人类线粒体基因组与疾病 1、线粒体基因及基因组介绍 人类线粒体DNA（mtDNA），共包含37个基因，这37个基因中有22个编码转移核糖核酸（tRNA）、2个编码核糖体核糖核酸（12S和16S rRNA)，13个编码多肽。 2、线粒体基因及基因组分析的现状和临床意义 对于可疑线粒体病的患者来说，理想的遗传学诊断方法是发现导致线粒体结构和功能缺陷的相关基因突变。这些基因突变可能在mtDNA上，也可能发生在核基因上，线粒体的遗传方式可能为常染色体隐形遗传、X-连锁遗传、母系遗传，有些还是新突变。由于线粒体病涉及基因众多，目前临床只能选择少数常见的线粒体基因位点进行突变和缺失筛查，阳性率很低，大多数患者难以获得准确的病因诊断。 3、线粒体基因及基因组分析测定 （1）13个编码多肽的基因 编码产物基因分 析 基因变异对应的常见线粒体病种 类 NADH dehydrogenase (complex I)MT-ND1Leber遗传性视神经病 MT-ND2心肌线粒体病，Leber遗传性视神经病 MT-ND3进肌阵挛，癫痫，视神经萎缩MT-ND4 Leber遗传性视神经病，线粒体肌 病，Leber遗传性视神经病，张力 障碍 MT-
ND4L Leber遗传性视神经病 MT-ND5Leigh综合征，线粒体脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合症 MT-ND6Leber遗传性视神经病，线粒体脑肌病伴乳酸中毒及中风样发作综合症，糖尿病，肌张力障碍 coenzyme Q-cytochrome c reductase/Cytochrome b(complex III)MT-Cytb 慢性游走性红斑，Leber遗传性视 神经病，线粒体肌病，心肌线粒 体病，线粒体脑肌病伴乳酸中毒 及中风样发作综合症，帕金森病 cytochrome c oxidase(complex IV)MT- COX1 肌红蛋白尿运动神经元疾病，铁 粒幼细胞贫血 MT- COX2 线粒体肌病，线粒体多系统疾 病，线粒体脑肌病 MT- COX3 Leigh综合征，慢性游走性红斑， 骨骼肌溶解症 ATP synthase MT- ATP6 共济失调并发色素性视网膜炎， 母系遗传Leigh综合征，家族性双 侧纹状体坏死 MT- ATP8 共济失调并发色素性视网膜炎， 母系遗传Leigh综合征，家族性双 侧纹状体坏死 （2）22个编码tRNA的基因 Alanine MT-TA进行性眼外肌麻痹Arginine MT-TR
第一节 线粒体DNA的结构和功能特征 一、mtDNA的结构特征 mtDNA是惟一存在于人类细胞质中的DNA分子，独立于细胞核染色体外的基因组，具有自我复制、转录和编码功能。人mtDNA由16 569bp组成，双链闭合环状，其中外环DNA单链由于含G较多，C较少，使整个外环DNA分子量较大，称为重链（heavy chain）或H链；而内环DNA单链则C含量高，G含量低，故分子量小，称为轻链（light chain）或L链。mtDNA的两条链都有编码功能，除与复制及转录有关的一小段D环区（displacement loop）无编码基因外，基因间无内含子序列；部分基因有重叠现象，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相重叠(图6-1)。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中的一个重要功能区域。mtDNA含有37个基因，其中两个rRNA基因 （16SrRNA,12SrRNA），22个tRNA基因，13个蛋白质基因（包括1个细胞色素b基因，2个ATP酶亚单位的基因。 图6-1 人线粒体基因图谱 Figure 6-1 Map of the human mitochondrial genome Box 6.1 The limited autonomy of the mitochondrial genome Encoded by Encoded by Mitochondrial nuclear
genome genome Components of oxidative phosphorylation system Ⅰ NADH dehydrogenase Ⅱ Succinate CoQ reductase Ⅲ Cytochrome b-c1 complex Ⅳ Cytochrome c oxidase complex Ⅴ ATP synthase complex Components of protein synthesis apparatus tRNA components rRNA components Ribosomal proteins Other mitochondrial proteins 13 subunits 7 subunits 0 subunits 1 subunits 3 subunits 2 subunits 24 22 tRNAs 2 rRNAs None None >80 subunits >41 subunits 4subunits 10 subunits 10 subunits 14 subunits ~80 None None ~80 All, e.g. mitochondrial enzymes and proteins 和7个呼吸链脱氢酶亚单位的基因）。位于D环区的HSP（heavy strand promoter）和LSP(light strand promoter)是线粒体基因组转录的两个主要启动子（图6-1）。 mtDNA是裸露的，不与组蛋白结合，存在于线粒体基质内或黏附于线粒体内膜。在一个线粒体内往往有一至数个mtDNA（图6－2）。mtDNA的自我复制也是以半保留复制方式进行。复制先从重链开始，形成一个约680个碱基的7sDNA，称D环。在对鼠细胞研究中发现，大多数的mtDNA均为D环的结构，只有一小部分mtDNA从D环开始合成完整的新生链。轻链的复制要晚于重链，等重链合成过OL之后才开始合成。研究发现mtDNA 的复制可以越过静止期或间期，甚至可以分布在细胞整个周期。mtDNA 的自我转录很似原核生物，即产生一个多顺反子，其中包括多个mRNA和散布于其中的tRNA，剪切位置往往发生在tRNA处，从而使不同的mRNA和tRNA被分离和释放。
