女性线粒体能遗传多少代

第一节　线粒体基因组

一、线粒体基因组的结构

人类mtDNA有16569个碱基对，为裸露的双链闭合环状结构（图8-1）。外环为重链，富含鸟嘌呤；内环为轻链，富含胞嘧啶。两条链均有编码功能。mtDNA构成线粒体基因组，共含有37个基因，可编码13种多肽链、22种tRNA、2种rRNA，编码的13种多肽是线粒体氧化磷酸化酶复合物的亚单位。在mtDNA上各基因之间排列非常紧凑，部分区域还出现重叠，没有内含子。唯一的非编码区是1122bp的D环区，该区包括mtDNA重链复制起点、重链和轻链转录的启动子、四个高度保守序列、终止区。

二、线粒体基因的遗传特点

（一）具有半自主性

mtDNA可以独立地复制，并且也以半保留方式进行，但复制时间不同于细胞核DNA，它的复制不是仅在S期进行，而是贯穿于整个细胞周期。线粒体内进行蛋白质生物合成所必需的各种RNA是由mtDNA编码、在线粒体中合成的。线粒体富含多种蛋白质，其中由mtDNA编码合成的仅占小部分，线粒体的大多数蛋白质是靠细胞核基因编码、在细胞质内合成的，如核糖体蛋白质、DNA聚合酶等。因此线粒体基因的表达过程对细胞核基因有很大的依赖性，受细胞核基因的影响。

图8-1　人类mtDNA的结构

（二）遗传密码与通用密码不同

在线粒体遗传密码中UGA编码色氨酸，而非终止密码，AGA、AGG是终止信号而非编码精氨酸，AUA编码甲硫氨酸兼启动信号而非编码异亮氨酸；tRNA有较强的兼用性，其反密码子严格识别密码子的前两位碱基，但第三位碱基的识别有一定的自由度，可以识别4种碱基中的任何一种，因此22个tRNA就可以识别线粒体mRNA的全部密码子。

（三）母系遗传

母亲将她的mtDNA传递给她的所有子女，她的女儿又将其mtDNA传递给下一代，这种遗传方式称为母系遗传（maternal inheritance）。由于成熟精子几乎不含细胞质，受精卵的细胞质及其中的线粒体主要由卵子提供，所以线粒体基因的传递方式不是孟德尔式遗传，而是表现为母系遗传。

（四）细胞分裂过程中不均等的分离

mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间要经过复制分离，随机分配到子细胞中，使子细胞拥有不同比例的野生型mtDNA和突变型mtDNA。如果同一组织或细胞中的mtDNA分子都是一致的，称为同质性；如果一个细胞内同时存在野生型mtDNA和突变型mtDNA，称为异质性。在连续的细胞分裂过程中，异质性细胞中野生型mtDNA和突变型mtDNA的比例会发生漂变，趋向同质性。分裂旺盛的细胞有排斥突变型mtDNA的趋势，可逐渐形成只有野生型mtDNA的同质细胞；分裂不旺盛的细胞可积累突变型mtDNA的复制优势，形成只有突变型mtDNA的同质性细胞。

知识链接

遗传瓶颈效应

人类的每个卵细胞中大约有10万个线粒体，但只有随机的一小部分（2～100个）可以进入成熟的卵母细胞传给子代，这种卵细胞形成期线粒体数量锐减的过程称为遗传瓶颈效应。通过遗传瓶颈效应的线粒体，经过早期胚胎细胞分裂会繁殖达到每个细胞含有1万个或更多线粒体。遗传瓶颈效应限制了下传的mtDNA的数量和种类，造成子代个体间呈现明显的异质性差异。

（五）阈值效应

异质性细胞的表现型取决于细胞内野生型和突变型mtDNA的相对比例，能引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA的最少数量称阈值。不同的组织、器官对能量的依赖程度不同，阈值的高低也不同。在特定组织中，突变mtDNA超过阈值时，能量的产生会急剧降到正常最低需求值以下，引起组织、器官功能异常。

（六）突变率高

mtDNA的突变率比细胞核DNA高10～20倍。与细胞核基因不同，mtDNA缺少组蛋白的保护，基因排列过于紧凑，使任何突变都可能影响到其基因组内某一个重要功能区域。通常每个细胞含有多个线粒体，每个线粒体内含多个mtDNA，每个mtDNA分子都可能发生突变，而且线粒体中DNA损伤修复能力非常有限，因此mtDNA的突变很高。人群中含有多种中性到中度有害的mtDNA突变，且有害的突变不断增多，但有害的突变多通过选择而消除，故线粒体病并不常见。