1、第一節線粒體DNA得結構與功能特征、mtDNA得結構特征mtDNA就是惟一存在于人類細胞質中得DNA分子，獨立于細胞核染色體外得基因組，具 有自我復制、轉錄與編碼功能。人mtDNA由16 569bp組成，雙鏈閉合環狀，其中外環DNA單 鏈由于含G較多，C較火 使整個外環DNA分子董較大，稱為重鏈(heavy chain)或H鏈；而內 環DNA單鏈則C含量商，G含董低，故分子量小，稱為輕鏈(I ight chain)或L鏈。mtDNA得兩 條鏈都有編碼功能，除與復制及轉錄有關得一小段D環區(di spIacement Ioop)無編碼基因外, 基因間無內含子序列；部分基因有重疊現象，即前一個基因

2、得最后一段堿基與下一個基因得 第一段堿基相重疊(圖6-1) o因此,mtDNA得任何突變都會累及到基因組中得一個宜要功能區 域。mtDNA含有37個基因，其中兩個rRNA基因(16SrRNA, 12SrRNA), 22個tRNA基因，13個蛋 白質基因(包括1個細胞色素b基因，2個ATP晦亞單位得基因。coxnilATPau 8% Complex 1 匚tRKAsCytocbiomel) Complex: 4 xRNAs圖6T人線粒體基因圖譜Figure 6-1 Map of the human mi tochondr i a I genomeBox 6x 1 The Iimited auto

3、nomy of the mitochondrial genomeEncoded byEncoded byMitochondr ialnucleargenomegenomeponents of oxidative phosphorylation 13 subunits80 subunitssystem7 subunits41 subunitsI NADH dehydrogenase0 subunits4subunitsII Succinate CoO reductase1 subunits10 subunitsIII Cytochrome b-c1 plex3 subunits10 subuni

4、tsIV Cytochrome c oxidase plex2 subunits14 subunitsV ATP synthase plex24飛0NoneNone飛0Al I, e . g xmitochondr iaI enzymes and proteinsponents of protein synthesis apparatus 22 tRNAs tRNA ponents2 rRNAsrRNA ponentsNoneRibosomaI proteinsNoneOther mitochondriaI proteins與7個呼吸鏈脫氫酶亞單位得基因）。位于D環區得HSP（heavy st

5、rand promoter）與 LSP（I ight strand promoter）就是線粒體基因組轉錄得兩個主要啟動子（圖6-1） omtDNA就是裸皓得，不與組蛋白結合，存在于線粒體基質內或黏附于線粒體內膜。在一個 線粒體內往往有一至數個mtDNA（圖62）mtDNA得自我復制也就是以半保留復制方式進行。 復制先從重鏈開始，形成一個約680個堿基得7sDNA,稱D環。在對鼠細胞研究中發現，大多 數得mtDNA均為D環得結構，只有一小部分mtDNA從D環開始合成完整得新生鏈。輕鏈得復 制要晚于重鏈，等重鏈合成過0L之后才開始合成。研究發現mtDNA得復制可以越過赫止期或 間期，甚至可以分布

6、在細胞整個周期。mtDNA得自我轉錄很似原核生物，即產生一個多順反子, 其中包括多個mRNA與散布于其中得tRNA,剪切位置往往發生在tRNA處，從而使不同得mRNA 與tRNA被分離與釋放。Mitochondrial CompartmentsCristae mitochondrialesOuter membraneDNAInner membrane圖6-2線粒體內得DNA二.mtDNA得遺傳學特征仁 半自主性 線粒體DNA能夠編碼自己得mRNA、rRNA與tRNA,合成一部分自身所需得 蛋白質，線粒體得這一功能稱為線粒體得半自主性。線粒體中得大多數蛋白質就是核基因編 碼得，在細胞質中合成。因

7、此，線粒體得生長繁殖就是核-質兩套遺傳系統共同控制得結果（表 61） o表6-1呼吸酶復合體示mtDNA具有半自主性pI exSubunits Nuclear mtDNA141347II440III11101IV13103V141222、母系遺傳（materna 1i nher itance)由于線粒體存在于細胞質中，受精過程中僅精子得細胞核與卵子觸合，產生得合子從卵子得細胞質中得到線粒體與相關得mtDNAo即母親舟 她得mtDNA傳遞給兒子與女兒，再由女兒將其傳遞給下一代，父親從不將其mtDNA傳遞給后 代。由此導致了線粒體遺傳病得傳遞模式與經典孟徳爾性狀得傳遞模式不同（圖6-3） o如 果

8、家族中發現一些男女成員具有相同得臨床癥狀，而且就是從受累得女性傳遞下來，家系分 析又不符合XD遺傳，就應考慮可能就是由于線粒體DNA究變造成得。Mitcchondrial DNA Mitochondrial DNA圖6-3線粒體DNA得母系遺傳3異質性與純質性 異質性（heteroplasmy）表示一個細胞或組織既含有野生型線粒體 基因組又含有究變型線粒體基因紐。當異質性細胞經過有絲分裂與城數分裂時，隨機分離到 兩個子細胞中得究變型與野生型mtDNA得比例發生改變,mtDNA基因型分別向純合究變型與 純合野生型漂變，經過無數次分裂后，細胞中得mtDNA達到純合型，即純質性（homoplasmy

9、）o 純質性就是指一個細胞或組織中所有得線粒體DNA具有相同得基因型。或者都就是野生型序 列，或者都就是扌雋帶一個基因突變得序列（圖6-4） o圖6-4 mtDNA得復制分離4、閾值效應 在雜質性細胞中，突變型與野生型線粒體得比例確定了細胞就是否能瑩短缺，即當究變達到一定得比例時，才有受損表型出現。如果攜帶突變型線粒體數董很少，則產 能不會受到明顯得影響。相反，在含有大量究變型線粒體基因組得組織細胞中，產生得能董可 能不足以維持細胞得正常功能，這就會出現異常性狀，即線粒體病（圖6-5） o換句話說，對于 線粒體病，存在著表型表達得閾值。這種線粒體基因突變產生有害影響得閾值明顯地依賴于 特定細胞

10、或組織對能量得需求。因此，那些高需能得組織，如腦、骨骼肌、心臟與肝，非常容易受到線粒體DNA突變得影響。 害得究變不斷增多。但有害得突變會通過選擇而消除，故線粒體遺傳病表型盡管不常見，突變 得mtDNA基因必然很普遍。mother with mild or no 釣small number ol mothermrtochondria. selected randkxnlygoes into each early egg cell：COntnbutiOft from nwiherCd htn butxift possible from father outcoiriemrtochondnaBot

11、tleneck Effect50% mutantmutantmutant圖6-5 mtDNA得閾值效應child with+= severev (fisaase?+、= mHdisease?cMid witJi no disease?sperm cells (no mtoahondria)5.遣傳密碼得特性 基因得表達需要遺傳密碼，不同生物種類核基因得遺傳密碼就是通用得，然而線粒體所攜帶得遺傳密碼與真核細胞得通用密碼不完全相同。例如線粒體系統使 用得起始密碼就是AUA與AUU.而不就是AUGoAUA與AUU在核基因得通用密碼中為異亮氨酸， 而在線粒體中不用于編碼異亮氨酸。其終止密碼也不相同，線粒體使用得就是AGA或者AG