线粒体DNA疾病和生殖技术发展的意义 张文敬2015602591 杨永妍2015602337 丁艺洁2015602756 杨陈祎2015602340 引言线粒体DNA疾病 线粒体是真核细胞内重要的产能细胞器。线粒体疾病是一种病理状态，在这种状态下，线粒体的产能能力受损，并且不能完成其正常功能。这类疾病是相对比较常见的，但是却很少有这样的诊断，因为大多数患者仅表现出非常轻微的症状（曼瓦林等，2007）。和线粒体疾病相关的症状严重性的不同范围使得其被报道的流行率变异性很大：例如，有一种线粒体的病理学改变（下文所讨论的线粒体基因3243A→G的突变）的流行率是1到300之间（曼瓦林等，2007），也有一种观点认为是1到14000之间（钦纳里等，2000）。 线粒体内自身存在DNA（后文称mtDNA），是人体内唯一存在于细胞核外的DNA。线粒体DNA比较特殊的是它有自己的基因序列和核糖体亚型。它编码产生呼吸链中所需要的少数亚单位，而呼吸链是由多个多聚体蛋白依次排列于线粒体膜上形成的一个产能链，此外它还编码产生转运体RNA和核糖体RNA。呼吸链中大部分的必需蛋白质是由细胞核所编码产生的，很多蛋白质同样也需要线粒体DNA来维持和复制。因此无论是线粒体DNA还是细胞核内DNA，其突变就有可能导致线粒体功能的病理性缺失，导致线粒体疾病（泰勒和特恩布尔，2005；格里弗斯等，2012）在这篇综述中，我们将重点讨论由线粒体DNA突变所引起的疾病。线粒体DNA是母系遗传的，原因很明显，在形成受精卵时，精子不携带细胞质成分，来自父亲的线粒体在卵子受精后即泛素化（Sutovsky等，1999,2000）并被靶向破坏（康明斯等，1998；史特拉等，2000；艾拉维等2011；Sato and Sato,2011;德卢卡和奥法雷尔，2012），仅在异常的胚胎中或种间交配的情况下尚存在（乔伦思丹等，1991；圣约翰等，2000）。线粒体DNA 甚至有可能在受精之前就已经被消除了（卢奥等，2013)。 线粒体DNA突变引起的疾病在发病、严重程度和遗传性方面有其独特的特点，很大一方面原因就是在典型的有核细胞中，其线粒体DNA有数以千计的复制体，（Lightowlers等，1997；华莱士，1999）。从遗传学上来讲，多数正常细胞内的线粒体DNA实际上是相同的（这在医学上称为“同型异源性”）。在线粒体DNA疾病中可能存在大量不同的、突变的DNA分子，从而产生了“异质性”（在同一个线粒体中同时存在多种类型的线粒体DNA）。 线粒体DNA是母系遗传的，使得其成为只在母系中遗传为特点的疾病。线粒体DNA单倍体能够调节由细胞核编码的基因突变造成的病理影响（施特奥斯等，2013），这种线粒体DNA的变异性也依据其背景及环境产生利弊不同的影响（治等，2012）。很多线粒体疾病具有异质性，即变异的和原株线粒体DNA共存于受损细胞内。大多数实例中观察到突变量的影响（杰普森等，2006）：线粒体DNA突变体的比例，复制量及其分布影响组织的功能（Petruzzella等，1994）。在最常见的疾病当中，当线粒体DNA突变达70%，线粒体DNA疾病开始出现临床症状（杰普森等，2006）。这种取决于突变量
纠缠不休的腹痛竟然是——线粒体异常基因学检查诊断为——线粒体基因突变型糖尿病 小钱是个23岁的小伙子。近2年来他一直很苦恼，因为不知什么原因，每每临睡前便出现腹痛、腹胀，疼痛多位于脐周，有时甚至难以忍受。他辗转于本市各大医院求医问药，先后做了胃镜、肠镜、腹部CT，化验了各种血液指标，结果均未发现异常。为了治愈疾病，他吃药、输液、尝尽了苦头，但症状仍不见明显好转，心情十分低落。一年半前，小钱因为出现口干、多饮、多尿、多食等症状，前往当地医院就诊，通过检查，被确诊为”糖尿病“，并开始了胰岛素降糖治疗，但疗效一直不理想。 听人介绍，小钱及家人来到我院内分泌科就诊。小钱是个瘦小的小伙，身高161厘米，体重52公斤，体质指数20.06，属于偏瘦类型。通过详细询问，我们找到了些蛛丝马迹。小钱除了有腹痛、腹胀外，平日常常会有头晕、乏力等不适，尤其在活动后胸闷心慌、双下肢乏力等症状便会随之而来，而且他的听力不太好，经过电测听检查，小钱患有双侧轻度神经性耳聋，以高频听力受损为主。家族史调查发现，小钱的母亲患有糖尿病，40岁时出现听力下降，其母的2个兄弟和一个姐姐，也都存在血糖异常及不同程度的听力下降。而且小钱自幼学习能力较差，其生长发育在儿时较同龄人高，青春期后生长发育比同龄人矮小。 专家点评小钱的病例可以用以下关键词概括“青年发病”“身材矮小”“学习差”“糖尿病”“听力下降”“乏力头晕等神经肌肉症状”“母亲及其同胞有类似症状”。通过一系列检查及基因检测，最终诊断小钱为“线粒体基因突变型糖尿病”。除了常规胰岛素治疗外，另外给予其辅酶Q10治疗，患者上述症状出现了明显好转。通过饮食、运动控制及自我良好的血糖监测、治疗管理，小钱的血糖也控制得不错。 基因学检查糖尿病的意义 糖尿病是一组以慢性血葡萄糖（简称血糖）水平增高、血糖稳态失衡为特征的代谢性疾病，是由于胰岛素分泌和（或）作用缺陷所引起。长期血糖稳态失衡导致机体能量代谢失衡，以及脂肪、蛋白质代谢紊乱，可引起多系统损害，导致眼、肾、神经、心脏、血管等组织器官的慢性病变、功能减退及衰竭；病情严重或应激时可发生急性严重代谢紊乱，如糖尿病酮症酸中毒（DKA）、高血糖高渗状态等。 葡萄糖是人体供能的主要来源。正常人体有葡萄糖代谢池（如图所示），在动态中保持平衡，其出现率（Ra）等于消失率（Rd），即Ra=Rd。糖尿病患者机体内Ra>Rd，因而检测显示血糖增高。 糖尿病的病因和发病机制尚未完全阐明。糖尿病是复合病因引起的综合征，是包括遗传及环境因素在内的多种因素共同作用的结果。胰岛素由胰岛β细胞合成和分泌，经血循环到达体内各组织器官的靶细胞，与特异受体结合并引发细胞内物质代谢效应，这整个过程中任何一个环节发生异常均可导致糖尿病。 糖尿病常分为1型糖尿病、2型糖尿病、特殊类型糖尿病及妊娠糖尿病。许多特殊类型糖尿病需要依靠基因学的检测，比如青年人中的成年发病型糖尿病有6种亚型，分别为不同的基因突变所致。包括MODY1/肝细胞核因子4α(HNF-4α)，MODY2/葡萄糖激酶（GCK），MODY3/肝细胞核因子1α(HNF-1α)，MODY4/胰岛素启动子1（IPF1），MODY5/肝细胞核因子1β(HNF-1
