結構生物化學/線粒體疾病
線粒體功能障礙是由線粒體基因組或複製過程中DNA的突變引起的。突變可能是遺傳性的，也可能僅僅是個人本身基因組的隨機突變。患者不需要從父母雙方獲得遺傳突變，一個親本就足以引起這種有害疾病。這些突變導致線粒體效率降低。它們通常也是由活性氧（ROS）相關的壓力效應引起的。在這種情況下，效率較低的線粒體是指線粒體無法產生足夠的能量來支援整個身體。這反過來會導致身體所有不同細胞器的多種疾病。在嚴重的情況下，不僅會發展疾病，甚至可能導致死亡。
線粒體是生物體中產生能量的細胞器，為細胞中的大多數反應提供能量。線粒體存在於植物和動物細胞中；它們幾乎存在於所有細胞中，因為它們是將能量從一種形式轉換為另一種形式所必需的。線粒體產生人體所需的大部分能量；因此，如果沒有它們正常的功能，它們將無法執行細胞在整個身體中完成的許多反應。它們具有許多生理功能；例如，它們將人們攝入的食物轉化為ATP，ATP是一種細胞能夠用來進行細胞完成所需反應的能量形式。
研究表明，線粒體功能障礙與衰老過程和許多其他疾病有關。科學家聲稱，為了維持線粒體功能，必須始終由伴侶蛋白和蛋白酶監控和觀察蛋白質。
伴侶蛋白是幫助其他蛋白質形成多肽鍵的蛋白質。因此，在這種情況下，它們是幫助線粒體蛋白質並透過觀察它們來幫助它們。而蛋白酶是將蛋白質分解成較小成分（如多肽或氨基酸）的酶。
如前所述，如果沒有對線粒體的適當維護，那麼線粒體的效率將會下降。由於可能發生的突變和缺失數量不斷增加，這也會隨著時間的推移影響一個人的衰老。這也損害並阻止蛋白質的翻譯和摺疊。因此，必須有一些科學家想出的東西，稱為蛋白質質量控制 (QC)，以幫助獲得蛋白質的適當結構以及分解已發生突變或錯誤摺疊的蛋白質的蛋白酶。
每個細胞器都有許多基因組，這些基因組編碼電子傳遞鏈的十三種蛋白質。為了產生生物合成和線粒體 DNA，線粒體需要透過裂變和融合進行反應。
裂變會在生物合成過程之前增加細胞內線粒體的數量。此外，它們還能夠將突變的細胞器從降解中分離出來。另一方面，融合是指細胞器混合以具有等量的線粒體部分。
如前所述，如果線粒體 DNA (mtDNA) 中存在大量突變，那麼蛋白質錯誤組裝的風險會更高。因此，為了減少蛋白質錯誤組裝，必須有一些東西阻止線粒體在其 DNA 中產生錯誤。一項研究證明了這一普遍理論。
- 科學家在哺乳動物細胞上進行了實驗。在實驗中，他們阻止了線粒體 DNA 複製的產生，這導致錯誤摺疊的蛋白質增加。
- 這不僅會影響線粒體中的細胞，還可能擴散到身體的其他部位，並導致身體其他部位的疾病。
- 結果還表明，由於長期發生的細胞突變，蛋白質的正常複製、翻譯和摺疊會下降。
線粒體 DNA 錯誤摺疊會導致許多疾病；許多疾病與神經和大腦有關。這是因為神經和大腦需要線粒體產生的能量；線粒體功能障礙就像切斷了發電站的電源。
線粒體疾病已知存在多種型別的症狀
- 其中包括嘔吐、癲癇發作、心臟病發作、肌肉無力或肌肉協調性喪失、痴呆、中風、失明、耳聾、眼瞼下垂、運動耐受性差、生長不良、心臟病、肝病、腎病等等。
- 如果沒有線粒體提供的能量，被診斷患有該病的患者會虛弱無力。這將不允許患者進食、行走、寫作或任何日常活動。
