线粒体在细胞能量代谢及信号转导中起着重要的作用。为了完成其生物学功能，线粒体在细胞中需要形成高度动态的复杂网络结构，这种网络结构处于连续不断的运动、分裂和融合之中。当前，虽然在线粒体运动、分裂和融合的分子机理的研究中获得了很大的进展，但是囿于技术手段，亚细胞水平上线粒体力学性质、动力学行为及其与生物学功能的定量关联仍然没有被充分的研究。基于以上研究现状，本文开展以下两个问题的研究：　　 1.单个线粒体的力学性质及其与生物学功能的关联：　　 线粒体在细胞内形成动态网络状结构的过程中，单个线粒体自身也在不断的运动、变形，因此，单个线粒体的力学性质是线粒体动力学行为的基础。为此，从293T细胞中分离出了线粒体，并采用微管吮吸的技术手段对线粒体的力学响应进行了研究。结果显示，线粒体的直径尺寸呈钟形分布，其最可几直径约为1.0μm；线粒体在微吸管吸吮负压的作用下，膜的变形行为呈现一种从过渡态向平衡态转变的过程，膜张力与面积应变成良好的线性关系，其面积模量约为9 mN·m-1。线粒体膜的变形行为与线粒体缓冲液的物理化学环境及线粒体的生物学功能态相关：降低渗透压可降低线粒体膜的变形能力；相比于中性的pH值.生理酸性和碱性的pH值能降低线粒体膜的变形能力；活跃的呼吸状态能使线粒体膜的变形能力增加，并且这种变形能力的增加不能被呼吸链的解耦剂CCCP或抑制剂Antimycin A所抑制：此外，线粒体膜的变形能力可被线粒体通透性转换的诱导剂Ca2+所调节，并且这种变形能力的改变能被线粒体通透性转换的抑制剂CsA所抑制。上述研究为力学性质如何调控线粒体的生理功能提供了生物力学方面的研究基础。　　 2.胞内线粒体结合和解离动力学行为受细胞周期和细胞骨架解聚剂调控：　　 线粒体分裂和融合的动力学过程是维持胞内线粒体动态网络结构的基本过程。在细胞分裂期，线粒体的分裂和融合动力学行为会发生很大的变化，并且还受到细胞骨架的影响。传统的观点认为线粒体在分裂期会经历一个所谓片断化的过程。在实验中，只能观察到线粒体之间的结合和解离，而不能确定线粒体是否真正发生了融合和分裂。本文在不同的细胞周期及细胞骨架干扰剂的作用下，研究了Hela细胞内线粒体结合和解离动力学行为的变化，并建立了线粒体结合和解离的动力学模型。结果显示：在有丝分裂期，线粒体分裂和融合活性显著增加，线粒体分配到两个子代细胞的过程是通过结合而形成的大线粒体团一分为二的方式实现的；而微管解聚剂Nocodazole可阻碍细胞的有丝分裂，从而使线粒体结合和解离动力学行为趋向于与分裂间期相似；基于本文发展的线粒体结合和解离动力学模型分别拟合发生了结合和解离的线粒体的存活概率—存活时间—体积的实验数据，可获得表观线粒体结合和解离速率常数，分别作为描述线粒体融合和分裂活性的指标。上述研究为建立线粒体在亚细胞水平的分裂和融合动力学行为与调控线粒体分裂和融合的分子机理间的关联提供了研究基础，并且有助于更加深入理解传统上所谓的有丝分裂期的线粒体片断化过程。