1、前言（Introduction） 英国《自然》杂志网络版2006年5月18日报道，科学家已对含有2.23亿个碱基对，占人类基因组中碱基对总量的8%左右的人类第一号染色体完成测序，宣告持续16年的人类基因组计划全部完成。作为人类自然科学史上重要的里程碑，“人类基因组”的研究已从“结构基因组”阶段进入“功能基因组”阶段。在人类基因组计划后相继推出的水稻基因组计划、马铃薯基因组计划、草鱼基因组计划等，和快速增长的微生物基因测序，“海量”的基因信息的积累，催生了“功能基因组”时代的来临。针对充分利用“海量”基因组信息的生物信息学不仅应运而生，而且为以注释、阐明基因功和利用基因生物学功能的“后基因组时代”的研究发挥了重大作用。 生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头,在获得了蛋白质编码区的信息后,进行蛋白质空间结构的预测和模拟,然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。就是说,生物信息学的主要任务是组织和分析生物学数据,而生物学数据的分析离不开计算机算法的运用。因此,可以说生物信息学是一门集生命科学、计算机科学、数学、物理学为一身的多学科交叉的前沿学科。 动物mtDNA属母系遗传，是共价闭合的双链DNA分子，核酸序列和组成比较保守，基因的排列顺序比较稳定而且紧密，无重组和单拷贝。由于其结构和进化上的特点，mtDNA已成为研究动物起源进化以及群体遗传分化的理想对象。昆虫mtDNA大小约为15．4~16．3kb，其基因组大小的变化受A+T-rich区长度变化的影响十分显著。A+T-rich 区(A+T丰富区)的长度最短为399 bp，最长达4601 bp，两者相差4202bp，前者见于Tricholepidion gertschi，后者见于黑尾果蝇Drosophila melanogaster。昆虫线粒体基因组由2个rRNA基因(1rRNA和srRNA)、22个tRNA基因、13个蛋白编码基因[Cytb基因(细胞色素b基因，cytochrome oxidase b)，ATPase6和ATPase8(ATP酶亚基基因6和8，ATP synthase subunits 6 and 8)，COⅠ、COⅡ和COⅢ(细胞色素氧化酶亚基基因Ⅰ-Ⅲ，cytochrome oxidasesubunit Ⅰ-Ⅲ)，NDl-6和ND4L(NADH降解酶基因1~6和4L，NADH dehydrogenase subunit 1-6 and 4L)]，共37个基因和1个包含复制启动子的非编码区(A+T-rich区)组成。Aloni 和Attardi将mtDNA两条链中密度较小者命名为轻链(L链)，另一条命名为重链(H链)。考虑到昆虫mtDNA没有明显的L链与H链之分，Simon等根据昆虫mtDNA中多数基因都是从一条链上转录的特点，将这一条链定义为J链，另一条链定义为N链[1-3]。 自Wolstenholme和Clary第一个报道了果蝇Drosophila yakuba mtDNA全序列以来，GenBank已收录了80余种昆虫mtDNA全序列，其中双翅目昆虫有15个种。在双翅目实蝇科昆虫中，地中海实蝇Ceratis capitata和油橄榄果实蝇Bactrocera oleae的线粒体基因组全序列已有报道[4]。 梨小食心虫，学名Grapholitha molesta (Busck)，简称“梨小”，别名有梨小蛀果蛾、东方果蠹蛾、梨姬食心虫、桃折梢虫、小食心虫、桃折心虫。属于鳞翅目(Lepidoptera)，
线粒体基因突变糖尿病的相关性 发表时间：2011-07-11T09:49:44.813Z 来源：《中外健康文摘》2011年第14期供稿作者：吴莉 [导读] 本病的发病机制为胰岛B细胞内含高比例突变基因致氧化磷酸化功能障碍，ATP生成不足所致。 吴莉（宁夏医科大学高等卫生职业技术学院宁夏银川 750004） 【中图分类号】R587.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5085 (2011)14-0386-02 【摘要】线粒体基因突变糖尿病的发现是近年来糖尿病分子遗传学研究的重要进展之一，也是近年来糖尿病研究的一大热点。线粒体基因突变中唯线粒体tRNALeu(uuR)A3243G突变被国内外学者公认，目前WHO己将其归类为特殊类型糖尿病，属胰岛B细胞功能缺陷糖尿病。它是目前已知的单基因突变糖尿病中患病率最高，且能以简易的分子生物学技术检出，首先进入日常临床基因诊断的一种糖尿病亚型。 【关键词】线粒体基因突变糖尿病 线粒体是细胞质中重要的细胞器之一，它是生物氧化和能量转换的主要场所，以氧化磷酸化方式将食物内蕴藏的能量转变为可被机体直接利用的ATP高能磷酸键。细胞生命活动所需能量的80%来源于线粒体，因此线粒体在细胞的生长代谢和人类的遗传中都有重要的作用。1981年，Anderson等完成了人类线粒体DNA（mtDNA）全长核苷酸序列的测定，由此mtDNA作为一种结构相对简单而精致的真核生物基因组,引起了学者们浓厚的兴趣。 1 mtDNA的结构与遗传特点 1.1 结构特点人类mtDNA是细胞核外唯一存在的DNA，与线状的DNA绝然不同，mtDNA是双链闭环DNA分子，由16569bp组成，外环为重(H)链，内环为轻(L)链，两条链均有编码功能，共编码37个基因：2个rRNA基因，22个tRNA基因，13个编码蛋白质基因。 1.2 遗传特点 mtDNA位于细胞质中，所以其遗传方式是非孟德尔式的，为母系遗传。人类精子细胞mtDNA拷贝数非常低，而卵细胞内的拷贝数极高(>105)，所以子代细胞内线粒体基因主要来源于母亲；每个细胞还有成百个线粒体和数以千计的mtDNA，细胞可以是正常线粒体和异常线粒体的混合体(异质性)。