PDF《线粒体呼吸链与活性氧》

生命科学 Chinese Bulletin of Life Sciences 第20 卷第4期2008 年8月Vol.

20, No.

4 Aug.,

2008 文章编号: 1004-0374(2008)04-0519-09 收稿日期:2008-07-21 基金项目:

973 计划(2007CB507400) ;

国家自科学基金(30470837,30270638) * 通讯作者:E-mail: [email protected];

[email protected] 线粒体呼吸链与活性氧 刘树森 (中国科学院动物研究所生物膜与膜生物工程国家重点实验室,北京 100101) 摘要:已知有氧真核生物细胞吸收的氧分子绝大部分都是在线粒体呼吸链末端细胞色素氧化酶上通过 四步单电子还原生成水.但同时也有 1% - 2% 的氧可在呼吸链中途接受单电子或双电子被部分还原生 成超氧(O2 - ・)和过氧化氢(H2O2)作为呼吸作用的正常代谢产物.此种来源于线粒体呼吸链的 O2 - ・和H2O2 不 但在多种病理的氧化损伤中起关键作用,同样它们也是正常生理条件下对多种细胞过程具有基本调控意 义的氧还信号.基于 Chance 实验室约自

20 世纪

70 到90 年代的早期研究贡献以及

20 世纪

90 年代后其他 各实验室的研究新进展,我们聚焦于下述四个相关问题的评述和讨论: (1)由于线粒体内膜面积及其含有 的呼吸链复合体酶活力远远高出细胞中所有膜系数量和相关酶活力之总和,因而线粒体呼吸链产生的 O2 - ・和H2O2 构成生物体内最大数量 ROS 的恒定来源;

(2)线粒体呼吸链复合体 III 的Q循环中 QO 位点中半醌自由 基(UQH・)已明确是 O2 - ・的单电子来源;

还原细胞色素 C-P66SHC 是生成 H2O2 的双电子供体.虽然复合体 I 也是产生线粒体基质内 O2 - ・的主要来源,但由于其确切生成位点尚未明确,在in vivo 条件下能否产生 大量 O2 - ・也尚有争议;

(3)线粒体呼吸链产生 O2 - ・后的分配和跨膜转移涉及其生理病理作用机制和作用靶点 等复杂而重要的问题,直到目前尚未意见一致. 质子和 O2 - ・循环双回路解偶联模型 整合了目前提出 的几种假说的联系点,指出 H+ 和O2 - ・相互作用生成 HO2・ 及其跨膜很可能是这一复杂问题的中心环节, 并与O2 - ・对 脂肪酸 shuttling model 或O2 - ・对 UCPS 激活 模型形成了内在的联系;

(4)线粒体呼吸形 成的 ?P(?ψ 和?pH) 能直接控制呼吸链的 ROS 生成,并以非线性(非欧姆)相关方式通过影响 Q 循环中的 QO 半醌的氧还态和寿命来调节 O2 - ・生成的急速变化,这一发现目前已获多家实验室的证实,业已成为线 粒体学界的广泛共识.这样,线粒体呼吸生成的 ?P,除了在 ATP 合成和离子跨膜转运的经典的生物 能量转换中介功能之外,又具有了调控作为细胞氧还信号分子 ROS 的新功能.线粒体也已不再单纯是 细胞的 动力站 ,业已成为联结线粒体动态结构和功能变化与调节不同细胞事件的多细胞信号级联反 应的整合平台. 关键词:线粒体呼吸链;

Q 循环 Q0 半醌自由基;

ROS 生成与 ?P 呈非线性相关;

?ψ 和?pH 对ROS 的 控制;

ROS 分配和跨膜;

Cyt C-p66Shc 氧还蛋白;

质子驱动力新功能 中图分类号:Q493.8 文献标识码:A Mitochondrial respiratory chain and reactive oxygen species LIU Shu-sen (State Key Laboratory of Biomembrane &

Membrane Biotechnology, Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,China) Abstract: It has been established that most oxygen consumed by aerobic eukaryotic cells is reduced to water through