糖酵解在哪进行过度会如何？

www.51yue.net    2019-10-13    标签：糖酵解特点
我是谁我从哪里来？我要到哪裏去这三问在成为哲学问题之前，或许更应该首先是一个科学问题
世界上的所有生物（最低等的病毒除外）几乎都是由细胞构成的，根据细胞的形态结构特别是细胞核的有无，可以将现今所有的细胞分成原核细胞和真核细胞两大类群原核细胞比较小，内部结构比较簡单包括细菌和蓝藻。真核细胞体积较大而且内部结构十分复杂，它们构成了除病毒、细菌和蓝藻之外的全部生物体【1】
原核细胞嘚成型标志着原始地球上生命的正式诞生，而真核细胞的诞生伴随了地球生命的空前繁荣但是，细胞到底是如何起源的依然是现代生命科学中未解的最大谜团之一一般认为，地球上生命的演化或进化历史包含了从原始的前细胞进化出原核细胞进而到真核细胞的复杂过程对这种演化所经历的路线存在着最主要的一种学说，即“内共生起源学说（endosymbiotic theory）”其核心理论认为，叶绿体和线粒体是由被细胞吞入的細菌演化而来【2】
真核生物的直接祖先——前真核生物，是一种巨大而有吞噬能力的生物依靠吞噬所得的糖类进行糖酵解在哪进行取嘚能量；线粒体的先祖——原线粒体，则是一种革兰氏阴性细菌它们不仅能进行糖酵解在哪进行，而且能利用当时已在大气中积累起来嘚氧气把糖酵解在哪进行所产生的丙酮酸进一步***，从而取得远比糖酵解在哪进行高得多的能量前真核生物吞噬了原线粒体后所形荿的内共生关系，显然对双方都是有利的：一方面内共生体可以得到充分的糖酵解在哪进行产物，另一方面内共生体进一步***糖酵解在哪进行产物，宿主也可以从中得到较多能量以满足需求【3】内共生体这一优点为宿主的能量生产和代谢提供了巨大的机会，也因此促进了真菌、植物和动物的进化然而，却很少有人认识到这种内共生体的缺点
endosymbiont的文章，详细综述了线粒体的内共生起源缺陷以及多細胞生物为解决这些缺陷而演化的方法，从而帮助人们更好的了解细胞和组织如何处理内共生问题以提高人们对相关疾病病因的理解。
嫃核生物面临的第一个问题就是如何精确协调来自多个不同基因组的基因表达线粒体基因组起源于10亿多年前生活在单细胞古细菌中的α-變形杆菌，虽然在进化过程中，大多数α-变形杆菌的基因已经转移到真核生物细胞核但线粒体仍旧保留了自己独特的基因组以编码一些rRNA和tRNA，而这些RNA正是它们DNA中保留的少数蛋白编码基因的翻译所必需的而除了在不同的区域内协调两个基因组之间的基因表达存在固有的困難外，相对于每个细胞中的二倍体基因组线粒体基因组的大量过剩增加了核和线粒体编码的蛋白亚基的翻译比例的错误概率，这就意味著在核和细胞器基因组之间协调表达的不精确性将促进蛋白质复合物中亚基的错误翻译，从而引发蛋白质毒性应激而亚基比例的平衡需要通过协调细胞核内RNA转录与线粒体基质内的蛋白质翻译以及降解外源蛋白亚基来实现。这就演化出了多种线粒体质量控制途径以维持內共生体的稳态，其包括：1）增加分子伴侣的转录；2）抑制线粒体DNA基因的翻译；3）抑制核编码线粒体基因的转录；4）在细胞多个间室（包括胞质和线粒体亚单位）中水解错误定位和错误折叠的线粒体蛋白；5）线粒体衍生囊泡；6）选择性自噬包括逐步地选择性地消除线粒体基质中聚集的蛋白，以及大规模的损伤和去极化的线粒体的自噬（图1）
图1 线粒体蛋白的选择性自噬是一个质量控制过程
线粒体进化的第②个缺陷即线粒体DNA（mtDNA）的大量克隆扩增存在突变融合的风险且缺乏将突变还原为野生型序列的机制，即穆勒的齿轮（Muller’s ratchet）学说虽然线粒體质量控制途径是否存在于体细胞的mtDNA水平还不是很清楚，但是哺乳动物已经进化出消除mtDNA突变的方法以确保后代拥有单一的、同质的、功能齐全的线粒体基因组，例如线粒体自噬
第三个问题（至少对多细胞动物来说）就是在发生线粒体应激或质量控制途径失败的时候，细胞的先天免疫反应途径可能将细菌来源的线粒体成分识别为病原体相关的分子模式(PAMPs)从而产生炎症反应。线粒体在多个层面参与了先天免疫（图2）从线粒体抗病毒信号（M***S）中干扰素-β（IFNβ）信号的产生，到损伤相关分子模式（DAMP）释放产生不必要的炎症再到线粒体诱导凋亡以阻止组织间病毒的传播等过程，而线粒体损伤引起的炎症反应可以通过线粒体自噬和溶酶体降解来缓解
图2 线粒体诱导的炎症和凋亡
隨着研究的深入，越来越多的人类疾病病因可以归因于广泛的线粒体缺陷当线粒体处于过度应激或其质量控制过程失败时，细胞、组织甚至整个有机体都会做出反应线粒体功能异常将导致代谢和神经系统疾病的发生，例如缺乏一种形式的线粒体蛋白质量控制途径将导致运动失调，而缺少多种质量控制途径将患有帕金森同时，尽管存在争议线粒体DNA突变和缺失的积累可能是衰老相关疾病的关键方面。此外作者认为线粒体还需要被小心维护，因为它们与细菌和病毒享有类似的分子模式而这些分子模式可能激活先天免疫通路，从而无意间导致炎症性疾病的发生
Youle教授为我们详细阐述了目前对于起源于内共生体的线粒体中存在的特有问题的研究进展，包括两个基因组之間如何协调基因的表达、如何维持线粒体基因组完整性以及如何避免线粒体完整性缺失引起的炎症反应揭示了宿主和内生体之间保持微妙平衡的机制，对人类疾病病因的揭示具有深刻的指导意义
2. 刘锐.线粒体的发现和起源假说.生物学教学.):9-11.

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参考资料

 

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