异质细胞分裂所形成的子细胞中，所含正常线粒体和异常线粒体的比例不同，因而表型也不一样；与核DNA不同，mtDNA无组蛋白与之结合，并且经常受活性氧的侵袭，因此氧化损伤的mtDNA的累积量可以比核DNA的量高16倍；mtDNA中，除与复制和转录有关的小片段外,其他顺序不含内分子,部分基因之间甚至有重叠,因此mtDNA上任何区域的突变，几乎都能影响其功能；突变的mtDNA是否导致疾病与性质严重程度、突变mtDNA所占比例、核基因产物的调节，以及与不同组织细胞对线粒体产生的ATP的依赖性均有一定的关系。突变的mtDNA需达到一定程度,才足以引起组织及器官功能改变而致病；尽管mtDNA有一定程度的自主性,但其复制、转录、翻译过程所需的多肽链均由核DNA编码，mtDNA基因的表达受核DNA的制约，两者协同作用于机体的代谢、调节和发育。 2 线粒体基因突变糖尿病 1988年确认出第一种线粒体基因突变病即线粒体脑肌病后，陆续确认出多种线粒体基因突变所致的临床综合征，如Leber’s遗传性视神经病变、MELAS综合征、MERRF综合征等，其中大多由于ATP阈值高的组织不同组合而成的临床综合征，亦提及可伴糖尿病。 1992年Van den Ouweland等及Ballinger等分别报道由mttRNALeu(uuR)A3243G突变及mtRNA 10.4bp缺失所致仅呈糖尿病和耳聋家系，此后，国内外学者进行了大量研究，我国于1995年首次报道本病家系。目前已知多种可致糖尿病的线粒体基因突变，其中最多见且在世界各人种中较普遍存在的是线粒体tRNA Leu(uuR) 基因突变糖尿病。 3 线粒体基因突变糖尿病的发病机制 本病的发病机制为胰岛B细胞内含高比例突变基因致氧化磷酸化功能障碍，ATP生成不足所致。线粒体tRNA Leu(uuR) nt3243，此处DNA顺序高度保守，tRNA Leu(uuR)基因除转录形成tRNALeu(uuR)外，nt3243位于线粒体转录终止因子结合位点上，此点突变导致与转录终止因子结合障碍，相邻rRNA生成减少，氧化磷酸化功能障碍导致ATP生成不足。胰岛B细胞感知血糖水平变化分泌胰岛素过程中ATP起着重要作用，当ATP不足，则不能通过ATP依赖型K+通道机制兴奋胰岛B细胞而致胰岛素分泌异常：胰岛B细胞又是能量需求高的细胞，当ATP生成低于胰岛B细胞所需能量阈值时，胰岛B细胞受损致功能减退，最终导致胰岛素分泌不足和糖尿病。 我国拥有大量2型糖尿病患者，其中隐匿着众多本病患者，因其较普通2型糖尿病患者预后差，可早逝，且呈母系遗传而危害极大。应用较简易的基因诊断技术不仅可在疑似者中检出本病，而且结合家系调查又可了解其突变传递情况。 参考文献 [1]凌诒萍.细胞生物学．人民卫生出版社，2001，129-141. [2]李冬玲.线粒体DNA突变与母系遗传维坊学院学报，2001,1(2):62. [3]张德华．线粒体与人类疾病．皖南学院学报，2004，20(5):43. [4]Howell.N L HON and other optic nerve atrophies t he mitochondrialconnection Dev.Ophthalmot，2003，94-108. [5]Biousse V.Newman NJ Neuro-opht halmology of mitochondrialdisedse．Curr Opm Neurol，2003，16:35.
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体及其协调配合 一、核糖体、内质网、高尔基体、线粒体 1．细胞质 (1)含义：由________包被的细胞内的大部分物质。 (2)组成 ? ???? 细胞溶胶：透明、黏稠，可流动 细胞器??? 有膜包被： 、线粒体、叶绿体、 、液泡等无膜包被： 、 (3)细胞溶胶 细胞质中的__________部分，细胞中的______________有25%～50%存在于其中，特别是含有多种__________，是多种________的场所。 2．内质网和核糖体
(1)内质网 ? ???? 类型： 内质网和 内质网结构：由 和细管组成，向内与 相连，向外与 功能：可运送蛋白质到高尔基体及细胞的 其他部分；有些光面内质网还有合成 和氧化 的酶 (2)核糖体 ? ?? 组成： 和蛋白质形态： 状 分布：游离在细胞溶胶中，或连接在 上功能：合成 的场所 3. 高尔基体??? 组成：由单位膜构成的 和 功能：真核细胞中的物质 系统， 可分拣 4．线粒体 ? ???? 形态：颗粒状或短杆状 结构：由内、外两层膜构成，内膜向内折叠而形 成 ，含少量 和核糖体 功能：是 和 的中心，能合成部 分自身需要的 下图是几种细胞器的结构示意图，请据图分析：
1．细胞内膜面积最大的细胞器是哪种？它又是和其他膜联系最广的膜，为什么？ 2．植物细胞中的甲能合成纤维素等多糖，推测其可能与细胞中哪种结构的形成有关？ 3．丙是细胞的能量代谢中心，被称为“动力工厂”，它的哪些结构特点与之相适应？ 4．有研究表明，马拉松运动员腿部肌肉细胞中丙的数量比一般人多出一倍以上，为什么？ 5．没有膜包被的是哪一种细胞器？它的功能是什么？ 知识整合内质网是细胞内面积最大，联系最广的细胞器；高尔基体与植物细胞的细胞壁的形成有关；线粒体有广阔的膜面积，能进行能量转换，为细胞的代谢提供能量；核糖体无膜结构，是蛋白质合成的场所。1．下表是关于各种细胞器的结构和功能的比较，其中正确的是( )
竭诚为您提供优质文档/双击可除 线粒体dna鉴定 篇一：线粒体DnA的结构特征及在鹿科动物物种鉴定中的应用 线粒体DnA的结构特征及在鹿科动物物种鉴定中的应用摘要最新研究表明，作为生物能量的生成场所线粒体是一种具有自我遗传控制功能，本文重点针对鹿科动物的线粒体DnA结构特征进行了研究和分析，通过具体的实验验证了鹿科动物物种鉴定中线粒体DnA的实际功能和应用。同时，还对线粒体DnA的提取方法进行了探索，最后就线粒体DnA 的序列以及动物物种进行了鉴定，就鹿科动物线粒体DnA的研究成果提出了意见。 关键词染色体；线粒体DnA；鹿科动物；物种鉴定 0引言 线粒体是1898年被命名的，其实线粒体的发现却要追踪到1850年。线粒体外膜比较平滑，具有两层的膜包被，向内的折叠内膜形成嵴，两层膜中间有一个腔，基质居于线粒体的中央。基质内部有可以喝三羧酸进行循环时所需要的
