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第四节 线粒体遗传
作者:农学院    文章来源:浙江大学精品课程网    点击数:2790    更新时间:2007/7/5
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  一、线粒体遗传的表现:

  ㈠、红色面包霉缓慢生长突变型的遗传:

  两种接合型均可产生原子囊果(卵细胞)和分生孢子(精细胞)。

  ①. 缓慢生长突变型:在正常繁殖条件下能稳定地遗传下去,经过多次接种移植、其遗传方式和表现型都不会改变。
  ②. 试验:
  缓慢生长特性只能在通过母本传递给后代(其核遗传正常,呈1∶1分离)。


红色面包霉生活史
缓慢生长突变型

  ③.分析:缓慢生长突变型在幼嫩培养阶段时无细胞色素氧化酶,酶是正常代谢所必需的。
  由于细胞色素氧化酶的产生与线粒体有关,且观察到缓慢生长突变型中的线粒体结构不正常。
  有关基因存在于线粒体之中,由母本传递。

  ㈡、酵母小菌落的遗传:

  小菌落酵母细胞缺少细胞色素a和b、细胞色素氧化酶不能有氧呼吸不能有效利用有机物产生小菌落。

  请看右图。

啤酒酵母细胞质遗传
  二、线粒体的分子遗传:

  ㈠、线粒体DNA分子特点:

  mtDNA(如人类的线粒体)与核DNA的区别:
  ⑴. mt DNA无重复序列;
  ⑵. mt DNA 的浮力密度比较低;
  ⑶. mt DNA的G、C含量比A、T少,如酵母mtDNA的GC含量为21%;
  ⑷. mt DNA两条单链的密度不同,分别为重链(H)和轻链(L);
  ⑸. mt DNA非常小,仅为核DNA十万分之一。

  线粒体数目及mtDNA大小:下图为线粒体数目及mtDNA大小。

生物种类
每细胞中线粒体数
mtDNA大小 (kb)
mtDNA与核DNA比值
酵母
22
84
0.18
鼠(L细胞)
500
16.2
0.002
人(Hela细胞)
800
16.6
0.01
线粒体DNA

  ㈡、线粒体基因组的构成:

  * 1981年Kanderson最早测出人的mtDNA全序列为16569bp。
  * 人、鼠、牛的mtDAN全序列中测出:2个rRNA基因、22个tRNA基因、13个蛋白质基因等;
  人、鼠和牛的mtDNA分别有16569bp、16275bp和16338bp。
  22个tRNA基因的位置用各个tRNA接受的氨基酸示于圆环外。
  12S及16SrRNA 基因和13个开放阅读框架位置用相应符号表
示在圆环内。
  URF:尚未确定开放阅读框架。OH和OL示两条互补链复制起始点。
线粒体基因组图

  1984年,Lonsdale测出玉米mtDNA:
  * 含有570kbp;
  * 并存在多个重复序列(主要有6种);
  * rRNA基因、tRNA基因和细胞色素C氧化酶基因均已定位。

  ㈢、线粒体遗传信息的复制、转录和翻译系统:
  ①.复制方式为半保留复制,由线粒体DNA聚合酶完成。

线粒体遗传信息的复制

  ②.有自身的核糖体,且不同的生物差异大:
  人的Hela细胞线粒体核糖体为60S,由45S和35S两个亚基组成,而细胞质核糖体为74S;
  酵母核糖体(75S)和各种RNA(rRNA、tRNA和mRNA),而细胞质核糖体为80S。
  ③.线粒体的密码子与核基因密码子有差异:
  红色氨基酸密码子为人类线粒体与核基因不同的密码子(右图),其中有22种tRNA基因,细胞质中则有32种tRNA基因。
线粒体的密码子

  ④.半自主性的细胞器:
  线粒体内100多种蛋白质中,约有10种是线粒体本身合成的,包括细胞色素氧化酶亚基、4种ATP酶亚基和1种细胞色素b亚基。
  线粒体的蛋白是由线粒体本身和核基因共同编码的,是一种半自主性的细胞器。

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