第七章 线粒体疾病的遗传
第6章线粒体遗传病-第七章线粒体疾病的遗传
第6章线粒体遗传病-第七章线粒体疾病的遗传（一）A型选择题1．下面关于mtDNA的描述中，那一项是不正确的A．mtDNA的表达与核DNA无关B．mtDNA是双链环状DNAC．mtDNA转录方式类似于原核细胞D．mtDNA有重链和轻链之分E．mtDNA的两条链都有编码功能2．mtDNA中编码mRNA基因的数目为A．37个B．22个C．17个D．13个E．2个3．线粒体疾病的遗传特征是A．母系遗传B．近亲婚配的子女发病率增高C．交叉遗传D．发病率有明显的性别差异E．女患者的子女约1/2发病4．最早发现与mtDNA突变有关的疾病是A．遗传性代谢病B．Leber遗传性视神经病C．白化病D．分子病E．苯丙酮尿症5．下列哪种是线粒体基因不可能发生的突变（）A.碱基的缺失B．碱基的插入C.拷贝数增加D．拷贝数减少E．动态突变6．由于线粒体DNA缺失引起的线粒体遗传病是()。
A．Kearn-Sayre综合征(KSS)B．肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维病C.Leber遗传性视神经病D．MELAS综合征E．遗传性痉挛型截瘫（二）某型选择题1．下面关于线粒体遗传系统的正确描述是A．可编码线粒体中全部的tRNA、rRNAB．能够独立复制、转录，不受nDNA的制约C．在细胞中有多个拷贝D．进化率极高，多态现象普遍E．所含信息量小2．线粒体异质性A．指长度异质性B．指序列异质性C．发生率与年龄相关D．在神经、肌肉系统中发生率高E．高发于Ｄ环区，导致线粒体疾病3．“阈值效应”中的阈值A．指细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例B．易受突变类型的影响C．个体差异不大D．有组织差异性E．与细胞老化程度无关4.下面哪些组织容易受到线粒体DNA突变的影响()A．大脑B．骨骼肌C．心脏D．肝脏E．脾脏5．mtDNA高突变率的原因是A．缺乏有效的修复能力B．基因排列紧凑C．易发生断裂D．缺乏非组蛋白保护E．复制频率过低（三）名词解释1．mtDNA2．异质性3．阈值效应（四）问答题1．什么是mtDNA？它有什么特性？2．说明线粒体的遗传规律和发病规律。
线粒体遗传病
线粒体遗传病简介线粒体遗传病是一类由线粒体异常导致的遗传疾病，通常会影响身体的能量产生和细胞功能。
线粒体是细胞内的一个细小器官，负责生产细胞所需的能量（ATP）。
线粒体有自己的DNA，其中编码了一小部分参与线粒体功能的蛋白质。
线粒体遗传病可以通过遗传给下一代，也可以在个体发生随机突变时产生。
线粒体结构和功能线粒体是细胞的动力中心，它们是细胞内的能量生产工厂。
线粒体提供细胞所需的大部分ATP，以供细胞的各种生化反应和功能运作。
线粒体有自己的DNA，称为线粒体DNA（mtDNA）。
mtDNA是环状的，由37个基因编码，其中包括13个编码蛋白质、22个编码转运RNA和2个编码核糖体RNA。
这些蛋白质参与线粒体内的能量产生，并与细胞核中编码的蛋白质相互协作。
线粒体遗传病可能是由于mtDNA中的突变导致的。
这些突变可以影响线粒体蛋白质的功能，进而影响细胞的能量产生和其他线粒体相关功能。
线粒体遗传病的类型线粒体遗传病有多种不同的类型，其临床表现和症状也有很大的变化。
下面是一些常见的线粒体遗传病类型：韦尔尼柯-霍夫综合征韦尔尼柯-霍夫综合征是一种常见的线粒体疾病，具有多系统受累的表现。
病人通常会表现为进行性视力丧失、耳聋、心肌病、神经肌肉病等症状。
米尔瓦-格拉斯病米尔瓦-格拉斯病是一种罕见的线粒体疾病，主要影响心血管和神经系统。