所有酶类，内膜上有ATp酶复合体和呼吸链酶系。线粒体其实就是细胞内形成ATp和氧化磷酸化的关键场所，因此，被形象地成为细胞的动力加工厂。 1线粒体DnA结构特征 真核生物所呼吸所用的细胞器就是线粒体，不同物种的细胞之间，其线粒体的数目有着很大的差距，通常情况下都在100个~3000个之间，植物细胞中一般都会含有50个~100个左右的线粒体，而动物的细胞中其线粒体的数目差异性要远远高于植物体内的线粒体数目，多的要达到1000个，少的却只有50个左右。实验表明，植物细胞中的所有线粒体都会参与植物本身的一系列新陈代谢的全过程。植物体内的所有的线粒体通过自身的功能可以把细胞所吸收和合成的糖类、脂肪等所有的储藏能量经过进一步地氧化而生成了co2和h2o，最后通过特定的方式将其释放出去，同时它还能将所存储的一些太阳能经过一系列的转换生成了细胞用以维持自身的生理功能的具体能量-ATp分子。正是由于植物细胞中的线粒体少于动物体内的线粒体，从而制约了能量的来源，因此植物就不可能出现和动物一样的自由活动和快速增长。由于线粒体DnA（mtDnA）相对比较小，所以它仅能决定本身最基本的一些特征，缺少多余的编码结构，因此就难以产生有效的修复功能。实验表明，只要线粒体DnA受到了不同程度的损伤，哪怕只是一个极其微小的变化，都会直接
11个石蛃样本的线粒体基因组研究 石炳目在昆虫纲的系统发生关系分析中处于基部,是最早分支出来的原始类群,是一种不被人们熟知的无翅类昆虫。目前,关于石蛃目的系统发生地位及单系性已经得到普遍证实,但是关于石蛃目昆虫内部各科、各亚科、各属之间的系统 发生关系及系统地理研究一直存在着争议,有待更多的分子数据对其进行深入的研究。 因此本研究是在本实验室原有研究的基础上通过增加石蛃目昆虫样本数量,对其内部系统发生关系进行更深入地研究并对中国石蛃目昆虫的扩散机制进行 初步探讨。本研究包括石蛃目昆虫中的2亚科4属的11个样本,分别是:石蛃亚科(Machilinae)中的辽宁弓长岭的高丽韩蛃Coreamachiliscoreanus、山西衡山的高丽韩蛃 Coreamachiliscoreanu、新疆喀纳斯异蛃 Allopsontus(Allopsontinus)kanasiensis、新疆新源异蛃 Allopsontus(Allopsontinus)xinyuanensis、新疆玛纳斯希蛃Silvestrichilis manasiensis;新蛃亚科(Petrobiinae)中的河北承德的希氏跳蛃Pedetontus silvstri、辽宁凤城的希氏跳蛃Pedetontussilvestri、太姥山跳蛃Pedetontustaimushanensis、霸王岭跳蛃Pedetontusbawanglingensis、大陈岛跳蛃Pedetontus dachendaoensis、重庆跳蛃Pedetontus chongqingensis。 11个石蛃样本的线粒体基因组信息全部成功获得,其基因组的长度分别是:高丽韩蛃(弓长岭)Coreamachilis coreanus 15579 bp、高丽韩蛃(衡 山)Coreamachilis coreanus 15574 bp、喀纳斯异蛃 Allopsontus(Allopsontinus)kanasiensis 15628 bp、新源异蛃 Allopsontus(Allopsontinus)xinyuanensis 15518 bp、玛纳斯希蛃
第一节线粒体DNA的结构和功能特征一、mtDNA的结构特征 mtDNA是惟一存在于人类细胞质中的DNA分子，独立于细胞核染色体外的基因组，具有自我复制、转录和编码功能。人mtDNA由16 569bp组成，双链闭合环状，其中外环DNA单链由于含G较多，C较少，使整个外环DNA分子量较大，称为重链（heavy chain）或H链；而内环DNA单链则C 含量高，G含量低，故分子量小，称为轻链（light chain）或L链。mtDNA的两条链都有编码功能，除与复制及转录有关的一小段D环区（displacement loop）无编码基因外，基因间无内含子序列；部分基因有重叠现象，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相重叠(图6-1)。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中的一个重要功能区域。mtDNA含有37个基因，其中两个rRNA基因（16SrRNA,12SrRNA），22个tRNA基因，13个蛋白质基因（包括1个细胞色素b基因，2个ATP酶亚单位的基因。 图6-1 人线粒体基因图谱 Figure 6-1 Map of the human mitochondrial genome Box 6.1 The limited autonomy of the mitochondrial genome Encoded byEncoded by nuclearMitochondrial genomegenome13 subunits Components of oxidative phosphorylation system >80 subunits7 subunits>41 subunitsNADH dehydrogenase Ⅰ．4subunits0 subunitsⅡSuccinate CoQ reductase 10 subunits1 subunitsCytochrome b-c1 complex Ⅲ 10 subunits3 subunitsⅣCytochrome c oxidase complex 14 subunits2 subunitsA TP synthase complex Ⅴ ~8024 Components of protein synthesis apparatus None22 tRNAs tRNA components None2 rRNAs rRNA components ~80Ribosomal proteins None All, e.g. mitochondrial Other mitochondrial proteins None and proteins enzymes
