(11)--5.1线粒体DNA结构特点与遗传特征.ppt

* 第一节 mtDNA的结构特点与遗传特征 * 线粒体DNA的结构特点 ?形态 ?组成 ?基因结构 ?复制 ?D－loop 一、mtDNA的结构特点 * 形态: 裸露、闭合环状双链DNA: H链(富含G)和L链(富含C)。 * 组成：16569bp; 编码22种tRNA，2种rRNA, 13种与氧化磷酸化功能有关的蛋白质。 H链是12种多肽链、2种rRNA和14种tRNA的模板. L链仅是1种多肽链和8种tRNA的模板。 基因结构：无内含子 * D－loop：mtDNA的唯一非编码区, 控制区。 长度：约1000bp 包含： H链复制起始点(OH) H链(PH)与L链(PL)转录启动子 4个高度保守序列 终止区 * 复制： mtDNA能自我复制； H和L链有各自的复制起始点(o), 相隔2/3mtDNA; 反向复制 不同步—D环复制。 * 线粒体DNA的传递特点 ?功能半自主性 ?遗传密码 ?母系遗传 ?高突变率 ?阈值效应 ?增殖特点 二、mtDNA的遗传特征 * （一）半自主性特点 mtDNA具有复制、转录和翻译功能, 称为25号染色体, 或M染色体。 mtDNA复制、转录和翻译功能依赖 于核DNA产物。 线粒体DNA是半自主性复制体。 * 体 系 UGA AUA AGG 线粒体 色氨酸 蛋氨酸 终止密码 核基因组 终止密码 异亮氨酸 精氨酸 （二）遗传密码：线粒体基因组所用遗传密码和通用密码不完全相同。 线粒体的tRNA兼并性较强 32 tRNA(核) 22 tRNA(mt) * （三）母系遗传(maternal inheritance)特征 红色代表线粒体遗传病 * 2. 遗传瓶颈(genetic bottleneck)：卵母细胞成熟过程 中线粒体数目由约10万个减至10~100个的过程。 （四）mtDNA的复制分离特征 1. 细胞分裂时mtDNA复制并随机分配到子细胞。 * 胚胎早期复制，线粒体数目再增殖到＞1万个/细胞。 * 遗传瓶颈和随机分离共同作用的结果，导致同一个体的不同组织细胞，按照所含线粒体基因组不同，分为两类： （五）mtDNA的阈值效应特征 杂质性 heteroplasmy 纯质性 homoplasmy * (异质性)：指细胞内的线粒体是突变和正常型mtDNA的混合体。 杂质性 (同质性)：指细胞内线粒体mtDNA是同一类型的野生型或突变型。 正常纯质性细胞 杂质性细胞 突变纯质性细胞 纯质性 * 杂质性细胞对表型的影响,是否发生线粒体病? 阈值：影响细胞对能量需求的突变型线粒体的最小比例。 取决于突变型线粒体的比例，当超过一定的数值时即发生线粒体病—阈值效应(threshold effect) * 不同组织阈值不同 能量需求高的组织阈值低。 如：脑＞骨骼肌＞心脏＞肾＞肝 不同个体、不同年龄阈值不同 一般随着年龄的增长阈值降低。 * 原因 ?缺乏组蛋白保护； ?暴露于自由基环境中(氧化磷酸化反应产物)； ?无内含子, 直接攻击基因; ?缺乏DNA修复系统。 效率 ?突变率＞核DNA10倍。 ?序列差异大：群体中个体间mtDNA的序列差异平均4/1000bp 。 （六）mtDNA突变率高 * There are about 20,000 to 25,000 total genes in the human genome, and mitochondrial genes are among them. The two DNA strands have significantly different base compositions: the heavy (H) strand is rich in guanines, the light (L) strand is rich in cytosines. * In molecular biology, a displacement loop (替代环,置换环) or D-loop is a DNA structure where the two strands of a double-stranded DNA molecule are separated for a stretch and held apart by a third strand of DNA. The third strand has a base sequence which is complementary to one of th