2、线粒体DNA的复制★8分钟通过文字、图片等D环复制（取代环复制）：不对称复制。多媒体素材讲解特点：两条链的复制起点不在同一点上，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代：当一条链复制到一定程度时才暴露出另一条链的复制起点，另一条链才开始复制。复制方式为半保留复制，由线粒体的DNA聚合酶完成。H链复制起始点（OH)与L链复制起始点（OL）相隔2/3个mtDNA。前导链起点OH（H链复制起始点）与OL（L链复制起始点）相隔2/3个滞后链起点mtDNA.1、复制起始，先以L链为模板合成H链：2、随着H链延伸，OL暴露，池型链开始以亲代H链为模板逆时针复制L链：3、H链合成结束时，L链只合成了1/3；4、两条链全部复制完成后，RNA引物被切除，缺口封闭。H复制完成L链维纹复制通过文字、图片等3、线粒体基因的转录3分钟多媒体素材讲解特点：1.两条链均有编码功能；2.两条链从D-环区的启动子处同时开始以相同的速率转录，L链按顺时针方向转录，H链按逆时针方向转录；3.mtDNA的基因之间无终止子：4.tRNA基因通常位于mRNA基因和rRNA基因之间：5.mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同：6.线粒体中的tRNA兼用性较强，1个tRNA可以识别几个简并密码子。第二节线粒体DNA的遗传学特征1.mtDNA的半自主性；2.mtDNA遗传密码与通用密码不完全相同：3.mtDNA为母系遗传；4.mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离；5.mtDNA具有阅值效应的特征；6.mtDNA的突变率很高。时间分教学基本内容方法及手段配
2、线粒体 DNA 的复制 ▲ ★ D 环复制（取代环复制）：不对称复制。 特点：两条链的复制起点不在同一点上，一条链先复制，另一条链保持单链 而被取代；当一条链复制到一定程度时才暴露出另一条链的复制起点，另一条链 才开始复制。 复制方式为半保留复制，由线粒体的 DNA 聚合酶完成。 H 链复制起始点(OH)与 L 链复制起始点(OL)相隔 2/3 个 mtDNA。 OH（H 链复制起始点）与 OL （L 链复制起始点）相隔 2/3 个 mtDNA。 1、复制起始，先以 L 链为模板 合成 H 链； 2、随着 H 链延伸， OL 暴露， 开始以亲代 H 链为模板逆时针复制 L 链； 3、H 链合成结束时，L 链只合 成了 1/3； 4、两条链全部复制完成后， RNA 引物被切除，缺口封闭。 3、线粒体基因的转录 特点： 1. 两条链均有编码功能； 2. 两条链从 D-环区的启动子处同时开始以相同的速率转录，L 链按顺时针方 向转录，H 链按逆时针方向转录； 3. mtDNA 的基因之间无终止子； 4. tRNA 基因通常位于 mRNA 基因和 rRNA 基因之间； 5. mtDNA 的遗传密码与 nDNA 不完全相同； 6. 线粒体中的 tRNA 兼用性较强，1 个 tRNA 可以识别几个简并密码子。 第二节 线粒体 DNA 的遗传学特征 1. mtDNA 的半自主性； 2. mtDNA 遗传密码与通用密码不完全相同； 3. mtDNA 为母系遗传； 4. mtDNA 在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离； 5. mtDNA 具有阈值效应的特征； 6. mtDNA 的突变率很高。 8 分钟 3 分钟 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 教 学 基 本 内 容 时间分 配 方法及手段
2分钟1、mtDNA具有半自主性通过文字、图片等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多媒体素材讲解控制。mtDNA编码13种蛋mtDNAComplexSubunitsNuclear白质，绝大部分蛋白质亚基41347I和其他维持线粒体结构和功4Ⅱ40能的蛋白质都依赖于nDNA编码，在细胞质中合成后，III11101经特定转运方式进入线粒体。IV13103mtDNA基因的表达受nDNA的制约，线粒体氧化磷V14122酸酶化系统的组装和维护需708313要nDNA和mtDNA的协调，二者共同作用参与机体代谢调节。通过文字、图片等5分钟2、线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码不完全等同多媒体素材讲解■UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码：■多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码：■AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统中有通过文字、图片等4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）。多媒体素材讲解3、mtDNA为母系遗传8分钟母系遗传：母亲将她的mtDNA传递给儿子和女儿，但只有女儿能将其mtDNA传递给下一代。精子、卵子中线粒体悬殊的数量对比（卵子：精子=100，000：100）有性生殖中的受精方式：精卵结合时精子提供的只是核DNA，受精卵中的细胞质全部来自卵子。P1Y8451OOAOAOOIE2345.6Oe23患者口O正常线粒体疾病典型系谱时间分教学基本内容方法及手段配