第三节 细胞质 第1课时 核糖体、内质网、高尔基体、线粒体及其协调配合 一、核糖体、内质网、高尔基体、线粒体 1．细胞质 (1)含义：由________包被的细胞内的大部分物质。 (2)组成????? 细胞溶胶：透明、黏稠，可流动细胞器????? 有膜包被： 、线粒体、叶绿体、 、液泡等无膜包被： 、 (3)细胞溶胶 细胞质中的__________部分，细胞中的______________有25%～50%存在于其中，特别是含有多种__________，是多种________的场所。 2．内质网和核糖体 (1)内质网????? 类型： 内质网和 内质网 结构：由 和细管组成，向内与 相连，向外与 功能：可运送蛋白质到高尔基体及细胞的 其他部分；有些光面内质网还有合成 和氧化 的酶
(2)核糖体????? 组成： 和蛋白质形态： 状 分布：游离在细胞溶胶中，或连接在 上 功能：合成 的场所 3. 高尔基体???? ? 组成：由单位膜构成的 和 功能：真核细胞中的物质 系统， 可分拣 4．线粒体????? 形态：颗粒状或短杆状 结构：由内、外两层膜构成，内膜向内折叠而形 成 ，含少量 和核糖体 功能：是 和 的中心，能合成部 分自身需要的 下图是几种细胞器的结构示意图，请据图分析： 1．细胞内膜面积最大的细胞器是哪种？它又是和其他膜联系最广的膜，为什么？ 2．植物细胞中的甲能合成纤维素等多糖，推测其可能与细胞中哪种结构的形成有关？ 3．丙是细胞的能量代谢中心，被称为“动力工厂”，它的哪些结构特点与之相适应？ 4．有研究表明，马拉松运动员腿部肌肉细胞中丙的数量比一般人多出一倍以上，为什么？ 5．没有膜包被的是哪一种细胞器？它的功能是什么？ 知识整合 内质网是细胞内面积最大，联系最广的细胞器；高尔基体与植物细胞的细胞壁的形成有关；线粒体有广阔的膜面积，能进行能量转换，为细胞的代谢提供能量；核糖体无膜
第三讲细胞的能量代谢 本讲内容： 1. 线粒体----细胞的发电厂； 2. 线粒体的形态与结构----发电厂的构造； 3. A TP合成酶----世界上最小最精巧的发电机； 4. 线粒体的前世今生----线粒体的起源； 5. 线粒体与人类健康。 第一节线粒体----细胞的发电厂 我们都知道，人类社会生产生活的各种活动，无时无刻不依赖于能量的供应。多数情况下，我们所直接利用的能量是电能，它可以通过火力发电厂、水电站、风力发电装置、太阳能发电设备等将煤炭燃烧释放的热能、水位差形成的势能、风能、太阳能等转化为电能。 构成我们机体的细胞要完成各种各样的任务，比如：运动，分裂，大分子的合成等，所有这些功能的执行都离不开能量的支持。那么细胞所能利用的能量是什么？它来源于哪里呢？这就是我们首先要学习的内容：线粒体----细胞的发电厂。 如果说人类社会生产生活中多数情况下直接利用的能量是电能，那么对于细胞来说，无论是动物细胞、植物细胞；无论是高等生物还是低等生物的细胞，唯一可以直接利用的能量是储存在一个叫做A TP的分子中的化学能，因此A TP被形象地称为：细胞的能量通货。那么让我们对A TP这个分子有一个更深入的了解。 A TP的中文名称为：腺苷三磷酸，由1分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸基团组成。其中，腺嘌呤和核酸组成的化合物被称为腺苷，因此，A TP被称为腺苷三磷酸。A TP分子中连接第三个磷酸基团的化学键是一种特殊的化学键，称为高能磷酸键，该键中储存着大量能量。 如果把A TP形象地比喻为细胞内各种生命活动所需的电能，那么细胞内什么结构相当于细胞的发电厂呢？让我们回顾一下典型的动物细胞所具有的结构： 细胞膜构成细胞的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境。细胞膜内为细
第一节线粒体DNA的结构和功能特征 一、mtDNA的结构特征 mtDNA是惟一存在于人类细胞质中的DNA分子，独立于细胞核染色体外的基因组，具有自我复制、转录和编码功能。人mtDNA由16 569bp组成，双链闭合环状，其中外环DNA单链由于含G较多，C较少，使整个外环DNA分子量较大，称为重链（heavy chain）或H链；而内环DNA单链则C含量高，G含量低，故分子量小，称为轻链（light chain）或L链。mtDNA的两条链都有编码功能，除与复制及转录有关的一小段D环区（displacement loop）无编码基因外，基因间无内含子序列；部分基因有重叠现象，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相重叠(图6-1)。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中的一个重要功能区域。mtDNA含有37个基因，其中两个rRNA基因（16SrRNA,12SrRNA），22个tRNA基因，13个蛋白质基因（包括1个细胞色素b基因，2个ATP酶亚单位的基因。 图6-1 人线粒体基因图谱 Figure 6-1 Map of the human mitochondrial genome Box 6.1 The limited autonomy of the mitochondrial genome Encoded by Encoded by Mitochondrial nuclear genome genome Components of oxidative phosphorylation system ⅠNADH dehydrogenase ⅡSuccinate CoQ reductase ⅢCytochrome b-c1 complex ⅣCytochrome c oxidase complex 13 subunits 7 subunits 0 subunits 1 subunits 3 subunits >80 subunits >41 subunits 4subunits 10 subunits 10 subunits
