线粒体基因组结构功能与遗传特点.ppt

1、医学遗传学 Medical Genetics,徐德林,细胞生物学与遗传学教研室,第一节 线粒体基因组 结构功能与遗传特点,掌握：核外遗传、母系遗传、瓶颈效应、阈值效应、 同质性、异质性的概念；线粒体基因组结构特 征、线粒体基因组遗传特征。 了解：线粒体遗传病传递和发病的机理,教学大纲要求,2. 分布在哪里？,3. 具体结构怎样？,1. 讨论的主体是谁？,4. 有什么作用？,思路,形态结构？,分布？,讨论主体？,线粒体（mitochondrion）,外膜,内膜,外室,内室,细胞有氧呼吸和能量供给场所：产生能量，生成氧自由基，调节程序化细胞死亡, 即细胞凋亡 (apoptosis)。,功 能,因遗

2、传缺陷引起线粒体代谢酶的缺陷导致 ATP 合成障碍，能量产生不足而出现的一组多系统疾病，也称为 线粒体细胞病(mitochondrial cytopathy)。,线粒体病,遗传地位：,第25号染色体,核外遗传 掌握,extranuclear inheritance，也称细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)：在真核生物中，染色体以外的遗传因子所决定的遗传现象。,from DNA Science, 2003.,一、人的线粒体基因组的结构,双链 环状 闭合 裸露,形态特征,掌握,1981年，剑桥大学的Anderson小组测定了人mtDNA的完整DNA序列，称为“剑桥序列”,编

3、码：13种多肽、 22种tRNA 2种rRNA,除D环区(1122 bp)，仅87 bp不参与基因组成 含37个基因，无内含子,序列特征,总长：16,549 bp，,（一）突变率高,mtDNA比nDNA的突变率高1020倍。,为什么高？,裸露；复制频率高，复制不对称 无DNA损伤修复系统 位于内膜附近，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,二、线粒体基因组的遗传特点,（二）半自主性 p69,能够自主复制、转录、翻译，但受nDNA控制,mtDNA不能编码mt功能所需的全部蛋白质 复制、转录、翻译的酶及蛋白因子由nDNA编码 Mt氧化磷酸化系统的组装和维

4、持需nDNA和mtDNA 协同作用,（三）遗传密码与通用密码不同 p70,* 少数遗传密码与通用密码不同；,* 线粒体的tRNA兼用性较强。,.AUU,（四）母系遗传（maternal inheritance）,母亲将mtDNA传给所有子女，但只有女儿可以将 mtDNA传给下一代。,掌握,为什么mtDNA呈现母系遗传？,精子提供的主要是nDNA,“瓶颈”效应掌握,卵细胞成熟过程中mtDNA数量剧减的现象,卵母细胞 10万 卵细胞 2100个 胚胎前期细胞 1万,不完全符合母系遗传,（五）同质性和异质性,1. 同质性(homoplasmy)：,指一个细胞或一种组织的所有mtDNA分 子上某一基因

5、相同。 表现为：或均为野生型，或均为突变型。,掌握,2.异质性(heteroplasmy)：,指mtDNA突变导致某种组织或细胞内野生型和突变型 mtDNA共存。,表现为： 同一个体不同组织 同一组织不同细胞 同一细胞不同mt 同一mt内 含有不同mtDNA拷贝,掌握,2、异质性细胞由于mt复制分离(p71)，两个子细胞中野 生型和突变型mtDNA比例会改变；,1、野生型mtDNA对突变型有保护和补偿作用，mtDNA突 变不会立即产生严重后果；,关于异质性,3、多次分裂后细胞可达到同质性，即mtDNA的基因型分 别向纯合突变型和纯合野生型漂变；,4、分裂旺盛的细胞 （如造血干细胞） 排斥突变

6、野生型同质性细胞,* 哪些细胞易形成纯合野生型同质性细胞？,5、分裂不旺盛的细胞 （如肌细胞） 突变mtDNA具有复制优势 突变型同质性细胞；,* 哪些细胞易形成纯合突变型同质性细胞？,7、细胞是否异常甚至疾病，取决于突变型mtDNA的比例,6、异质性细胞的氧化磷酸化缺陷程度与突变型mtDNA 所占比例成正比,（六）阈值效应掌握,阈值：引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA最小数量,影响因素：,1. 不同mtDNA功能区突变，阈值大小不同 例： tRNA基因点突变：90% mRNA大片段缺失突变：60%,2. 不同组织、同一组织不同功能状态阈值不同 例：线粒体脑病患者，脑细胞有mtDNA突变，但能 维持基本功能需要；癫痫发作时不能满足能量 需求，导致脑细胞死亡；,3. 个体发育阶段不同，阈值不同； 原因：随着个体成长，机体对能量需求增加，阈值降低 例：肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病 60岁：63%,4. 与细胞核遗传背景有关。,重点：,线粒体基因组结构特征、线粒体基因组遗传特征、 母系遗传、mtDNA、同质性、异质性,难点：,瓶颈效应、复制分离、同质性、异质性,练习题： 1. 名词解释：mtDNA、同质性、异质性、母系遗传。 2. 简