1、mtDNA 具有半自主性 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 。 ☞ mtDNA 编码 13 种蛋 白质，绝大部分蛋白质亚基 和其他维持线粒体结构和功 能的蛋白质都依赖于 nDNA 编码，在细胞质中合成后， 经特定转运方式进入线粒体 。 ☞ mtDNA 基因的表达受 nDNA 的制约，线粒体氧化磷 酸酶化系统的组装和维护需 要 nDNA 和 mtDNA 的协调， 二者共同作用参与机体代谢 调节。 2、线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码不完全等同 ◼ UGA 不是终止信号，而是色氨酸的密码； ◼ 多肽内部的甲硫氨酸由 AUG 和 AUA 两个密码子编码，起始甲硫氨酸由 AUG，AUA，AUU 和 AUC 四个密码子编码； ◼ AGA，AGG 不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统中有 4 个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）。 3、mtDNA 为母系遗传 ▲ 母系遗传：母亲将她的 mtDNA 传递给儿子和女儿，但只有女儿能将其 mtDNA 传递给下一代。 精子、卵子中线粒体悬殊的数量对比 (卵子：精子＝100，000：100) 有性生殖中的受精方式：精卵结合时精子提供的只是核 DNA，受精卵中的细 胞质全部来自卵子。 线粒体疾病典型系谱 2 分钟 5 分钟 8 分钟 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 教 学 基 本 内 容 时间分 配 方法及手段
4、mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离6分钟通过文字、图片等人的细胞里通常有上千个mtDNA拷贝，在突变体和正常mtDNA共存的细胞多媒体素材讲解中，mtDNA在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂变，可导致子细胞出现三种基因型：纯合的突变体mtDNA、纯合的正常mtDNA、突变体和正常的mtDNA的杂合体。异质性(heteroplasmy）：由于mtDNA突变率极高，使得一个细胞内同时存在突变型和野生型mtDNA，也叫杂质性。同质性（homoplasmy）：同一组织或细胞中的mtDNA分子都是一致的，也称做纯质性。机制：杂质性细胞经过有丝分裂和减数分裂，随机分离到两个子细胞中的突变型和野生型mtDNA的比例发生改变，分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经过无数次分裂后，细胞达到纯合型。异质性一般表现为：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的线粒体DNA拷贝；同一个体在不同的发育时期产生不同的线粒体DNA分子。通过文字、图片等5、mtDNA具有阅值效应的特性8分钟多媒体素材讲解能引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA最少数量称阈值。线粒体病发病有阅值，只有当异常mtDNA超过阅值时才发病。不同的组织器官对能量的依赖程度不同，脑、骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏、肝脏对能量的依赖性依次降低。ATP产生越少，病症涉及的器官越多，症状越严重。最先受损的是中枢神经系统，其后为骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏和肝脏。不同组织对氧化磷酸化代谢损伤的反应不同，引起细胞功能障碍所需的突变mtDNA数量也就不同。疾病表型的出现与否以及严重程度，取决于两方面的因素：突变型与野生型mtDNA的相对比例；组织细胞对能量的需求。各种组织对氧化磷酸化的依赖性有所不同，脑、骨骼肌、心脏、肾脏、肝脏，对能量的依赖性依次降低。通过文字、图片等多媒体素材讲解6分钟6、mtDNA的突变率极高mtDNA中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基因组内的某一重要功能区域mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合。mtDNA位于线粒体内膜附近，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。mtDNA复制频率较高，复制时不对称，缺乏有效的DNA损伤修复能力。时间分教学基本内容方法及手段配