症状可能与心肌病、运动障碍和智力障碍有关。
卡尼特-鲍尔病卡尼特-鲍尔病是一种遗传性神经肌肉病，病人通常会表现为进行性肌无力、运动障碍和呼吸衰竭等症状。
增生性肌病增生性肌病是一类由线粒体DNA突变导致的肌无力病。
这些突变会导致肌肉的进行性退化和功能障碍。
线粒体遗传病的诊断和治疗线粒体遗传病的诊断通常涉及以下几个方面：1.临床症状评估：医生会根据病人的症状和体征进行初步评估，如视力丧失、肌肉无力、心脏问题等。
2.实验室检测：通过检测血液、尿液或其他组织的线粒体功能和结构指标来帮助诊断，如乳酸、丙酮酸和氨基酸水平的测定，线粒体DNA的测序等。
线粒体遗传病
二、常见线粒体遗传病
1、Leber遗传性视神经病（Leber’s hereditary optic neuropathy,LHON）
又称Leber病。其主要病变为视神经退行性变，发病较 早，表现为急性亚急性视力减退，视神经坏死导致中心视 野迅速丧失最明显。此病发病机制一般认为是由于 mtDNA点突变导致其第11778位精氨酸→组氨酸（多见）
线粒体突变所表现出的临床特征： 除了少数疾病只影响单一组织器官外 （例如Leber遗传性视神经病），多数线粒 体病表现为多种组织器官的功能失调，主要 累及神经系统和肌肉组织，总体上线粒体病 多发于幼年晚期和成年期。 线粒体病一般表现：上睑下垂，近端 肌病，心肌病，痴呆，突发的不能控制的肌 肉收缩，视神经萎缩，失明，耳聋，运动不 耐性，贫血，糖尿病和大脑供血异常。
MERRF综合征又称为肌阵挛性癫痫伴破碎红肌纤维病，是
一种罕见的、异质性母系遗传病，具有多系统紊乱的症状。
听力丧失-共济失调和肌阵挛综合征 大量团块状线粒体聚集于肌细胞中（可被特异性染料染成 红色，—破碎红纤维）。
大脑卵圆核与齿状核有神经元的缺失。
大部分MERRF病例主要为mtDNA第8344位点上A突变为G，
肌、心脏和肝脏更容易受到mtDNA突变的影响，其中脑、
骨骼肌、心肌、肾、肝对ATP依赖性依次下降）
女性携带者的细胞内突变的mtDNA未达到阈值或在某种
程度上受核影响而未发病，但仍可以通过mtDNA突变体向 下代传递。
6、 mtDNA的突变率很高。 是核突变率的10-20倍，这种高突变率造成个体 mtDNA差异极大，任何两个人的mtDNA，都存在 4/1000bp的差异。 运用于亲子鉴定、法医和犯罪学方面 体育科学：运动能力的遗传学研究和运动员选材。 由于有害突变遭受选择而被消除，故mtDNA虽然 普遍但是线粒体遗传病却不常见。
线粒体病的遗传机制及其诊断和治疗研究
线粒体病的遗传机制及其诊断和治疗研究线粒体是细胞内的一个细胞器，主要负责产生能量。
线粒体具有自身的基因组数据，遗传方式是由母亲传递，并且在细胞分裂时也会被遗传到下一代细胞中。
然而，线粒体遗传的特殊性也带来了很多问题，其中就包括了线粒体病。
线粒体病是一种遗传性疾病，其发病机制与线粒体结构、功能异常或缺陷有关，可以影响人体各个器官和系统的功能，严重者甚至会危及生命。
线粒体病包括了多种类型，其中最常见的是线粒体脑肌病，它主要影响中枢神经系统和骨骼肌。
线粒体病的遗传机制非常独特，它是通过一种被称为“共生突变”的方式遗传的。
共生突变是指在母亲的卵细胞中，线粒体细胞质中的某些基因发生突变，这些突变会被遗传到下一代后代中。
因为线粒体基因组很小，只包含有37个基因，所以它容易发生突变，且很容易传递给下一代。
线粒体病的诊断方法也很特殊，通常是通过检测患者的血液、骨髓细胞、肌肉组织、体液等样本中的线粒体DNA遗传物质来进行。
这是因为线粒体病与细胞内的线粒体有关，而这些样本中的线粒体DNA可以反应出患者体内线粒体的状况。