mtDB:Human Mitochondrial Genome Database, a resource for population genetics and medical sciences Max Ingman 1,2,*and Ulf Gyllensten 2 1Centre for Integrative Genomics,University of Lausanne,Switzerland and 2Department of Genetics and Pathology,Rudbeck Laboratory,University of Uppsala,Uppsala,Sweden Received August 9,2005;Revised and Accepted September 12,2005 ABSTRACT The mitochondrial genome,contained in the subcel-lular mitochondrial network,encodes a small number of peptides pivotal for cellular energy production.Mitochondrial genes are highly polymorphic and cata-loguing existing variation is of interest for medical scientists involved in the identification of mutations causing mitochondrial dysfunction,as well as for population genetics studies.Human Mitochondrial Genome Database (mtDB)(http://www.genpat.uu.se/mtDB)has provided a comprehensive database of complete human mitochondrial genomes since early 2000.At this time,owing to an increase in the number of published complete human mitochondrial genome sequences,it became necessary to provide a web-based database of human whole genome and complete coding region sequences.As of August 2005this database contains 2104sequences (1544complete genome and 560coding region)available to download or search for specific polymorphisms.Of special interest to medical researchers and popu-lation geneticists evaluating specific positions is a complete list of (currently 3311)mitochondrial poly-morphisms among these sequences.Recent expan-sions in the capabilities of mtDB include a haplotype search function and the ability to identify and download sequences carrying particular variants.INTRODUCTION The mitochondrial genome supplies parts of the protein machinery that are necessary for oxidative phosphorylation (OXPHOS),by utilizing a series of ?ve multiple-subunit enzymes located within the mitochondrial inner membrane.The complex constituents are encoded by both nuclear and mitochondrial genes.A genetic defect could therefore be due to mutations in genes of either system.Since new mutations are introduced more frequently to the mitochondrial genome,a higher proportion of mitochondrial dysfunction is due to mitochondrial DNA (mtDNA)mutations.A number of human diseases have been shown to be caused by mitochondrial muta- tions,such as Leber’s hereditary optic neuropathy (LHON)(1)and neurogenetic muscle weakness,ataxia,and retinitis pigmentosa (NARP)(2).In the evaluation of a possible