线粒体遗传课件VIP

线粒体遗传课件(一)大小:为较大得细胞器,直径约0、5-1、0um(二)数目:数百至数千不等,代谢旺盛得细胞多;一般随机分布,可自由移动,需能部位比较集中。哺乳动物成熟红细胞:无精子细胞:25个肝细胞:1300个卵母细胞:30万个(三)电镜下结构:双层膜套叠而成得封闭性膜囊结构,内外膜不相连,与细胞质隔离。内膜就是线粒体进行电子传递和氧化磷酸化得主要部位。(四)功能:氧化磷酸化,产生ATP,储积钙离子。1894年,德国学者Altman在动物细胞中现,并称之为:bioblast(生命小体);1897年,正式命名为:mitochondrion;1963年,首次在鸡卵细胞中发现线粒体中存在DNA;同年,分离得到完整得线粒体DNA(mtDNA);1981年发表了线粒体DNA测序结果;1987年Wallace提出mtDNA突变可能引起人类疾病;1988年首次报道线粒体突变。第一节人类线粒体基因组

线粒体内含有DNA分子,就是动物细胞核以外唯一含有遗传信息和表达系统得细胞器,其遗传特点表现为非孟德尔遗传方式,又称核外遗传。

一、线粒体基因组得结构1981年,剑桥大学得Anderson小组测定了人mtDNA完整得序列,被命名为“剑桥序列”。mtDNA就是人类基因组得组成部分,被称为第25号染色体。线粒体基因组全长16569bp;不与组蛋白结合,呈裸露闭环双链状,根据其转录产物在CsCl中密度得不同分为重链和轻链;重链(H链)富含鸟嘌呤,轻链(L链)富含胞嘧啶。

线粒体基因组特点:mtDNA分为编码区与非编码区编码区:保守序列,包括37个基因线粒体基因组构成:2个基因编码线粒体核糖体的rRNA（16S、12S）22个基因编码线粒体中的tRNA13个基因编码与线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）有关的蛋白质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）7个为NADH-CoQ还原酶复合体（复合体Ⅰ）的亚基（ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5和ND6）1个编码的结构蛋白质为CoQH2-细胞色素c还原酶复合体（复合体Ⅲ）中细胞色素b的亚基线粒体基因组遗传半自主性:

mtDNA仅编码13种,绝大部分蛋白质亚基和其她维持线粒体结构和功能得蛋白质都依赖于核DNA(nuclearDNA,nDNA)编码,在细胞质中合成后,经特定转运方式进入线粒体;mtDNA基因得表达受nDNA得制约,线粒体氧化磷酸酶化系统得组装和维护需要nDNA和mtDNA得协调,二者共同作用参与机体代谢调节。mtDNA任何区域得突变都可能导致线粒体氧化磷酸化功能得病理性改变。各基因之间排列极为紧凑,部分区域出现重叠,无启动子和内含子,缺少终止密码子,仅以U或UA结尾。11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流控制区:(Dloop)1122bp,串联重复序列,H链复制起始点,

H链和L链转录启动子,4个保守序列L链复制起始区非编码区:mtDNA突变率极高,多态现象比较普遍。尤其D环区就是线粒体基因组中进化速度最快得DNA序列,极少有同源性。二、线粒体基因转录特点与核基因转录比较,mtDNA得转录有以下特点:两条链均有编码功能两条链从D-环区得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mtDNA得基因之间无终止子,产生巨大得多顺反子结构tRNA基因通常位于mRNA基因和rRNA基因之间mtDNA得遗传密码与nDNA不完全相同碱基摆动:密码子得头两个碱基与相应tRNA上反密码子得第2个和第3个碱基互补配对,而密码子得第3个碱基(3’端)与反密码子5’端碱基得识别有一定得自由度,配对专一性相对较差,被称为碱基摆动。