此外，还可以通过临床症状、家族病史以及神经影像学检查来辅助诊断。
目前，线粒体病的治疗方法并不是很多，只有对症治疗和支持疗法。
对症治疗主要是缓解症状。
比如，对于线粒体脑肌病患者，可通过补充某些微量元素、酶类或药物来改善症状。
而支持疗法主要是通过维持患者体内的能量代谢来缓解症状，包括营养支持、液体补充等。
近年来，随着基因技术和医学技术的不断发展，人们对线粒体病的治疗研究也逐渐深入。
其中，一个被广泛研究和探索的方向是线粒体移植。
线粒体移植是一种将健康的线粒体细胞注入到患者不健康的细胞中，以恢复其功能和代谢能量的治疗方法。
尽管线粒体移植技术目前仍处于实验室研究阶段，并且还需进一步完善和证实其安全性和有效性，但无疑它给线粒体病患者带来了新的希望。
除此之外，干细胞治疗、基因编辑、药物治疗等也是现阶段线粒体病治疗研究的热点方向。
第七章线粒体
H＋ H＋
H＋
H＋
线粒体基质
H＋
H＋
H＋
H＋
电化学梯度推动ATPase合成ATP
化学渗透假说
细 胞 质
线粒体外膜
H＋ H＋
线粒体内膜
H＋
H＋
H＋ H＋
H＋
H＋
复合体 Ⅲ
H＋
复合体 Ⅳ
H＋ H＋
H
ATPase
H＋ H＋ H＋ H＋
ADP
H＋ H＋
ATP
电子传递链 化学渗透假说
线粒体外膜
细 胞 质
第七章 线粒体
Mitochondria
广东医学院基础学院 生物教研室 张华华
生命活动 生命活动需要的能量： 直接来自ATP，主要来自ATP
Mitochondria “Power plants” of the cell
细胞的“动力工 厂”
生物体内的能量代谢
主要能源物质 直接能源物质 ATP 细胞呼吸 释放能 量 用于各项生 命活动
nucleus
cytosol
matrix
线粒体：半自主性细胞器
(Mitochondrion: semiautonomous organelle)
细胞核编码多肽进入线粒体基质的过程
前体蛋白（precursor）：转运入线粒体的蛋白质，
在转运到线粒体之前称为前体蛋白。
导肽：在其N-末端都有一段20～80个氨基酸组成
Leber遗传性视神经病(LHON)
视神经与视网膜神经元退化，发病较早，表现为急性亚急性 视力减退，导致失明。男性发病率为女性5倍，原因不明。
34ATP +CO2+H2O
糖酵解
线粒体遗传病
高通量筛查技术的应用
高通量筛查技术能够同时检测多个样本，提高了 筛查效率，有助于线粒体遗传病的大规模筛查和 早期诊断。
新型治疗策略探索
基因治疗
基因治疗是线粒体遗传病治疗领域的研究热点，通过向患 者体内导入正常的线粒体基因或修复突变基因，以达到治 疗疾病的目的。
线粒体遗传病
演讲人:
日期：
目录
CONTENCT
• 线粒体遗传病概述 • 线粒体结构与功能 • 线粒体肌病 • 线粒体脑肌病 • 遗传咨询与产前诊断 • 研究进展与未来方向
01
线粒体遗传病概述
定义与发病机制
定义
线粒体遗传病是指由于线粒体DNA或核DNA缺陷导致线粒体结构 和功能障碍，ATP合成不足所引起的一组遗传性疾病。
病例分享与讨论
病例分享
某患者因肌无力、肌萎缩等症状就诊， 经肌肉活检和基因检测确诊为线粒体肌 病。经过药物治疗、运动疗法和饮食疗 法等综合治疗后，患者的症状得到一定 程度的改善。
VS
病例讨论
针对该病例，医生们就线粒体肌病的诊断 、治疗及预后评估等方面进行了深入讨论 。大家一致认为，对于线粒体肌病等遗传 性疾病，应加强科普宣传，提高公众对这 类疾病的认识和重视程度，以便更好地帮 助患者及其家庭应对疾病带来的挑战。
预后评估
线粒体遗传病的预后因病情严重程度、治疗及时与否等因素而异。一般来说，早 期发现、及时治疗可改善患者的预后。同时，患者的心理状况、家庭支持等也对 预后产生重要影响。
