线粒体和叶绿体的区别（线粒体）

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转载自[中华首席医学网]

线粒体是位于真核细胞浆中的一些小体（0.5～1μm），由内膜、外膜、基质和膜间隙构成。分子量1万以下的小分 子物质可透过外膜，而内膜对许多物质具有选择性，内膜的这种相对的不通透性对于合成三磷酸腺苷（ATP）时所需维持的质子梯度很重要。

线粒体间质、内膜、外膜、内外膜间空隙都储存多种酶或酶群。基质含线粒体DNA（mitochonˉdrial DNA，mtDNA）、复制和转录mtDNA所必需的蛋白质、蛋白质合成的线粒体核糖体和实现其他功能（指柠檬酸循环和脂肪酸的β氧化作用）的酶。大部分线粒体蛋白由核基因组编码，在胞浆内转化并引入线粒体。线粒体的正常功能有赖于其正常结构的维持，任何一部分出现障碍都可能使线粒体的功能异常。通常线粒体的功能异常可从线粒体膜、酶、结构蛋白的损伤，mtDNA的突变和编码线粒体蛋白的核基因的突变这三种机制进行考虑，本文就基因突变机制进行综述。

1 线粒体基因组概况

人线粒体基因组是16569个碱基对组成的双股DNA分子，在线粒体基质内复制和合成。每个线粒体含2～10个mtDNA的拷贝，每个细胞有10 3 ～10 4 mtDNA拷贝。mtDNA只含37个基因，其中24个是合成蛋白质时所需的RNA编码基因（22个tRNA和两个rRNA），其余的13个基因参与编码呼吸链关键性复合酶的亚单位。线粒体呼吸链由5个复合酶组成，含有大约100个不同的蛋白质亚单位。线粒体基因组编码复合酶Ⅰ（NADH脱氢酶）的7个亚单位、复合酶Ⅲ（细胞色素C还原酶）的1个亚单位、复合酶Ⅳ（细胞色素C氧化酶）的3个亚单位和复合酶Ⅴ（ATP合成酶）的2个亚单位。仅有复合物Ⅱ（琥珀酸脱氢酶）是完全由核DNA编码的。因而线粒体基因组在调节氧化磷酸化作用中起关键作用。mtDNA有以下独特的性质和遗传原则:（1）mtDNA是裸露的，缺乏组蛋白和DNA结合蛋白的保护;（2）mtDNA复制快速且催化复制的DNA聚合酶γ不具有校读功能，复制错误率高;（3）每个细胞中含有数百个线粒体，每个线粒体含多个DNA分子，所以细胞中可同时存在正常mtDNA和突变mtDNA，即具有异质状态（heteroplasmic state）;（4）mtDNA编码基因排列紧密，无内含子，所以mtDNA的任何突变可影响到其基因组内的一些重要功能区域;（5）mtDNA突变基因的表型表达具有阈值效应（threshold effect），也就是说突变mtDNA是否在组织产生表型效应，这要依突变mtDNA与正常mtDNA相对比例和该组织对线粒体产生的ATP依赖程度而定;（6）线粒体是半自主性细胞器，mtDNA基因的复制、转录和翻译受核DNA的制约;（7）线粒体位于胞质中，在细胞分裂时随机将mtDNA分配到子细胞中去，1个卵细胞含数十万个mtDNA，而1个精细胞仅含数百个mtDNA，因此发生生殖系遗传以母系遗传为主。相应地有些线粒体病亦为母系遗传，如线粒体脑肌病、糖尿病等 〔1〕 。（8）所有的mtDˉNA复制酶都是由核基因编码的，mtDNA复制速度在单位时间内与它的长度呈正比，因此发生了缺失突变的mtDNA与正常大小的mtDNA相比具有增殖优势，也就是说随着时间的增长，异常的mtDNA有在体细胞内积累的趋势。

2 mtDNA的突变

导致线粒体功能异常mtDNA突变主要有点突变和缺失突变两种。与遗传性疾病相关的mtDNA突变主要是点突变，与衰老相关的主要是mtDNA的缺失突变。至今已发现老年人不同组织的mtDNA缺失类型有十几种，最短的3610bp，最长的10.4kb，其中某些缺失只见于某类组织，而另一些缺失却可能在不同组织或器官中出现。不管是mtDNA的点突变还是片段缺失都可以导致线粒体内tRNA的种类不全以及mRNA的不足，使多种蛋白质合成受阻，影响线粒体的功能。

2.1 mtDNA突变的机制

2.1.1 氧化损伤 根据突变细胞系的不同，可分为生殖细胞系突变和体细胞系突变两种。mtDNA的体细胞系突变与氧自由基损伤关系密切。这是因为mtDNA是唯一存在于人胞质中的DNA分子，在线粒体内膜上合成，而氧化磷酸化场所也在线粒体内膜。正常细胞呼吸时，大约有1%～5%的氧会逃逸出呼吸链而形成活性氧（reactive oxygen species，ROS），且在缺血、缺氧等因素损伤时，产生的ROS会更多，加上mtDNA是裸露的，缺乏组蛋白和DNA结合蛋白的保护，因此mtDNA极易受到氧化损伤

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