醫學遺傳學/粒線體基因組

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醫學遺傳學基礎

基因及基因突變
- 人類基因組
  - 細胞核基因組
  - 粒線體基因組

人類粒線體 DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）是獨立於細胞核染色體外的又一基因組，它能自主複製，由16569個鹼基對組成，每一個mtDNA分子為環狀雙鏈DNA分子，外環為重鏈，內環為輕鏈。基因組含有37個基因，其中13個為蛋白質基因（包含1個細胞素b基因，2個ATP酶複合體組成成分基因，3個細胞色素c氧化酶亞單位的基因及7個呼吸鏈NADH脫氫酶亞單位的基因），2個為rRNA基因，還有22個tNRA基因（圖3-9）。

人類粒線體基因組

圖3-9 人類粒線體基因組 H：重鏈；L：輕鏈

ND1－ND6：基因編碼NADH脫氫酶亞單位CO1－CO3：基因

編碼細胞色素C氧化酶亞單位1－3CYB：基因編碼細胞色素b

人類粒線體基因組具有下列特點：

1．人類粒線體的基因排列得非常緊湊，除與mtDNA複製及轉錄有關的一小段區域外，無內含子序列。在37個基因之間，基因間隔區總共只有87bp,只佔DNA總長度的的0.5%，有些基因之間沒有間隔，有時基因有重疊，即前一個基因的最後一段鹼基與下一個基因的第一段鹼基相銜接。因此，mtDNA的任何突變都會累及到基因組中一個重要功能區域。

2．mtDNA為高效利用DNA。有5個閱讀框架，缺少終止密碼子，僅以U或UA結尾。

3．mtDNA的突變率高於核中DNA，並且缺乏修復能力。

4．mtDNA為母系遺傳。

5.部分mtDNA的密碼子不同於核內DNA的密碼子。

遺傳密碼是在長期進化中形成並保持不變的，因此細胞核內所列的密碼是一種通用密碼，但是真核生物粒線體的密碼卻有若干處不同於通用密碼。以人類線粒為例：①UGA不是終止密碼子，而是色氨酸的密碼子；②AGA、AGG不是精氨酸的密碼子而是終止密碼子。這樣，加上通用密碼中的UAA和UAG，粒線體共有4個終止密碼子；③內部甲硫氨酸密碼子有2個，即AUG和AUA，起始甲硫酸密碼子有4個，即AUN。

總之，粒線體的密碼錶排列得比較整齊，各種胺基酸的密碼子以及起始和終止密碼子的數目或是2，或是4，或是6。

目前，由於發現有些遺傳病如Leber遺傳性視神經病，肌陣攣性癲癇等與粒線體基因突變有關，因而它的基因結構引起普遍關注。