02
线粒体结构与功能
线粒体基本结构
外膜
平滑的膜结构，主要起界限作用，含有孔蛋白可允 许某些分子通过。
说明线粒体的遗传规律和发病规律
说明线粒体的遗传规律和发病规律
说明线粒体的遗传规律和发病规律
线粒体的遗传规律是一种称为垂直遗传，也常被称为“母系遗传”的遗传规律。
它指的是，个体的线粒体（mtDNA）只能从母亲那里遗传给后代，而不能从父亲那里遗传。
个体线粒体的变异引起的疾病也只能通过母亲传给后代，而父亲不会传播此类疾病。
线粒体发病规律是由于其垂直遗传的特性而产生的疾病，即称为“线粒体遗传性疾病”。
线粒体遗传性疾病是指mtDNA及其相关的基因突变是疾病病因的。
类似的疾病包括Leigh综合征、Kearn-Sayre 综合征、重症多聚糖原病及多发性硬化症等。
线粒体缺陷可能是疾病的部分病因，但不是唯一的原因。
这些疾病也可能与其他遗传因素有关，例如遗传性缺陷、环境因素等。
在某些疾病中，缺陷的线粒体可能是唯一的病因，如Leigh综合征、Kearn-Sayre综合征和重症多聚糖原病。
在其他情况下，线粒体基因突变可能仅是疾病发生的环境因子之一，另一些环境因子也可能对疾病的发生和发展起到累加的作用，如多发性硬化症。
- 1 -。
遗传学归纳2
医学遗传学归纳2医学遗传学归纳2 (1)第七章线粒体疾病的遗传 (1)第八章人类染色体 (3)第九章染色体畸变 (5)第十章单基因遗传病 (6)第十二章线粒体疾病 (10)第十三章染色体病 (11)第十四章免疫缺陷 (14)第十五章出生缺陷 (15)第十七章遗传病的诊断 (16)第十九章遗传咨询 (17)第七章线粒体疾病的遗传1、线粒体基因组：线粒体内含有DNA分子，被称为人类第25号染色体，是细胞核以外含有遗传信息和表达系统的细胞器，其遗传特点表现为非孟德尔遗传方式，又称核外遗传。
2、线粒体基因组结构特点①全长16569bp；②不与组蛋白结合的裸露闭环双链状，内重链外轻链；③重链（H链）富含鸟嘌呤，轻链（L链）富含胞嘧啶。
3、线粒体DNA组成（一）mtDNA分为编码区与非编码区；（二）编码区排列极为紧凑，部分区域重叠，无启动子和内含子，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾；（三）非编码区（D 环）包含H链复制起始点、H链和L链的启动子，以及四个保守序列；（四）mtDNA有37个基因，其中13个编码线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）酶复合体的亚基，即与线粒体的氧化磷酸化功能有关。
①3个编码细胞色素c氧化酶复合体催化活性中心的亚单位（COXⅠ、COX Ⅱ和COXⅢ）；②2个编码ATP合酶复合体2个亚基（A6和A8）；③7个编码NADH-CoQ还原酶复合体的亚基（ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5和ND6）；④1个编码细胞色素b的亚基4、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。
5、线粒体基因组复制（一）特点：①半保留复制；②H链复制的起始点（O H）与L链复制起始点（O L）相隔2/3个mtDNA；③复制起始于L链的转录启动子；（二）复制方式包括D环复制、θ复制、滚环复制（三）D环复制：首先以L链为模板合成一段RNA作为H链复制的引物，在DNA聚合酶作用下，复制一条互补的H链，取代亲代H链与L链互补。
线粒体的遗传规律和发病规律
线粒体的遗传规律和发病规律引言线粒体是细胞内的一个重要细胞器，它参与能量代谢和细胞生命活动的调控。