被診斷患有線粒體疾病的人通常很年輕，大約 20 歲左右；但這並不限制該病可能發生在誰身上。他們通常從肌肉協調性喪失的症狀開始，他們感到非常虛弱，並且他們也無法鍛鍊。患有這種疾病的人無法鍛鍊，因為他們的肌肉協調性下降；然而，他們無法做的不僅僅是鍛鍊，他們根本無法進行任何需要體力勞動的活動。
到目前為止，最近的科學尚未找到完全治癒線粒體疾病或完全適合線粒體疾病的治療方法。但是，有一些建議和方法可以幫助解決該病的一些症狀。
- 物理治療是幫助對抗線粒體疾病的眾多方法之一；它可以讓肌肉伸展，這有助於反擊肌肉協調性喪失。
- 另一種治療方法是服用維生素，這可以為患者提供能量，因為由於線粒體功能障礙，他們無法為自己產生足夠的能量。
- 最近的資料還表明，降低翻譯速度可能有助於治療線粒體疾病，因為它會減緩突變翻譯的速度。這反過來會減緩積聚在隔室中的錯誤組裝的蛋白質數量。
活性氧物種（ROS）會在細胞複製過程中損傷線粒體的蛋白質和DNA。這種超氧陰離子是在電子傳遞鏈（ETC）的複合體I和III中產生的，它會嚴重損傷蛋白質。活性氧物種可以透過改變蛋白質的摺疊方式或在DNA中引入突變來損傷細胞。
- 年齡也是受線粒體功能障礙影響的因素；隨著時間的推移，積累在基因組中的DNA損傷會縮短個體的壽命。由於線粒體產生的缺陷蛋白質，這會導致體內細胞器的效率下降。
- 一項研究表明，具有mtDNA突變的小鼠比正常小鼠衰老更快；儘管它們正常生長，但它們確實在失去能力，因為它們體內其他隔室由於線粒體DNA的突變而快速退化。
電子傳遞鏈的複合體I具有許多亞基，在這些亞基中存在或可能存在突變或缺陷。根據生物體，如果個體存在功能障礙，則意味著存在突變或缺陷，從而破壞整個電子傳遞鏈過程。因此，這種現象表明單個核酸（如缺失）的改變將會極大地改變整個反應的結果。因此，需要有效的質量控制機制來去除蛋白質中的缺陷部分，以確保其正確摺疊。
眾所周知，線粒體具有四個隔室，蛋白質在其中合成和摺疊；它們分別是外膜（OM）、膜間隙（IMS）、內膜（IM）和基質。這四個隔室協同工作以產生功能性蛋白質，如果其中一個部分發生錯誤，則整個過程會失衡。
基本上，質量控制機制負責檢查錯誤摺疊的蛋白質，以找出導致蛋白質無法正確摺疊的原因。因此，分子伴侶和質量控制蛋白酶執行這些功能，識別被正常蛋白質包裹的錯誤摺疊的蛋白質。
- 一項研究表明，線粒體中的分子伴侶會執行一些機制，消除或處理錯誤摺疊蛋白質的積累。但如果隔室充滿了最大量的缺陷蛋白質，則會將蛋白質分解成更小的亞基，導致細胞增加轉錄以複製多肽。因此，這表明質量控制機制是靈活的，可以改變以適應任何條件。
整個線粒體中分佈著質量控制蛋白酶，它們與分子伴侶一起掃描並保護線粒體的四個隔室。同樣，它們存在於線粒體中，以防止缺陷蛋白質在每個隔室中積累。
- 外膜含有泛素連線酶，它負責降解卡在外膜中的突變蛋白質。科學家知道這種酶能夠做到這一點，但不知道它是如何做到的。
- 膜間隙應該防止蛋白質在從外膜到內膜的運輸過程中摺疊。它包含蛋白酶HtrA2，但到目前為止，研究尚未顯示出其與調節摺疊蛋白質降解有任何關係。例如，一項針對小鼠的研究發現，缺少蛋白酶HtrA2的小鼠會在幾個月內死於帕金森病，這強烈暗示了該蛋白酶與生物發生有關。
- 下一個隔室，內膜，負責識別正確摺疊和錯誤摺疊的蛋白質。這是由i-AAA和m-AAA蛋白酶完成的；它們協同工作，保護線粒體免受缺陷。這些蛋白酶的獨特之處在於它們具有面向膜間隙和基質的活性位點。
