第六章-医学遗传学-线粒体遗传病
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链先复制，另一条链保持单链而被取代；当一 条链复制到一定程度时才暴露出另一条链的复 制起点，另一条链才开始复制。
复制方式为半保留复制，由线粒体的 DNA聚合酶完成。 H链复制起始点(OH)与L链复制起始点(OL)相隔2/3个mtDNA。
线粒体基因的转录
特点：
1. 两条链均有编码功能
2. 两条链从D-环区的启动子处同时开始以相同的速 率转录，L链按顺时针方向转录，H链按逆时针方向转录 3. mtDNA的基因之间无终止子 4. tRNA基因通常位于mRNA基因和rRNA基因之间
第六章 线粒体遗传病 （disease of mitochondrial inheritance)
南方医科大学医学遗传学教研室
熊 符 副教授.phD
xiongfu@fimmu.com
本章重点
1．掌握线粒体疾病、异质性、阈值效应、母系遗传、遗 传 瓶颈等概念。 2．掌握线粒体DNA的结构与遗传特点。
wk.baidu.com
人类的 mtDNA 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。
线粒体的 H 链是 12 种 多肽链、 12S rRNA 、 16S rRNA和14种tRNA的转录模 板， L 链是 1 种多肽链和 8 种tRNA转录的模板。
mtDNA与nDNA不同
1.其分子上无核苷酸结合蛋白，缺少组蛋白的保护; 2.线粒体内无DNA损伤修复系统，mtDNA易发生突变并容易得到 保存; 3.每个线粒体内含有2～10个拷贝的mtDNA分子; 4.每个细胞可具有数千个mtDNA分子 。
线粒体DNA的复制
D环复制（取代环复制）：不对称复制。
特点：两条链的复制起点不在同一点上，一条
（一）mtDNA具有半自主性
线粒体是一种半自主细胞器，受线粒体基因组
和核基因组两套遗传系统共同控制 。
☞mtDNA编码13种蛋白质，绝大 部分蛋白质亚基和其他维持线 粒体结构和功能的蛋白质都依 赖于nDNA编码，在细胞质中合 成后，经特定转运方式进入线 粒体 。 ☞ mtDNA基因的表达受nDNA的 制约，线粒体氧化磷酸酶化系 统的组装和维护需要nDNA和 mtDNA的协调，二者共同作用参 与机体代谢调节。
☞能引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA的最少数量称阈值。
☞线粒体病发病有一阈值，只有当异常mtDNA超过阈值时才发病。
☞不同的组织器官对能量的依赖程度不同，脑、骨骼肌、心脏、胰
腺、肾脏、肝脏对能量的依赖性依次降低。
3．熟悉线粒体基因组与核基因组的关系。
4．熟悉几种常见的人类线粒体疾病。 5. 了解线粒体DNA的复制、转录特点。
power plant
1894年，德国Altmann首次发现线粒体，并命
名为bioblast
1897年，Benda正式命名为mitochondrion(线粒体)
1963年，Nass在鸡胚中发现线粒体中存在DNA
☞机制：杂质性细胞经过有丝分裂和减数分裂，随机 分离到两个子细胞中的突变型和野生型mtDNA的比例发 生改变，分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经过 无数次分裂后，细胞达到纯合型。
复制分离：随机分配导致mtDNA异质性变化的过程。
遗传瓶颈效应：10万→2～200
（五）mtDNA具有阈值效应的特性
5. mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同
6. 线粒体中的tRNA兼用性较强，1个tRNA可以识别 几个简并密码子
二、线粒体DNA的遗传学特征
mtDNA半自主性
mtDNA遗传密码与通用密码不完全相同
mtDNA为母系遗传
mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制 分离
mtDNA具有阈值效应的特征 mtDNA的突变率很高
Schatz分离到完整的线粒体DNA
1981年，剑桥大学Anderson小组测定人mtDNA
的完整DNA序列，称为“剑桥序列”。
1987年，Wallace提出mtDNA突变可引起疾病
第一节 线粒体DNA的结构特点与遗传特征
线粒体基因组
线粒体是细胞质中独立的细胞器，也是动 物 细 胞 核 外 唯 一 的 含 有 DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的细胞器。
变，可导致子细胞出现三种基因型：纯合的突变体mtDNA、纯
合的正常mtDNA、突变体和正常的mtDNA的杂合体。
异质性 (heteroplasmy): 由于 mtDNA 突变率极高，使 得一个细胞内同时存在突变型和野生型 mtDNA ，也叫 杂质性。
同质性(homoplasmy):同一组织或细胞中的mtDNA分 子都是一致的，也称做纯质性。
Complex
Subunits
Nuclear
mtDNA
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
41 4 11 13 14
34 4 10 10 12
7 0 1 3 2
83
70
13
（二）线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码不完全等同
UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码 多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由 AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码 AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统 中有4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）
（三）mtDNA为母系遗传
☞母亲将她的mtDNA传 递给儿子和女儿，但只 有女儿能将其mtDNA传递 给下一代。
mtDNA的母系遗传
（四）mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离 ☞人的细胞里通常有上千个mtDNA拷贝，在突变体和正常mtDNA 共存的细胞中，mtDNA在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂
25号染色体
每个正常人的细胞内约有几百到几千个线粒体 每个线粒体内约有2－10 mtDNA拷贝
一、线粒体DNA的结构特点
人 mtDNA 是一个长为 16,569 bp 的双链闭合环 状分子，外环含 G 较多， 称重链(H链)，内环含C较 多，称轻链(L链)。