丙氨酸(Ala)得tRNA反密码子摆动密码子反密码子核tRNA线粒体tRNAGCU、GCCGCA、GCGGGCUGCUGC三、线粒体基因组复制特点mtDNA可进行半保留复制,其H链复制得起始点(OH)与L链复制起始点(OL)相隔2/3个mtDNA。复制起始于L链得转录启动子,首先以L链为模板合成一段RNA作为H链复制得引物,在DNA聚合酶作用下,复制一条互补得H链,取代亲代H链与L链互补。被置换得亲代H链保持单链状态,这段发生置换得区域称为置换环或D环,故此种DNA复制方式称D-环复制。D-环复制第二节线粒体基因得突变一、突变率比nDNA高10－20倍。其原因有以下几点:1、mtDNA中基因排列紧凑,任何突变都可能会影响到其基因组内得某一重要功能区域2、mtDNA就是裸露得分子,不与组蛋白结合3、mtDNA位于线粒体内膜附近,直接暴露于呼吸链代谢产生得超氧离子和电子传递产生得羟自由基中,极易受氧化损伤

mtDNA复制频率较高,复制时不对称4、缺乏有效得DNA损伤修复能力2/3发生于编码tRNA、rRNA得基因1/3点突变发生于编码mRNA得基因1、mtDNA点突变突变发生得位置不同,所产生得效果也不同。二、突变类型

大片段重组包括缺失和重复,以缺失较为常见。大片段得缺失往往涉及多个基因,可导致线粒体OXPHOS功能下降,产生得ATP减少,从而影响组织器官得功能。常见缺失:

8483～13459:Kearns-Sayre综合症(KSS)、缺血性心脏病;

8637～16073:与衰老有关得退行性疾病;

4389～14812:能量代谢受到严重破坏。2、大片段重组AD或AR遗传,与nDNA有关。3、mtDNA数量减少三、mtDNA突变得修复切除修复;转移修复。第三节线粒体疾病得遗传特点

在精卵结合时,卵母细胞拥有上百万拷贝得mtDNA,而精子中只有很少得线粒体,受精时几乎不进入受精卵,因此,受精卵中得线粒体DNA几乎全都来自于卵子,来源于精子得mtDNA对表型无明显作用,这种双亲信息得不等量表现决定了线粒体遗传病得传递方式不符合孟德尔遗传,而就是表现为母系遗传(maternalinheritance),即母亲将mtDNA传递给她得儿子和女儿,但只有女儿能将其mtDNA传递给下一代。

一、母系遗传精子与卵子得差别

线粒体疾病典型系谱线粒体得母系遗传O:卵子,S:精子;A、B、C:子细胞,Z:受精卵一些个体同时存在两种或两种以上类型得mtDNA,这就是由于mtDNA发生突变,导致一个细胞内同时存在野生型mtDNA和突变型mtDNA,称为异质性(heteroplasmy)。二、异质性

如果同一组织或细胞中得mtDNA分子都就是一致得,称为同质性(homoplasmy)。线粒体异质性可分为序列异质性和长度异质性同一个体不同组织、同一组织不同细胞、同一细胞甚至同一线粒体内有不同得mtDNA拷贝;同一个体在不同得发育时期产生不同得mtDNA。

序列异质性:单个碱基得不同长度异质性野生型mtDNA对突变型mtDNA有保护和补偿作用,因此,mtDNA突变时并不立即产生严重后果。

中枢神经系统、肌肉异质性得发生率较高,血液中异质性得发生率较低;在成人中得发生率远远高于儿童中得发生率,而且随着年龄得增长,异质性得发生率增高。不同组织中异质性水平得比率和发生率各不相同:为什么会有上述现象？因为不同组织依赖氧化磷酸化程度不同。线粒体生产得ATP为肌细胞收缩和神经元兴奋提供了主要得能量来源。因此,肌细胞和神经元对线粒体缺陷尤其敏感。这些细胞在能量获得不足和毒性物质堆积得联合作用下,就会产生线粒体肌病和线粒体脑肌病得主要症状。

如心肌、骨骼肌和神经系统,完全依赖氧化磷酸化,因此,Mi病常常表现为肌病和神经系统疾病。典型得Mi病就是Lebe