线粒体不仅拥有自己的DNA（线粒体DNA,mtDNA），还具有一定的遗传规律。
研究发现，线粒体的遗传规律与发病规律密切相关，对于相关疾病的治疗和预防具有重要意义。
线粒体的遗传规律线粒体的遗传规律主要涉及到线粒体DNA的传递和突变。
1. 线粒体DNA的传递线粒体DNA的传递方式与细胞核DNA有所不同。
在人类细胞中，细胞核DNA是由父母双方各贡献一半的基因；而线粒体DNA只由母亲传递给后代。
这是因为在受精卵中，细胞质中的线粒体是由卵细胞提供的，而精子贡献的细胞质被几乎完全丧失。
因此，线粒体的遗传是单亲遗传，只由母系传递给子代。
2. 线粒体DNA的突变线粒体DNA的突变是常见的，突变率比细胞核DNA高。
线粒体DNA的突变主要是由于其自身复制的特点所致。
与细胞核DNA不同，线粒体DNA的复制缺少校对修复机制，容易产生突变。
此外，线粒体DNA还很容易受到氧化应激和其他损伤因素的影响，导致进一步的突变。
线粒体的发病规律线粒体的突变与多种疾病的发生发展密切相关。
主要包括线粒体遗传病和一些与线粒体功能紊乱相关的疾病。
1. 线粒体遗传病线粒体遗传病是由于线粒体DNA突变导致的遗传性疾病。
常见的线粒体遗传病包括Leber遗传性视神经病变(LHON)、MERRF综合征、MELAS综合征等。
这些疾病的发生与线粒体功能异常有关，影响了线粒体能量代谢的过程，导致器官和组织的损伤。
线粒体遗传病表现出明显的家族性遗传特点，且发病年龄和症状表现不一致。
2. 与线粒体功能紊乱相关的疾病除了线粒体遗传病外，线粒体功能紊乱还与一些其他疾病的发生相关。
例如，心肌梗死、中风、癌症等疾病的发生与线粒体功能异常有一定关联。
线粒体功能异常导致能量代谢的紊乱，进而影响细胞的正常生理功能，最终导致各种疾病的发生。
线粒体疾病的诊断和治疗线粒体疾病的诊断和治疗对于患者的生存和生活质量具有重要意义。
7 线粒体遗传病
Schatz分离到完整的线粒体DNA
1981年，测定人mtDNA的DNA序列
1987年，Wallace等提出mtDNA突变可引起疾病
1988年，首次报道mtDNA突变
第一节 人类线粒体基因组
一、mtDNA的结构特点
电镜下的线粒体
mtDNA的结构特征
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 )。
第三节 线粒体疾病的遗传特性
一、母系遗传(maternal inheritance)
虽然一个人的卵母细胞中大约有10万个线粒体， 但当卵母细胞成熟时，绝大多数线粒体会丧失，数目 可能会少于10个，最多不会超过100个，这种线粒体数 目从10万个锐减到少于100个的过程，称为遗传瓶颈。 <100个
10万个
此后经过胚胎细胞早期分裂，繁殖的线粒体会达 到每个细胞含有10 000个或更多。
线粒体是通过分裂方式实现增殖的
脂肪细胞中正在分裂的线粒体电镜照片
二、异质性 如果同一组织或细胞中的mtDNA分子都是一致的， 称为纯质（homoplasmy） 一些个体同时存在两种或两种以上类型的mtDNA 分子，称为杂质（heteroplasmy）
mtDNA结构紧凑， 没有启动子和内含子， 缺少终止密码子，仅以 U或UA结尾。 基因间隔区只有 87bp，占mtDNA总长度 的的 0.5% 。有两段非编 码区
第二节 线粒体基因的突变 一、突变率
mtDNA突变率比nDNA高10～20倍
1. mtDNA中基因排列非常紧凑
2. mtDNA不与组蛋白结合
更高
四、不均等的有丝分裂分离
医学遗传学第七章 线粒体病的遗传课件
（二）多质性、同质性和异质性(polyplasmy、 homoplasmy and heteroplasmy )