4、mtDNA 在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离 人的细胞里通常有上千个 mtDNA 拷贝，在突变体和正常 mtDNA 共存的细胞 中，mtDNA 在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂变，可导致子细胞出现三种基 因型：纯合的突变体 mtDNA、纯合的正常 mtDNA、突变体和正常的 mtDNA 的杂合 体。 异质性(heteroplasmy):由于 mtDNA 突变率极高，使得一个细胞内同时存在突 变型和野生型 mtDNA，也叫杂质性。 同质性(homoplasmy):同一组织或细胞中的 mtDNA 分子都是一致的，也称做纯 质性。 机制：杂质性细胞经过有丝分裂和减数分裂，随机分离到两个子细胞中的突 变型和野生型 mtDNA 的比例发生改变，分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经 过无数次分裂后，细胞达到纯合型。 异质性一般表现为： 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 的线粒体 DNA 拷贝； 同一个体在不同的发育时期产生不同的线粒体 DNA 分子。 5、mtDNA 具有阈值效应的特性 ☞能引起特定组织器官功能障碍的突变 mtDNA 最少数量称阈值。 ☞ 线粒体病发病有阈值，只有当异常 mtDNA 超过阈值时才发病。 ☞ 不同的组织器官对能量的依赖程度不同，脑、骨骼肌、心脏、胰腺、肾 脏、肝脏对能量的依赖性依次降低。 ☞ ATP 产生越少，病症涉及的器官越多，症状越严重。最先受损的是中枢 神经系统，其后为骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏和肝脏。 不同组织对氧化磷酸化代谢损伤的反应不同，引起细胞功能障碍所需的突变 mtDNA 数量也就不同。 疾病表型的出现与否以及严重程度，取决于两方面的因素： 突变型与野生型 mtDNA 的相对比例； 组织细胞对能量的需求。 各种组织对氧化磷酸化的依赖性有所不同，脑、骨骼肌、心脏、肾脏、肝脏， 对能量的依赖性依次降低。 6、mtDNA 的突变率极高 ☞ mtDNA 中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基因组 内的某一重 要功能区域。 ☞ mtDNA 是裸露的分子，不与组蛋白结合。 ☞ mtDNA 位于线粒体内膜附近，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。 ☞ mtDNA 复制频率较高，复制时不对称,缺乏有效的 DNA 损伤修复能力。 6 分钟 8 分钟 6 分钟 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 教 学 基 本 内 容 时间分 配 方法及手段
7、表型的高度多态（polymorphism）4分钟通过文字、图片等线粒体DNA突变所产生的表型极为多态。在一个家系中，患病个体的表现可多媒体素材讲解以完全不同；有的以血管病变为主，如中风、冠心病等：有的表现为不同程度的肌无力：有的以精神症状为主：有的以眼科疾病为突出表现。发病的年龄差异也很大。通过文字、图片等8、遗传瓶颈7分钟多媒体素材讲解遗传瓶颈（geneticbottleneck）：线粒体在卵母细胞成熟时数目锐减的现象。通过遗传瓶颈而保留下来的线粒体完全是随机的，因此不同的卵母细胞含有不同比例的突变型线粒体DNA。如果卵母细胞保留下来较高比例的突变型线粒体DNA，由这个卵母细胞受精发育而来的后代就更易出现线粒体疾病。相反，如果卵母细胞经过减数分裂的复制分离后，卵母细胞不含有线粒体DNA突变，或含有较低比例线粒体DNA突变，那么这种卵母细胞受精发育而来的后代则可能不会发病，或症状较轻。第三节线粒体DNA的突变类型1987年发现第一个mtDNA突变以来，现已发现100多个与疾病相关的点突变、200多种缺失和重排。mtDNA突变类型主要包括点突变、片段缺失插入和mtDNA拷贝数目减少。通过文字、图片等1、碱基突变错义突变：多媒体素材讲解12分钟当某一密码突变前编码的氨基酸与突变后编码的氨基酸不同时叫错义突变，也称氨基酸替换突变。主要与脑脊髓性及神经性疾病有关，常见有Leber遗传性视神经病(LHON)和神经肌病。所造成的疾病为母系遗传，但同一种点突变，对不同患者可造成不同的临床表现。tRNA基因突变：tRNA是蛋白质合成时氨基酸的“运输工具”，tRNA碱基置换导致其结构异常，必然影响线粒体的蛋白质生物合成，从而导致线粒体遗传病。与线粒体肌病相关，主要有癫痫伴碎红纤维病（MERRF综合征）rRNA基因突变：mtDNA有两个rRNA基因，分别编码12SrRNA和16SrRNA，它们是线粒体核糖体的重要组成部分。与线粒体肌病、脑病相关，主要有线粒体肌病脑病伴乳酸中毒及中风样发作综合征（MELAS综合征）。时间分教学基本内容方法及手段配
