EP17|粒線體-生物的能量工廠

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1. 幾十億年前，地球被溫暖的海水覆蓋，當時的空氣中充滿了可怕的有毒氣體，大部分的有機體接觸到它之後都死亡了，這種氣體叫做「氧氣」。然而有幾種頑強的細菌在這種惡劣的環境下，學會了如何用氧氣產生能量，逐漸適應嚴苛的環境，這些細菌可以使用氧氣製造了我們現在叫做ATP（三磷酸腺苷）的物質。ATP也被稱為「生物體的能量貨幣」。

2. 當時地球大氣層中富含甲烷、氨氣、水蒸氣組成，當初的生命或說有機體都已經適應我們現在認為的「極端氣候」。一直到現在，我們還是可以發現很多「古細菌」，出現在海底火山耐極高溫、高鹽分、極低溫、零氧氣的環境中。

3. 幾十億年前的大氧化事件（Great Oxygenation Event ），科學家認為可能是藍綠藻大量出現，利用陽光、CO2製造大量的氧氣，古細菌在那時候發生了生物大滅絕，而新一代可以代謝氧氣的細菌就有了巨大生存優勢。

4. 這邊發生了很有趣的事情，不知道是古代細菌為了生存而找了新生代細菌合作，還是新同學細菌入侵古代細菌的體內。兩種不同世代的細胞融合再一起，外面的細胞提供保護（對抗極端環境），內部細胞會利用氧氣與其他養分製造能量：ATP。這是生物學家口中所謂的「內共生理論」（一個「厭氧細胞」把「嗜氧紫色細胞」吃掉了，外層細胞提供保護，內部嗜氧紫色細菌可以消耗並且代謝氧氣）

5. 一直到現在，有細胞核的生物細胞，或稱為真核細胞的內部都有這種細菌，我們把它稱為粒線體( Mitochondrion）。

6. 憑什麼說粒線體是細菌，證據在哪裡？

   • 粒線體有自己的DNA，稱為mtDNA，其形狀與細菌的環狀DNA類似，跟細胞核內的DNA完全分開

   • mtDNA擁有16K base pairs(BPs)，37個基因。而 Nuclear DNA 擁有3.3billion base pairs(BPs)，約2~3萬個基因

   • mtDNA會製造自己的特定蛋白質

   • 粒線體裡的核糖體(蛋白質製造工廠)，不論在大小還是在結構上都與細菌較為相似，而與真核細胞的核糖體差異較大

7. 不像細胞核內的DNA是同時繼承自父母，粒線體中的DNA完全繼承自媽媽。

8. 一個細胞不只一個粒線體 ，每種細胞擁有的數目大不同：

   • 骨骼肌細胞Skeletal muscle cell中有 3~8% 體積是粒線體

   • 肝臟細胞有20%的體積是粒線體

   • 心臟肌肉細胞甚至高達35~40%是粒線體

   • 大腦黑質的單一細胞，估計可能高達200萬個粒線體

9. 粒線體的功能：製造能量、控制細胞凋亡、調控鈣質（啟動神經傳導物質與激素的釋放）、產生熱量。最近研究也建議，粒線體跟神經退化疾病、慢性疲勞、糖尿病、自閉症有關。粒線體功能缺損可能是人體老化的其中一個主要原因。

10. 如何升級、強化你的粒線體？

    • 避免高果糖飲食：同樣的碳水化合物比例下的食物，高果糖的食物會傷害你的mtDNA，所有精緻糖類的食物都要避免

    • 生酮/低碳飲食(Keto/Low Carb)：初步研究建議，酮類可以清除線粒體中的自由基，減少氧化損傷。注意clean Keto vs. Dirty Keto

    • 間歇性斷食(Intermittent Fasting)

    • 曝冷訓練(Cold Exposure)

    • 運動(Exercise)：運動可以刺激身體在大腦、肝臟中產生更多的粒線體。

    • 營養品：

      • 牛磺酸(Taurine)：preliminary 初期試驗，牛磺酸可以改善線粒體功能、改善大腦疾病如癲顯、改善心血管功能，美國心臟醫學會AHA的期刊一缸子研究有提到，不過很多都是動物試驗。

      • 薑黃素(Curcumin)： 動物試驗中，薑黃素可以保護粒線體在高血糖的傷害。

      • PQQ (pyrroloquinoline quinone)： 一種抗氧化物，能改善粒線體功能不足相關的疾病：阿茲海默症和帕金森氏症，以及其他慢性退化性疾病。對於粒線體生長有幫助。

      • CoQ10

        • 1940年代，從牛的心臟分離出來的化合物

        • 人體心臟、腎臟、肝臟中的還有高濃度CoQ10

        • CoQ10可以中和自由基避免氧化壓力的傷害

      • 谷胱甘肽(Glutathione)：粒線體中很重要的抗氧化劑。若希望外源補充的營養品能夠傳送到大腦的話，必須買脂質包覆的型態（Liposomal Glutathione）。而還原型態谷胱甘肽(Glutathione Reduced)比較便宜，但生物利用率較低。食物中：菠菜、酪梨、蘆筍，青花菜（綠花椰菜）等十字花科的蔬菜也可以多少補充谷胱甘肽。

      • 白藜蘆醇：事後被證明很多研究數據造假。*出處

    • 避免環境毒素：空污、吸菸（二手菸）、重金屬砷、殺蟲劑（基改作物可能潛藏較多的殺蟲劑）

參考資料：

內共生理論 (Endosymbiotic Theory)

https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=6669

https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=6671

Why Do We Inherit Mitochondrial DNA Only From Our Mothers?

https://www.nytimes.com/2016/06/24/science/mitochondrial-dna-mothers.html

What are mitochondria?

https://www.medicalnewstoday.com/articles/320875#function

Why Scientists Think ‘Hacking Our Cells’ Could Turn Off the Aging Process

https://www.healthline.com/health-news/hacking-cells-to-reduce-diseases-of-aging