一般每个细胞有数千个mtDNA, 即多质性； 如果所有mtDNA分子都是相同的，则为同质性； 如果突变型mtDNA与野生型共存，即异质性。
（2）L链复制起始区(OL)
二、线粒体DNA的复制
mtDNA可进行半保留复制，其H链复制的起 始点（OH）与L链复制起始点（OL）相隔2/3个 mtDNA。
复制起始于L链的转录启动子，首先以L链为 模板合成一段RNA作为H链复制的引物，在DNA
聚合酶作用下，顺时针方向复制一条互补的H链，
取代亲代H链与L链互补。 被置换的亲代H链保持单链状态，这段发生置
第三节 线粒体疾病的遗传特点
由于每个细胞中线粒体DNA拷贝数目可多 达数千，每个线粒体中有若干个DNA分子。
因此，由线粒体DNA突变所引起的细胞病 变就不可能像核DNA突变引起的细胞病变 那么简单。
缺失多发生于体细胞中，引起的疾病常为 散发，无家族史，突变mtDNA随年龄增长 在组织细胞中逐渐积累，故诱发的疾病在 一定的年龄阶段表现并进行性加重。
MERRF：最常见突变是tRNALys基因存在8344 位点 A→G突变，使tRNALys结构中TφC环改变。
LHON：病人ND4基因中存在11778位点上G→A 突变，使NADH脱氢酶亚单位4（ND4）第340位 精氨酸变成了组氨酸，从而影响了线粒体能量的 产生，引进视神经和视网膜神经元退化。
一、线粒体基因组突变类型
（一）点突变
主要为mtDNA序列上碱基替换导致的错义突变。
（二）大片段重组
医学遗传学课件：线粒体病的遗传
三、线粒体基因的转录
① 两条链均有编码功能：重链编码2个 rRNA、12个mRNA和14个tRNA；轻链编 码1个mRNA和8个tRNA；
② 两条链从D-环区的启动子处同时开始以 相同速率转录，L链按顺时针方向转录，H 链按逆时针方向转录；
与nDNA比较，线粒体密码子的第3位更常 见的是A或C，这是线粒体密码子简并性的 主要来源。
丙氨酸（Ala）的tRNA反密码子摆动
密码子
GCU、GCC GCA、GCG
反密码子
核tRNA
线粒体tRNA
3个为构成细胞色素c氧化酶（COX）复合体（复 合体Ⅳ）催化活性中心的亚单位（COXⅠ、COXⅡ 和COXⅢ）
2个为ATP合酶复合体（复合体Ⅴ）F0部分的2个 亚基（A6和A8）
2.非编码区占mtDNA 全长不足1%，包含2个片段：
（1）控制区（D-loop），又称D环区 （displacement loop region，D-loop）：1122bp， 包含H链复制的起始点（OH）、H链和L链转录的 启动子（PH1、PH2、PL）以及4个保守序列 （分别在213~235、299~315、346~363bp和终 止区16147~16172bp）。
（2）L链复制起始区(OL)
二、线粒体DNA的复制
mtDNA可进行半保留复制，其H链复制的起 始点（OH）与L链复制起始点（OL）相隔2/3个 mtDNA。
复制起始于L链的转录启动子，首先以L链为 模板合成一段RNA作为H链复制的引物，在DNA
聚合酶作用下，顺时针方向复制一条互补的H链，
取代亲代H链与L链互补。 被置换的亲代H链保持单链状态，这段发生置
线粒体遗传
A
A
Aa
质、核都融合了
2n
a
a
当小菌落与正常的酵母杂交时，胞 正常菌落 质融合，线粒体均复制，并随机分 核基因 2A：2a=1：1 正常分离 配到子囊孢子中，每个子囊菌都获 得正常的线粒体，小菌落消失。
2、红色面包霉的缓慢生长突变型的遗传
1952年 Marry Mitchell 分离到了一种红色面包霉中的“缓慢生长型” 突变（poky，po） ，这种 poky 突变体生长迟缓，呼吸贫弱，这一性 状跟酵母菌的小菌落一样，也是细胞质遗传的。