mtDNA 结构紧凑，没 有内含子，唯一的非编码 区是 D 环区，长 1,122 bp 左右。 D 环 区 包 括 mtDNA 重 链复制起始点，重轻链转 录的启动子。
复制方式为半保留复制，由线粒体的 DNA聚合酶完成。 H链复制起始点(OH)与L链复制起始点(OL)相隔2/3个mtDNA。
线粒体基因的转录
特点：
1. 两条链均有编码功能
2. 两条链从D-环区的启动子处同时开始以相同的速 率转录，L链按顺时针方向转录，H链按逆时针方向转录 3. mtDNA的基因之间无终止子 4. tRNA基因通常位于mRNA基因和rRNA基因之间
第六章 线粒体遗传病 （disease of mitochondrial inheritance)
南方医科大学医学遗传学教研室
熊 符 副教授.phD
xiongfu@fimmu.com
本章重点
1．掌握线粒体疾病、异质性、阈值效应、母系遗传、遗 传 瓶颈等概念。 2．掌握线粒体DNA的结构与遗传特点。
wk.baidu.com
人类的 mtDNA 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。
线粒体的 H 链是 12 种 多肽链、 12S rRNA 、 16S rRNA和14种tRNA的转录模 板， L 链是 1 种多肽链和 8 种tRNA转录的模板。
mtDNA与nDNA不同
1.其分子上无核苷酸结合蛋白，缺少组蛋白的保护; 2.线粒体内无DNA损伤修复系统，mtDNA易发生突变并容易得到 保存; 3.每个线粒体内含有2～10个拷贝的mtDNA分子; 4.每个细胞可具有数千个mtDNA分子 。
线粒体DNA的复制
D环复制（取代环复制）：不对称复制。
特点：两条链的复制起点不在同一点上，一条
（一）mtDNA具有半自主性
线粒体是一种半自主细胞器，受线粒体基因组
和核基因组两套遗传系统共同控制 。
☞mtDNA编码13种蛋白质，绝大 部分蛋白质亚基和其他维持线 粒体结构和功能的蛋白质都依 赖于nDNA编码，在细胞质中合 成后，经特定转运方式进入线 粒体 。 ☞ mtDNA基因的表达受nDNA的 制约，线粒体氧化磷酸酶化系 统的组装和维护需要nDNA和 mtDNA的协调，二者共同作用参 与机体代谢调节。
☞能引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA的最少数量称阈值。
☞线粒体病发病有一阈值，只有当异常mtDNA超过阈值时才发病。
☞不同的组织器官对能量的依赖程度不同，脑、骨骼肌、心脏、胰
腺、肾脏、肝脏对能量的依赖性依次降低。
3．熟悉线粒体基因组与核基因组的关系。
4．熟悉几种常见的人类线粒体疾病。 5. 了解线粒体DNA的复制、转录特点。
power plant
1894年，德国Altmann首次发现线粒体，并命
名为bioblast
1897年，Benda正式命名为mitochondrion(线粒体)
1963年，Nass在鸡胚中发现线粒体中存在DNA
☞机制：杂质性细胞经过有丝分裂和减数分裂，随机 分离到两个子细胞中的突变型和野生型mtDNA的比例发 生改变，分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经过 无数次分裂后，细胞达到纯合型。
复制分离：随机分配导致mtDNA异质性变化的过程。
遗传瓶颈效应：10万→2～200
（五）mtDNA具有阈值效应的特性
5. mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同
6. 线粒体中的tRNA兼用性较强，1个tRNA可以识别 几个简并密码子
二、线粒体DNA的遗传学特征
mtDNA半自主性
mtDNA遗传密码与通用密码不完全相同
mtDNA为母系遗传
mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制 分离
mtDNA具有阈值效应的特征 mtDNA的突变率很高
Schatz分离到完整的线粒体DNA
1981年，剑桥大学Anderson小组测定人mtDNA
的完整DNA序列，称为“剑桥序列”。
1987年，Wallace提出mtDNA突变可引起疾病
第一节 线粒体DNA的结构特点与遗传特征
线粒体基因组
线粒体是细胞质中独立的细胞器，也是动 物 细 胞 核 外 唯 一 的 含 有 DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的细胞器。
变，可导致子细胞出现三种基因型：纯合的突变体mtDNA、纯
合的正常mtDNA、突变体和正常的mtDNA的杂合体。
异质性 (heteroplasmy): 由于 mtDNA 突变率极高，使 得一个细胞内同时存在突变型和野生型 mtDNA ，也叫 杂质性。
同质性(homoplasmy):同一组织或细胞中的mtDNA分 子都是一致的，也称做纯质性。
Complex
Subunits
Nuclear
mtDNA
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
41 4 11 13 14
34 4 10 10 12
7 0 1 3 2
83
70
13
（二）线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码不完全等同
UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码 多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由 AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码 AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统 中有4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）
（三）mtDNA为母系遗传
☞母亲将她的mtDNA传 递给儿子和女儿，但只 有女儿能将其mtDNA传递 给下一代。
mtDNA的母系遗传
（四）mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离 ☞人的细胞里通常有上千个mtDNA拷贝，在突变体和正常mtDNA 共存的细胞中，mtDNA在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂
25号染色体
每个正常人的细胞内约有几百到几千个线粒体 每个线粒体内约有2－10 mtDNA拷贝
一、线粒体DNA的结构特点
人 mtDNA 是一个长为 16,569 bp 的双链闭合环 状分子，外环含 G 较多， 称重链(H链)，内环含C较 多，称轻链(L链)。
mtDNA 结构紧凑，没 有内含子，唯一的非编码 区是 D 环区，长 1,122 bp 左右。 D 环 区 包 括 mtDNA 重 链复制起始点，重轻链转 录的启动子。