有ONE说万：线粒体

记得听李忌老师有关AMPK的报告时，脑子子突然闪现ATP的供应者——线粒体。当时，并未太在意，昨天浏览自闭症的相关内容时，又想起线粒体。原来线粒体疾病（MD）与人类精神病有种一定的联系。

正常的线粒体结构：

线粒体是独特的细胞器，它可以通过氧化葡萄糖和脂肪酸使ADP转化为大部分哺乳动物细胞的能量载体ATP。 一种关键的中间产物乙酰辅酶a来 自于葡萄糖和脂肪酸的氧化以及进一步的三羧酸循环。三羧酸循环会产生还原性黄素腺嘌呤二核苷酸和还原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。他们能够将能量传递到线粒体 电子传递链的一系列反应，称为氧化磷酸化。线粒体有两层膜组成，一个是内膜，一个是外膜。电子传递链定位于线粒体内膜，由五种酶复合物（复合物Ⅰ——Ⅴ） 和两个电子载体（辅酶和细胞色素C）。

在哺乳细胞中，线粒体是唯一的含有自身基因组的细胞器。电子传递链由线粒体DNA和核DNA共同编码。线粒体DNA含有37个基因，这些基因编码复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的13个亚基以及线粒体DNA转录、翻译为电子传递链复合物的组件。其余的电子传递链上的复合物亚基由850多个核DNA编码。核DNA也编码参与糖和脂肪酸氧化的线粒体酶。因此，不管是线粒体DNA还是核DNA，任一基因组突变，都会损伤线粒体功能和电子传递链缺陷。

那么为什么线粒体功能与神经的发育有着密切的联系呢？每个细胞内线粒体的数量都要依靠细胞的能量需要。低能量的细胞例如皮肤细胞有很少的线粒体，而高能量需求的细胞，比如肌肉、肝脏、脑血管上皮和GI细胞，都有许多线粒体。神经的突触是高能量消耗区40，因此它特别依赖于线粒体功能41。线粒体聚集在轴突和树突的节点上，因为这个部位对ATP的而产生，钙的动态平衡以及突触可塑性有重要的作用。线粒体功能障碍可能会导致突触的神经递质释放减少，and neurons that have high firing rates, such as GABAergic interneurons, may be the most adversely affected.（不知如何翻译）

线粒体在脂代谢、信号和修复上也有重要的作用。

后来与舍友谈到线粒体功能障碍与人类健康和疾病，原来线粒体功能障碍可以划分为原发性或继发性。原发性线粒体功能障碍一般指的是直接参与ATP产生的线粒体系统功能的基因缺陷引起的，而继发性的线粒体功能障碍指的是其他的损伤线粒体产生ATP能力的代谢或遗传异常。例如，环境毒素产生的代谢物或者其他代谢系统功能障碍产生的代谢物，特别是不能参与ATP产生的代谢物，能够干扰线粒体生成ATP的能力，导致继发性线粒体功能障碍。

其他报道引起继发性线粒体功能障碍的包括：某种药物；肠道短链脂肪酸，例如丙酸高浓度的肿瘤坏死因子-α脑叶酸缺乏；营养不良 血红素，，或者离子缺陷；一氧化氮升高；谷胱甘肽缺乏； 氧化应激； 或者暴露于环境毒素例如重金属；化学物，PCB或者农药。有些个体发现了和线粒体疾病一致的状况，但是没有基因缺陷和/或不满足线粒体疾病的标准。可能这些个体有继发性功能障碍，或可能有不确定的基因异常。

谈来谈去，舍友提出一个过去见过的开放性问题：生物进化过程中，先有线粒体，还是先有叶绿体？（理由说的通即可）

我第一感觉是先有线粒体，但是总得说出一些道理（科学需要实证）。于是我就撇啦，线粒体是独特的细胞器，在哺乳细胞中，线粒体是唯一的含有自身基因组的细胞器，后来舍友补充道从进化论的角度来看，动物都有线粒体，没有叶绿体，但是有线粒体植物都有叶绿体。听来听去，还是感觉“先有鸡还是先有蛋的问题”？

但是，令人惊奇的是鸡、蛋问题有文献说能证明：

考古学家先是用恐龙化石蛋，证明先有的鸡。位于加拿大阿尔伯塔省的皇家泰瑞尔博物馆恐龙馆馆长弗朗索瓦说：“这个巢穴有着恐龙和鸟类的共有特征，通过对这个巢穴的深入研究，可以帮助我们解决一个古老的难题：到底是先有蛋还是先有鸡。”来自加拿大卡尔加里大学专门研究恐龙繁殖的古生物学家达拉·泽勒尼茨基(Darla Zelenitsky)表 示：“直到现在先有蛋还是先有鸡的问题还没有能够得到解答。但是随着研究的深入，谜底逐渐清晰：恐龙首先建造了类似鸟窝的巢穴，产下了类似鸟蛋的蛋，然后 恐龙再进化成鸟类（鸡也属于鸟类的一种），这很明确，蛋先于鸡之间就存在了。鸡是由这些产下了类似鸡蛋的肉食恐龙进化而成。”哈哈（感觉有点搞笑）！

2010年又有科学家证明：先有鸡还是先有蛋？这是一个经典且常被提起的问题，也是持续数百年的终极哲学与科学之谜。现在，借助先进的运算技术，英国科学家终于揭开这个谜团——答案是先有鸡后有蛋。研究人员发现，鸡蛋的构造取决于在母鸡卵巢中发现的一种蛋白，所以，鸡蛋只有在母鸡体内的时候才存在。这种蛋白称为ovocledidin-17(简称OC-17)，是加速蛋壳发育的催化剂，而蛋壳是保护蛋黄与蛋白所不可或缺的因素，可以让鸡胚胎在里面充分发育。谢菲尔德大学和华威大学的科学家利用一台超级电脑“放大”鸡蛋形成过程。这台超级电脑名为“HECToR”，放在爱丁堡。结果表明，没有OC-17蛋白，鸡蛋的外表部分就无法结晶，形成蛋壳。这种蛋白将碳酸钙转换为构成蛋壳的方解石晶体。方解石晶体发现于许多骨骼和蛋壳内，但母鸡形成方解石晶体的速度比任何物种都快——每24小时生成6克蛋壳。谢菲尔德大学工程材料系的柯林-弗里曼博士说：“有人长期以来就怀疑先有蛋，但我们现在掌握的科学证据证明，其实是先有鸡。科学家在以前就发现了OC-17蛋白，它与鸡蛋形成有关，但在展开细致研究后，我们可以了解到OC-17蛋白其实还控制着鸡蛋形成过程。这是一个非常有趣的发现，各种鸟似乎都具有可从事相同工作的蛋白。”