AAID的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果。耳聋基因携带者 仅在接触氨基甙类抗生素后才出现听力下降。
（三）MELAS综合征（线粒体脑肌症） MELAS综合征又称为线粒体肌病脑病伴乳酸中毒及中 风样发作综合征。 又称为肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病,是一种线粒体肌 病，它除了具有破碎的肌红纤维和形态异常的线 粒体外，还伴有失调的阵挛性癫痫（周期性抽 搐）。本病有明显的母系遗传特点，患者的母系 亲属常表现一定症状如脑电图异常、扩张性心肌 病等。
80%～90%的患者的mtDNA 的tRNALys基因8344 bp A→G突变；小部分病人 是该基因的8356位存在 T→C突变。 突变使tRNA结构改变， 线粒体蛋白质合成受阻， 产生了一系列MERRF特定 的翻译产物，而几乎所 有氧化磷酸化成分含量 都减少。
MERRF综合征家族成员mtDNA通常为杂质性，氧化 磷酸化酶水平会随年龄的增大而迅速降低。
20 岁以下的个体，其 mtDNA 突变达 95% 时才会出现 MERRF 症状，突变 85% 时表型仍正常； 60-70 岁的人 mtDNA突变在63%时就表现中度异常，突变为85%时则表 现严重症状。
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第七章线粒体疾病的遗传
一、教学大纲要求
1．掌握线粒体遗传、线粒体疾病、异质性、阈值效应等基本概念。
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．了解线粒体DNA的复制、转录特点。
二、习题
（一）A型选择题
1．mtDNA指
A．突变的DNA B．核DNA C．启动子顺序
D．线粒体DNA E．单一序列
2．下面关于mtDNA的描述中，那一项是不正确的
A．mtDNA的表达与核DNA无关B．mtDNA是双链环状DNA C．mtDNA转录方式类似于原核细胞D．mtDNA有重链和轻链之分E．mtDNA的两条链都有编码功能
3．mtDNA中编码mRNA基因的数目为
A．37个B．22个C．17个D．13个E．2个
4．线粒体遗传不具有的特征为
A．异质性B．母系遗传C．阈值效应D．交叉遗传E．高突变率5．mtDNA中含有
A．37个基因B．大量调控序列C．内含子
D．终止子E．高度重复序列
6．受精卵中的线粒体
A．几乎全部来自精子B．几乎全部来自卵子C．精子与卵子各提供1/2 D．不会来自卵子E．大部分来自精子
7．线粒体疾病的遗传特征是
Ａ．母系遗传Ｂ．近亲婚配的子女发病率增高
Ｃ．交叉遗传D．发病率有明显的性别差异
Ｅ．女患者的子女约1/2发病
8．最早发现与mtDNA突变有关的疾病是
A．遗传性代谢病B．Leber遗传性视神经病C．白化病
D．分子病E．苯丙酮尿症
9．最易受阈值效应的影响而受累的组织是
A．心脏B．肝脏C．骨骼肌D．肾脏E．中枢神经系统10.遗传瓶颈效应指
A．卵细胞形成期mtDNA数量剧减B．卵细胞形成期nDNA数量剧减
C．受精过程中nDNA.数量剧减D．受精过程中mtDNA数量剧减
E．卵细胞形成期突变mtDNA数量剧减
（二）X型选择题
1．下面关于线粒体遗传系统的正确描述是
A．可编码线粒体中全部的tRNA、rRNA
B．能够独立复制、转录，不受nDNA的制约
C．在细胞中有多个拷贝
D．进化率极高，多态现象普遍
E．所含信息量小
2．mtDNA的D环区含有
