线粒体与疾病 ppt

D 环 区 包 括 mtDNA 重 链 复制起始点，轻重链转录 的启动子及4个高度保守序 列和终止区。
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线粒体基因组的结构特征
人类的mtDNA含37个基 因 ， 编 码 13 条 多 肽 链 、 22 种tRNA和2种rRNA。13种蛋 白质均是呼吸链酶复合物 的亚单位。
H链编码12种多肽链和
➢线粒体DNA排列紧凑，没有内含子，任何mtDNA的 突变都可能影响其基因组的重要功能； ➢线粒体DNA缺少组蛋白的保护； ➢线粒体DNA容易被呼吸链生成自由基氧化损伤； ➢线粒体中没有DNA损伤的修复系统；
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5. mtDNA具有阈值效应的特性
同质性（homoplasmy） ：在一个细胞或组织中，所有 的线粒体都具有相同的基因组，或者全都是野生型序列，或 者都是携带有同样一个基因突变的序列。
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Albert Claude
• 数量: 与细胞新陈代谢有关
• 分布：线粒体一般均匀分布。但有些细胞分布有一定 的规律，通常分布在功能旺盛，需能较多的部位。
线粒体
鞭毛髓部
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心肌细胞
精子尾部
线粒体的形态
• 可塑性细胞器，多为粒状、杆状或线状 • 直径为0.5～1.0m，长1.5～3.0m
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蝙蝠胰腺细胞线粒体的电镜图
人 mtDNA 是 一 个 长 为 16,569 bp的双链闭合环 状 分 子 ， 外 环 为 重 链 (H
链)，富含G ，内环为 轻链(L链) ，富含C。
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线粒体基因组的结构特征
mtDNA 结 构 紧 凑 ， 没 有内含子，唯一的非编码 区 是 D 环 区 ， 长 约 1,000bp 左右。
而呈颗粒状，所以用希腊语中“线”和“颗粒”对应的两个 词-“mitos”和“chondros” -组成“mitochondrion”来为这种结 构命名。 1900年，美国化学家莱昂诺尔·米歇利斯开发出用具有还原 性的健那绿染液为线粒体染色的方法，并推断线粒体参与某 些氧化反应。
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线粒体的认识历程
线粒体与疾病
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线粒体的认识历程
1857年，瑞士解剖学家及生理学家阿尔伯特·冯·科立 克在肌肉细胞中发现了颗粒状结构。 1890年，德国病理学家及组织学家理查德·阿尔特曼将 这些颗粒命名为“原生粒”（bioblast）。
阿尔伯特·冯·科立克 -
理查德·阿尔特曼
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线粒体的认识历程
1897年，德国科学家卡尔·本达因这些结构时而呈线状时
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Otto Heinrich Warburg
Hans Adolf Krebs
线粒体的认识历程
1946年，阿尔伯特•克劳德推断负责呼吸链的细胞色素氧化酶 和呼吸链中的其他酶位于线粒体。 1967年，O‘Brien和Kalf等在大鼠肝脏细胞的线粒体中发现核 糖体。 1968年， Nass等通过电镜确认了线粒体DNA(mtDNA)的存在。 1976年，完成酵母线粒体的遗传和物理图谱。
结构和功能的大分子复合物以及
大多数氧化磷酸化酶的蛋白质亚
单位，所以线粒体DNA的功能又
受核DNA的影响。
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2. 线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码 不同。
1979年，Barrell 报道了人线粒体DNA所用的遗传密码。
通用遗传密码和线粒体遗传密码的差异
密码子
UGA AUA AGG
线粒体DNA编码
➢有体外实验证实，细胞中最多可含有70－90％的突变
型线粒体DNA 仍不出现呼吸链功能的异常。
➢阈值取决于不同细胞或组织对能量的依赖性。
色氨酸 甲硫氨酸
终止 -
核DNA编码
终止 异亮氨酸 精氨酸
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3. mtDNA为母系遗传。
人类受精卵中的线粒体绝大部分来自卵母细胞。母亲 把线粒体DNA传递给所有的子女，但是只有她的女儿们 将其线粒体DNA传给下一代。这种传递方式被称为母系 遗传。
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4. mtDNA的突变率极高。
线粒体DNA的突变率极高，约比核DNA高10-20倍。
1904年, Friedrich Meves第一次记录了植物中的线粒体。 英国生物学家大卫·基林在1923年至1933年这十年间对线 粒体内的氧化还原链的物质基础进行探索，辨别出反应中 的电子载体--细胞色素。
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线粒体的认识历程
1931年，奥托.海因里希.瓦尔伯因“发现呼吸酶的性质 及作用方式”被授予诺贝尔生理学或医学奖。 1937年，汉斯·阿道夫·克雷布斯发现了三羧酸循环，于 1953年获诺贝尔生理学医学奖。
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mtDNA长度（bp）
85779 19431 366924 490520 13794 19517 17553 16300
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内共生学说
林恩·马古利斯（Lynn Margulis）
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线粒体DNA的遗传学特点
1. mtDNA具有半自主性。
❖线粒体DNA能独立地复制、转
录和翻译。
❖核DNA编码了大量维持线粒体
14 种 tRNA 和 12srRNA 和
16srRNA；L链仅编码1种多
肽链和8种tRNA 。
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几种模式生物mtDNA的长度
源自文库
生物
芽殖酵母 裂殖酵母 拟南芥 水稻 秀丽隐杆线虫 黑腹果蝇 非洲爪蟾 小鼠
学名
Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe Arabidopsis thaliana Oryza sativa Caenorhabditis elegans Drosophila melanogaster Xenopus laevis Mus musculus
异质性（heteroplasmy）：一个细胞或组织中同时具有 突变型和野生型线粒体DNA。
线粒体的异质性是普遍存在的。 突变型和野生型线粒体DNA的比例在不同个体、在个 体的不同组织器官中是不同的。
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线粒体病存在着表型表达的阈值: 当突变型线粒体DNA 达到一定的比例时，才会导致异常性状的出现。
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线粒体的超微结构
•由两层单位膜围成的封闭的囊状结构
• 分为5个部分： 外膜 膜间隙 内膜 嵴 基质
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线粒体基因组
每个细胞含2～100个线粒体，每个线粒体中含有2～10 个环状 DNA--mitochondrial DNA (mtDNA), 位于内膜附 近或基质中。
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25号染色体11
线粒体基因组的结构特征