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线粒体蛋白质组学研究进展

【关键词】蛋白质组

【关键词】线粒体；蛋白质组

0引言

线粒体拥有自己的DNA（mtDNA），可以进行转录、翻译和蛋白质合成.
根据人类的基因图谱，估计大约有1000~2000种线粒体蛋白，大约有600多种已经
被鉴定出来.线粒体蛋白质只有2%是线粒体自己合成的，98%的线粒体蛋白质是由
细胞核编码、细胞质核糖体合成后运往线粒体的，线粒体是真核细胞非常重要的细
胞器，在细胞的整个生命活动中起着非常关键的作用.线粒体的蛋白质参与机体许
多生理、病理过程，如ATP的合成、脂肪酸代谢、三羧酸循环、电子传递和氧化磷
酸化过程.线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关，如退行性疾病、
心脏病、衰老和癌症.尤其是在神经退行性疾病方面，线粒体蛋白质的研究日益受
到关注.蛋白质组研究技术的产生与发展为线粒体蛋白质组的研究提供了有力的支
持，使得从整体上研究线粒体蛋白质组在生理、病理过程中的变化成为可能.

1线粒体的结构、功能与人类疾病

线粒体一般呈粒状或杆状，也可呈环形、哑铃形或其他形状，其主要化学
成分是蛋白质和脂类.线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质
四个部分.线粒体在细胞内的分布一般是不均匀的，根据细胞代谢的需要，线粒体
可在细胞质中运动、变形和分裂增殖.线粒体是细胞进行呼吸的主要场所，在细胞
代谢旺盛的需能部位比较集中，其主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞
生命活动提供直接能量.催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、
能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶都分布在线粒体
中.这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转
换.线粒体具有独立的遗传体系，能够进行DNA复制、转录和蛋白质翻译.线粒体
不仅为细胞提供能量，而且还与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转
导、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控等有关.许多实验证实，线粒
体功能改变与细胞凋亡［1］、衰老［2］、肿瘤［3，4］的发生密切相关；另外，
有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关，如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼
病，老年性痴呆、帕金森病、2型糖尿病、心肌病及衰老等，有人统称为线粒体疾
病［5］.

2线粒体蛋白质组学研究现状

2.1线粒体蛋白质组的蛋白质鉴定Rabilloud等［6］在1998年，以健康人的
胎盘作为组织来源，分离提取线粒体进行蛋白质组研究，试图建立线粒体蛋白质组
的数据库，为研究遗传性或获得性线粒体功能障碍时线粒体蛋白质的变化提供依据.
他们使用IPG（pH4.0~8.0）双相电泳技术，共获得1500个蛋白点.通过
MALDITOFMS和PMF等技术鉴定其中的一些蛋白点，鉴于当时基因组信息的局限
性，只有46种蛋白被鉴定出来.随着人类基因组图谱的完成，应该有更多的蛋白
点被鉴定出来.Fountoulakis等［7］从大鼠的肝脏中分离线粒体，并分别利用宽
范围和窄范围pH梯度IPG对线粒体蛋白质进行双相电泳，通过MALDIMS鉴定出
192个基因产物，大约70%的基因产物是具有广谱催化能力的酶，其中8个基因产
物首次被检测到并且由一个点构成，而大多数蛋白质都是由多个点构成，平均
10~15个点对应于一个基因产物.Mootha等［8］从小鼠大脑、心脏、肾脏、肝脏
中分离提取线粒体蛋白质，进行线粒体蛋白质组研究，他们参照已有的基因信息共
鉴定出591个线粒体蛋白质，其中新发现了163个蛋白质与线粒体有关.这些蛋白
质的表达与RNA丰度的检测在很大程度上是一致的.不同组织的RNA表达图谱揭示
出线粒体基因在功能、调节机制方面形成的网络.对这些蛋白与基因的整合分析使
人们对哺乳动物生物起源的认识更加深入，对理解人类疾病也具有参考价值.

2.2线粒体亚组分的研究线粒体对维持细胞的体内平衡起着关键作用，因此加
速了人们对线粒体亚组分的研究.线粒体内膜不仅包含有呼吸链复合物，它还包含
多种离子通道和转运蛋白.对线粒体发挥正常的功能起着重要作用.Cruz等［9］
专注于线粒体内膜蛋白质的研究，他们通过二维液相色谱串联质谱技术鉴定出182
个蛋白质，pI（3.9~12.5），MW（Mr6000~527000），这些蛋白与许多生化过程
相关，比如电子传递、蛋白质运输、蛋白质合成、脂类代谢和离子运输.

2.3线粒体蛋白质复合物的研究线粒体内膜上嵌有很多蛋白质复合物，对于线
粒体的功能具有重要作用，应用常规的双相电泳很难将这些蛋白质复合物完整地分
离出来.Devreese等［10］采用Bluenativepolyacrylamidegel
electrophoresis（BNPAGE）分离线粒体内膜上的五个氧化磷酸化复合物，结合