- 線粒體隔室的最後一個隔室是基質；該隔室的蛋白質濃度很高，並由mtHSP70和HSP60處理。這兩種分子伴侶都需要能量才能工作，因為它們依賴於ATP。除了分子伴侶，它們還具有AAA蛋白酶，Lon和ClpXP。它們根據細菌研究推測了這些分子伴侶的功能，因為細菌具有相同的蛋白質。因此，無法確認人類也執行相同的操作。然而，在細菌中，它們被證明能夠識別缺陷蛋白質，一旦發現，就會將其破壞或去除。
為什麼所有這些都很重要？研究人員繼續在這個領域進行實驗和研究線粒體疾病，因為他們想要更多地瞭解這種疾病。目標是幫助儘可能多地治癒或治療患有這種疾病的患者。為了做到這一點，他們必須瞭解這種疾病的病因，以便找到方法來阻礙或阻止mtDNA突變，從而繼續研究。這也很重要，因為這種疾病會導致其他疾病，或者至少根據最近的研究，線粒體功能障礙會導致身體能量下降；因此，它與任何需要能量的細胞反應相關聯。這意味著任何需要能量的疾病都會受到線粒體功能障礙的影響。還有證據表明線粒體疾病與癌症和腫瘤相關聯，這些腫瘤種類繁多，數量眾多。
- 這是一個需要關注的領域，因為目前還沒有針對這種特定疾病的治療方法或治癒方法。
- 另一個觀點是，許多人天生就患有這種功能障礙，而研究尋找治療方法將使數百萬各年齡段的人，尤其是嬰兒，獲得更好的生活方式。此外，這相當於賦予那些尚未體驗過這個世界的新生嬰兒全新的生命。
- 它將為那些患有這種疾病的人帶來希望和快樂，並讓孩子們能夠像其他孩子一樣做一些簡單的事情，比如跑步、走路和正確地吃飯。
這是一個非常重要的研究領域，因為患有這些疾病的人數正在迅速增加，而且還沒有治癒方法。因此，對於研究人員來說，這是一個非常重要且關鍵的課題。
- 根據統計資料，每30分鐘出生一個嬰兒，就會有10個孩子在10歲之前患上線粒體疾病。
- 雖然較少，但也值得關注的是，每200個人中就有一人將在其一生中患上線粒體疾病。
這種疾病在生物學領域相對較新，研究它的人不多，因為它並非每個人都會被診斷出來。由於它並非世界上的每個人都會患上，因此公司不會為研究該主題提供預算。這就是為什麼人們，尤其是研究人員，需要特別關注該主題，因為人們對該主題的瞭解不多；因此，進一步深入研究這個領域將會有更多突破。因此，這將幫助許多患有線粒體疾病的患者。找到治癒或改善這種功能障礙的治療方法可能會導致其他疾病的治癒，例如阿爾茨海默病、帕金森病、糖尿病、高血壓、骨質疏鬆症等等。
- 一項實驗使用小鼠來進行測試。在該實驗中，科學家改變了線粒體DNA序列中的一個核苷酸。該實驗表明，小鼠變得虛弱，因為它的肌肉失去協調性。它還表明，小鼠的健康狀況正在緩慢下降，最終導致心臟病。
- 一種藥物被用來提高阿爾茨海默病患者的思維和功能；這可以透過穩定線粒體來實現。
- 線粒體疾病的另一個聯絡是它可能導致癌症。這是因為細胞核和線粒體之間必須發生訊號傳導。因此，如果線粒體由於功能障礙而無法工作，那麼這將導致癌症。
- 研究人員還發現，糖尿病患者的線粒體效率下降。這表明線粒體在一定程度上導致患者血糖升高。
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