医学遗传学南方医科大学线粒体遗传病
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☞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。
☞ ATP产生越少，病症涉及的器官越多，症状越严重。最先受损的
是中枢神经系统，其后为骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏和肝脏。
（六）mtDNA的突变率极高
原因： ☞mtDNA中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基因组 内的某一重要功能区域。 ☞mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合。
☞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。
（五）mtDNA具有阈值效应的特性
☞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。
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。
遗传瓶颈效应：10万→2～200
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。
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
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
mtDNA 突变类型主要包括点突变、片段缺失
插入和mtDNA拷贝数目减少。
一、线粒体遗百度文库病的突变类型
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
（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
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。
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
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。
3．熟悉线粒体基因组与核基因组的关系。
4．掌握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
（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
特点：
线粒体基因的转录
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-顺时针，H链-逆时针
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 5. 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
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。
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)。
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。
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
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 UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码 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）
☞mtDNA位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产生的
超氧离子和电子传递产生的羟自由基中，极易受氧化损伤。
☞mtDNA复制频率较高，复制时不对称,缺乏有效的DNA损伤
修复能力。
第二节 mtDNA突变与人类疾病
1987 年发现第一个 mtDNA 突变以来，现已发
现 100 多个与疾病相关的点突变、 200 多种缺失和 重排。
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
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。
腺、肾脏、肝脏对能量的依赖性依次降低。
☞ ATP产生越少，病症涉及的器官越多，症状越严重。最先受损的
是中枢神经系统，其后为骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏和肝脏。
（六）mtDNA的突变率极高
原因： ☞mtDNA中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基因组 内的某一重要功能区域。 ☞mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合。
☞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。
（五）mtDNA具有阈值效应的特性
☞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。
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。
遗传瓶颈效应：10万→2～200
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。
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
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
mtDNA 突变类型主要包括点突变、片段缺失
插入和mtDNA拷贝数目减少。
一、线粒体遗百度文库病的突变类型
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
（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
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。
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
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。
3．熟悉线粒体基因组与核基因组的关系。
4．掌握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
（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
特点：
线粒体基因的转录
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-顺时针，H链-逆时针
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 5. 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
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。
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)。
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。
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
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 UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码 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）
☞mtDNA位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产生的
超氧离子和电子传递产生的羟自由基中，极易受氧化损伤。
☞mtDNA复制频率较高，复制时不对称,缺乏有效的DNA损伤
修复能力。
第二节 mtDNA突变与人类疾病
1987 年发现第一个 mtDNA 突变以来，现已发
现 100 多个与疾病相关的点突变、 200 多种缺失和 重排。
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
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。