func-tional effect of a mitochondrial variant found in a group of patients,reliable population frequency data for the variant under study is needed.The Human Mitochondrial Genome Database (mtDB)provides such a compilation of available genome sequences information for this purpose. The mtDNA of most metazoan species (including humans)is predominantly maternally inherited (3).This clonal inher-itance coupled with a substitution rate that in vertebrates is typically 5to 10times that of nuclear DNA (4)has made mitochondria an attractive source of DNA polymorphism data for population genetics studies in a wide range of species.The lack of recombination among maternal and paternal mito-chondrial genomes allows the tracing of a direct genetic line where all polymorphism is due to mutation and the high sub-stitution rate makes it possible to study variation between closely related individuals (i.e.within species).mtDNA sequences have been the main tool in a large number of studies of human evolution.The Human Mitochondrial Genome Data-base (mtDB)is a repository for these sequences and will pro- vide scientists with access to a common resource for future studies in this ?eld. Since 2000,with the publication of the ?rst comprehensive study on complete human mitochondrial genome sequences (5),the amount of data available from mitochondrial genomes has been growing rapidly.However,polymorphism infor-mation from these data is becoming more time consuming to produce.The mtDB provides a unique resource to both medical and human population genetic researchers.Here,*To whom correspondence should be addressed.Tel:+41216923962;Fax:+46184714931;Email:max.ingman@unil.ch óThe Author 2006.Published by Oxford University Press.All rights reserved. The online version of this article has been published under an open access https://www.doczj.com/doc/9810483086.html,ers are entitled to use,reproduce,disseminate,or display the open access version of this article for non-commercial purposes provided that:the original authorship is properly and fully attributed;the Journal and Oxford University Press are attributed as the original place of publication with the correct citation details given;if an article is subsequently reproduced or disseminated not in its entirety but only in part or as a derivative work this must be clearly indicated.For commercial re-use,please contact journals.permissions@https://www.doczj.com/doc/9810483086.html, Nucleic Acids Research,2006,Vol.34,Database issue D749–D751 doi:10.1093/nar/gkj010 by guest on October 30, 2011 https://www.doczj.com/doc/9810483086.html,/Downloaded from