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线粒体是真核细胞的能量工厂，同时也参与了许多重要的生理活动。蛋白质组学技术的发展，有助于从整体水平检测线粒体蛋白质在各种生理、病理状态下的动态行为，对于线粒体生理功能的探索，以及相关疾病的研究有着重要的意义。
在第一部分工作中，我们以自发2型糖尿病动物模型Goto-Kakizaki(GK)大鼠为研究对象，运用蛋白质组学策略，系统性地分析了从前糖尿病期到糖尿病初期，这一糖尿病发展的关键阶段中，肝组织线粒体蛋白质及其磷酸化和羟基化修饰的动态变化。伴随着2型糖尿病的产生，许多线粒体相关的生理活动都发生了显著的变化，并且这些变化间存在着高度的协同性——不断升高的血糖和血脂代偿性激活细胞内三羧酸循环、脂肪酸β氧化等物质代谢途径。由此产生的还原性物质NADH、FADH2进一步推动氧化磷酸化活动，产生能量物质ATP，同时也产生活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)，对细胞形成氧化压力。抗氧化及抗凋亡蛋白质表达量的降低，导致细胞的氧化压力进一步增大，其表现之一就是线粒体蛋白质羟基化水平的升高。然而，这些生理活动发生变异的时间进程有着很大的差异。有些在前糖尿病期就已经表现出明显的异常，例如三羧酸循环、脂肪酸β氧化以及氧化磷酸化均被显著激活。这些代谢途径发生变异的时期较早，很可能与2型糖尿病的发病直接相关。然而，处于前糖尿病期的生物体的生理机能仍相对正常，机体仍具备一定的调控能力，通过降低部分物质、能量代谢蛋白质的含量以维持相关代谢途径的稳定，同时通过提高抗氧化蛋白质的表达量以抵御不断增大的氧化压力。一旦机体丧失了这样的调控能力，2型糖尿病便最终产生。此时，许多代谢活动的变异度进一步加大，一些原先没有变化的生理活动此时也表现异常，抗氧化蛋白质的含量开始降低，细胞的氧化压力迅速增大。通过和芯片数据比较，我们发现许多基因在转录水平和翻译水平的变化没有显著的相关性，却在功能模块中较好地统一起来。这不仅提示我们需要整合多种技术手段来全面认识2型糖尿病，还为大规模数据的整合提供了有效的方法。
在研究2型糖尿病的同时，我们还对凋亡过程中线粒体释放的凋亡因子进行了全面的研究。通过在体外环境中诱导线粒体释放凋亡因子，我们建立了一个包含69种蛋白质的线粒体凋亡因子数据集，发现了许多全新的凋亡因子。通过进一步体内、体外实验验证，我们证实了其中一部分蛋白质在凋亡过程中的确会从线粒体中释放出来。在此基础之上，我们对线粒体凋亡因子释放的时序有了一定的了解，为深入理解线粒体在凋亡进程中起的重要作用打下了基础，为寻找新的凋亡标志物以调控手段提供了依据。