7、表型的高度多态（polymorphism） 线粒体 DNA 突变所产生的表型极为多态。在一个家系中，患病个体的表现可 以完全不同；有的以血管病变为主，如中风、冠心病等；有的表现为不同程度的 肌无力；有的以精神症状为主；有的以眼科疾病为突出表现。发病的年龄差异也 很大。 8、遗传瓶颈 遗传瓶颈（genetic bottleneck ）：线粒体在卵母细胞成熟时数目锐减的现象。 通过遗传瓶颈而保留下来的线粒体完全是随机的，因此不同的卵母细胞含有 不同比例的突变型线粒体 DNA。 如果卵母细胞保留下来较高比例的突变型线粒体 DNA，由这个卵母细胞受精 发育而来的后代就更易出现线粒体疾病。 相反，如果卵母细胞经过减数分裂的复制分离后，卵母细胞不含有线粒体 DNA 突变，或含有较低比例线粒体 DNA 突变，那么这种卵母细胞受精发育而来 的后代则可能不会发病，或症状较轻。 第三节 线粒体 DNA 的突变类型 ▲ 1987 年发现第一个 mtDNA 突变以来，现已发现 100 多个与疾病相关的点突 变、200 多种缺失和重排。 mtDNA 突变类型主要包括点突变、片段缺失插入和 mtDNA 拷贝数目减少。 1、碱基突变 错义突变： 当某一密码突变前编码的氨基酸与突变后编码的氨基酸不同时叫错义突变， 也称氨基酸替换突变。 主要与脑脊髓性及神经性疾病有关，常见有 Leber 遗传性视神经病(LHON)和 神经肌病。所造成的疾病为母系遗传，但同一种点突变，对不同患者可造成不同 的临床表现。 tRNA 基因突变： tRNA 是蛋白质合成时氨基酸的“运输工具”，tRNA 碱基置换导致其结构异 常，必然影响线粒体的蛋白质生物合成，从而导致线粒体遗传病。与线粒体肌病 相关，主要有癫痫伴碎红纤维病(MERRF 综合征)。 rRNA 基因突变： mtDNA 有两个 rRNA 基因，分别编码 12SrRNA 和 16SrRNA，它们是线粒体 核糖体的重要组成部分。 与线粒体肌病、脑病相关，主要有线粒体肌病脑病伴乳酸中毒及中风样发作 综合征（MELAS 综合征）。 4 分钟 7 分钟 12 分钟 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 教 学 基 本 内 容 时间分 配 方法及手段
2、缺失、插入突变3分钟通过文字、图片等mtDNA部分缺失或插入，使基因组缩短或变长。单发缺失多为散发性，多发缺多媒体素材讲解失可呈常染色体显性或隐性遗传，提示由核DNA突变影响线粒体功能所致。mtDNA缺失突变引起绝大多数眼肌病，这种缺失导致的疾病一般无家族史。3、mtDNA拷贝数目突变通过文字、图片等指多余的mtDNA以数以千计的核苷酸插入基因组，从而使体积增大。部分3分钟多媒体素材讲解与核基因突变有关。病因：mtDNA发生突变（片段缺失或点突变）无法编码线粒体在氧化代谢过程中必须的酶/载体糖原/脂肪酸（底物）不能进入线粒体或不能被充分利用福ATP产生不足细胞功能减退甚至坏死【课后小结】1、线粒体DNA、异质性、阈值效应、母系遗传、遗传瓶颈等概念。2、线粒体DNA的结构与遗传特点，线粒体基因组与核基因组的关系。3、线粒体DNA的复制、转录特点
2、缺失、插入突变 mtDNA 部分缺失或插入，使基因组缩短或变长。单发缺失多为散发性，多发缺 失可呈常染色体显性或隐性遗传，提示由核 DNA 突变影响线粒体功能所致。 mtDNA 缺失突变引起绝大多数眼肌病，这种缺失导致的疾病一般无家族史。 3、mtDNA 拷贝数目突变 指多余的 mt DNA 以数以千计的核苷酸插入基因组，从而使体积增大。部分 与核基因突变有关。 病因：mtDNA 发生突变（片段缺失或点突变） 无法编码线粒体在氧化代谢过程中必须的酶/载体 糖原/脂肪酸（底物）不能进入线粒体或不能被充分利用 ATP 产生不足 细胞功能减退甚至坏死 3 分钟 3 分钟 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 通过文字、图片等 多媒体素材 讲解 【课后小结】 1、线粒体 DNA、异质性、阈值效应、母系遗传、遗传瓶颈等概念。 2、线粒体 DNA 的结构与遗传特点，线粒体基因组与核基因组的关系。 3、线粒体 DNA 的复制、转录特点