A．H链复制的起始点B．L链复制的起始点C．H链转录的启动子D．L链转录的启动子E．终止子
3．mtDNA的转录特点是
A．两条链均有编码功能B．两条链的初级转录产物都很大
C．两条链都从D-环区开始复制和转录D．tRNA兼用性较强
E．遗传密码与nDNA相同
4．线粒体DNA复制的特点是
A．复制起始于H链的转录启动子B．按顺时针方向复制
C．复制过程中，H链长时间持单链状态D．两条链的复制起始点相隔2/3个mtDNA E．复制方式以D-环复制为主
5．线粒体异质性
A．指长度异质性B．指序列异质性C．发生率与年龄相关D．在神经、肌肉系统中发生率高E．高发于Ｄ环区，导致线粒体疾病
6．线粒体多质性指
A．不同的细胞中线粒体数量不同B．一个细胞中有多个线粒体
C．一个线粒体中有多个DNA D．一个细胞中有多种mtDNA拷贝
E．一个线粒体中有多种DNA拷贝
7．“阈值效应”中的阈值
A．指细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例B．易受突变类型的影响
C．个体差异不大D．有组织差异性E．与细胞老化程度无关8．下面关于线粒体遗传的不正确描述是
A．同质性细胞可漂变为异质性
B．低突变型mtDNA水平不会引起临床症状
C．突变mtDNA具有复制优势
D．线粒体疾病不随年龄增加而渐进性加重
E．父方的mtDNA对表型无明显作用
9．影响阈值的因素包括
A．组织器官对能量的依赖程度B．mtDNA的突变类型
C．组织的功能状态D．组织细胞的老化程度
E．个体的发育阶段
10．mtDNA高突变率的原因是
A．缺乏有效的修复能力B．基因排列紧凑
C．易发生断裂D．缺乏非组蛋白保护
E．复制频率过低
11．mtDNA的修复机制是
A．转移修复B．光复活修复C．切除修复D．SOS修复E．重组修复
（三）名词解释
1．mtDNA
2．异质性
3．阈值效应
（四）问答题
1．什么是mtDNA？它有什么特性？
2．说明线粒体的遗传规律和发病规律。
3．简述nDNA在线粒体遗传中的作用。
三、参考答案
（一）A型选择题
1．D 2.A 3.D 4.D 5.A 6.B 7.A 8.B 9.E 10.A
（二）X型选择题
1．ACDE 2. ACD 3. ABD 4. CDE 5. ABCD
6. D
7. BD
8. ABD
9.ABCDE 10. ABD 11. AC
（三）名词解释
略。
（四）问答题
1．线粒体DNA约16.5kb，为一种双链环状DNA，由一条重链和一条轻链组成，含37个基因：22个tRNA基因、2个rRNA基因、13个mRNA基因。
与nDNA相比，具有高度简洁型、高突变率、母系遗传、异质性等特点。
2．①高度简洁性：基因内无内含子，整个DNA分子中很少非编码顺序；②高突变率：mtDNA分子裸露；复制时长时间处于单链状态，分子不稳定；缺少有效的修复系统；③异质性：同一个细胞中野生型mtDNA和突变型mtDNA共存；④阈值效应：细胞中突变型mtDNA达到一定数量，能量代谢不足以满足细胞生命活动需要时，才会表现出临床症状；
⑤母系遗传：受精卵中的线粒体几乎全部来自卵子，因此，只有母亲的突变线粒体可以传给后代，临床上表现为母亲发病，子代可能发病，父亲发病，子代正常；⑥与nDNA的遗传密码不完全相同；⑦mtDNA的转录过程类似于原核生物。
3．mtDNA具有自我复制、转录功能，但需要由核DNA（nuclear DNA，nDNA）编码的酶蛋白参与这些过程。
可见mtDNA基因的表达受核DNA的制约；而且线粒体只能合成少部分线粒体蛋白，大部分蛋白由核基因组编码，在细胞质核糖体上合成后转运到线粒体中。
mtDNA必须与nDNA协同作用，才能完成能量代谢过程。
（李晓雯）。