素，这可以为患者提供能量，因为由于线粒体功能障碍，他们无法为自己产生足够的能量。
- 最近的数据还表明，降低翻译速度可能有助于治疗线粒体疾病，因为它会减缓突变翻译的速度。这反过来会减缓积聚在隔室中的错误组装的蛋白质数量。
活性氧物种（ROS）会在细胞复制过程中损伤线粒体的蛋白质和DNA。这种超氧阴离子是在电子传递链（ETC）的复合体I和III中产生的，它会严重损伤蛋白质。活性氧物种可以通过改变蛋白质的折叠方式或在DNA中引入突变来损伤细胞。
- 年龄也是受线粒体功能障碍影响的因素；随着时间的推移，积累在基因组中的DNA损伤会缩短个体的寿命。由于线粒体产生的缺陷蛋白质，这会导致体内细胞器的效率下降。
- 一项研究表明，具有mtDNA突变的小鼠比正常小鼠衰老更快；尽管它们正常生长，但它们确实在失去能力，因为它们体内其他隔室由于线粒体DNA的突变而快速退化。
电子传递链的复合体I具有许多亚基，在这些亚基中存在或可能存在突变或缺陷。根据生物体，如果个体存在功能障碍，则意味着存在突变或缺陷，从而破坏整个电子传递链过程。因此，这种现象表明单个核酸（如缺失）的改变将会极大地改变整个反应的结果。因此，需要有效的质量控制机制来去除蛋白质中的缺陷部分，以确保其正确折叠。
众所周知，线粒体具有四个隔室，蛋白质在其中合成和折叠；它们分别是外膜（OM）、膜间隙（IMS）、内膜（IM）和基质。这四个隔室协同工作以产生功能性蛋白质，如果其中一个部分发生错误，则整个过程会失衡。
基本上，质量控制机制负责检查错误折叠的蛋白质，以找出导致蛋白质无法正确折叠的原因。因此，分子伴侣和质量控制蛋白酶执行这些功能，识别被正常蛋白质包裹的错误折叠的蛋白质。
- 一项研究表明，线粒体中的分子伴侣会执行一些机制，消除或处理错误折叠蛋白质的积累。但如果隔室充满了最大量的缺陷蛋白质，则会将蛋白质分解成更小的亚基，导致细胞增加转录以复制多肽。因此，这表明质量控制机制是灵活的，可以改变以适应任何条件。
整个线粒体中分布着质量控制蛋白酶，它们与分子伴侣一起扫描并保护线粒体的四个隔室。同样，它们存在于线粒体中，以防止缺陷蛋白质在每个隔室中积累。
- 外膜含有泛素连接酶，它负责降解卡在外膜中的突变蛋白质。科学家知道这种酶能够做到这一点，但不知道它是如何做到的。
- 膜间隙应该防止蛋白质在从外膜到内膜的运输过程中折叠。它包含蛋白酶HtrA2，但到目前为止，研究尚未显示出其与调节折叠蛋白质降解有任何关系。例如，一项针对小鼠的研究发现，缺少蛋白酶HtrA2的小鼠会在几个月内死于帕金森病，这强烈暗示了该蛋白酶与生物发生有关。
- 下一个隔室，内膜，负责识别正确折叠和错误折叠的蛋白质。这是由i-AAA和m-AAA蛋白酶完成的；它们协同工作，保护线粒体免受缺陷。这些蛋白酶的独特之处在于它们具有面向膜间隙和基质的活性位点。
- 线粒体隔室的最后一个隔室是基质；该隔室的蛋白质浓度很高，并由mtHSP70和HSP60处理。这两种分子伴侣都需要能量才能工作，因为它们依赖于ATP。除了分子伴侣，它们还具有AAA蛋白酶，Lon和ClpXP。它们根据细菌研究推测了这些分子伴侣的功能，因为细菌具有相同的蛋白质。因此，无法确认人类也执行相同的操作。然而，在细菌中，它们被证明能够识别缺陷蛋白质，一旦发现，就会将其破坏或去除。
为什么所有这些都很重要？研究人员继续在这个领域进行实验和研究线粒体疾病，因为他们想要更多地了解这种疾病。目标是帮助尽可能多地治愈或治疗患有这种疾病的患者。为了做到这一点，他们必须了解这种疾病的病因，以便找到方法来阻碍或阻止mtDNA突变，从而继续研究。这也很重要，因为这种疾病会导致其他疾病，或者至少根据最近的研究，线粒体功能障碍会导致身体能量下降；因此，它与任何需要能量的细胞反应相关联。这意味着任何需要能量的疾病都会受到线粒体功能障碍的影响。还有证据表明线粒体疾病与癌症和肿瘤相关联，这些肿瘤种类繁多，数量众多。
- 这是一个需要关注的领域，因为目前还没有针对这种特定疾病的治疗方法或治愈方法。
- 另一个观点是，许多人天生就患有这种功能障碍，而研究寻找治疗方法将使数百万各年龄段的人，尤其是婴儿，获得更好的生活方式。此外，这相当于赋予那些尚未体验过这个世界的新生婴儿全新的生命。
- 它将为那些患有这种疾病的人带来希望和快乐，并让孩子们能够像其他孩子一样做一些简单的事情，比如跑步、走路和正确地吃饭。
这是一个非常重要的研究领域，因为患有这些疾病的人数正在迅速增加，而且还没有治愈方法。因此，对于研究人员来说，这是一个非常重要且关键的课题。
- 根据统计数据，每30分钟出生一个婴儿，就会有10个孩子在10岁之前患上线粒体疾病。
- 虽然较少，但也值得关注的是，每200个人中就有一人将在其一生中患上线粒体疾病。
这种疾病在生物学领域相对较新，研究它的人不多，因为它并非每个人都会被诊断出来。由于它并非世界上的每个人都会患上，因此公司不会为研究该主题提供预算。这就是为什么人们，尤其是研究人员，需要特别关注该主题，因为人们对该主题的了解不多；因此，进一步深入研究这个领域将会有更多突破。因此，这将帮助许多患有线粒体疾病的患者。找到治愈或改善这种功能障碍的治疗方法可能会导致其他疾病的治愈，例如阿尔茨海默病、帕金森病、糖尿病、高血压、骨质疏松症等等。
- 一项实验使用小鼠来进行测试。在该实验中，科学家改变了线粒体DNA序列中的一个核苷酸。该实验表明，小鼠变得虚弱，因为它的肌肉失去协调性。它还表明，小鼠的健康状况正在缓慢下降，最终导致心脏病。
- 一种药物被用来提高阿尔茨海默病患者的思维和功能；这可以通过稳定线粒体来实现。
- 线粒体疾病的另一个联系是它可能导致癌症。这是因为细胞核和线粒体之间必须发生信号传导。因此，如果线粒体由于功能障碍而无法工作，那么这将导致癌症。
- 研究人员还发现，糖尿病患者的线粒体效率下降。这表明线粒体在一定程度上导致患者血糖升高。
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