线粒体及疾病精选PPT.ppt
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1、关于线粒体及疾病关于线粒体及疾病第1页,讲稿共55张,创作于星期二第2页,讲稿共55张,创作于星期二 一般动物细胞内线粒体数目从数百到数千个,一般动物细胞内线粒体数目从数百到数千个,在代谢旺盛的细胞中相对较多:如人和哺乳动物在代谢旺盛的细胞中相对较多:如人和哺乳动物的小肠、心肌和肝细胞等内脏细胞中线粒体很丰的小肠、心肌和肝细胞等内脏细胞中线粒体很丰富。富。除了红细胞外,人类所有体细胞都含除了红细胞外,人类所有体细胞都含有线粒体。有线粒体。第3页,讲稿共55张,创作于星期二线粒体线粒体动力工厂动力工厂 线粒体是真核细胞内的重要细胞器,人体内的细线粒体是真核细胞内的重要细胞器,人体内的细胞每天要合
2、成数千克的胞每天要合成数千克的ATPATP,大约,大约95%95%的的ATPATP是由线粒是由线粒体产生的。线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量体产生的。线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量交换,为细胞进行各种生命活动提供能量。因此,交换,为细胞进行各种生命活动提供能量。因此,线粒体有细胞线粒体有细胞“动力工厂动力工厂”之称,或被誉为细胞之称,或被誉为细胞的的“电力站电力站”(power plantpower plant)第4页,讲稿共55张,创作于星期二线粒体的功能:线粒体的功能:线粒体主要功能是进行三羧酸循环和氧化磷线粒体主要功能是进行三羧酸循环和氧化磷酸化合成酸化合成ATPATP,为细胞生命活动
3、提供直接能量;,为细胞生命活动提供直接能量;此外,线粒体还与细胞中氧自由基的生成、此外,线粒体还与细胞中氧自由基的生成、调节细胞氧化还原电位和信号转导,细胞凋亡、调节细胞氧化还原电位和信号转导,细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运及电解基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控有关。质稳态平衡的调控有关。第5页,讲稿共55张,创作于星期二线粒体病线粒体病 线粒体病是线粒体病是遗传缺损遗传缺损引起线粒体代谢酶缺引起线粒体代谢酶缺陷,使陷,使ATPATP合成障碍、能量来源不足导致的一组合成障碍、能量来源不足导致的一组异质性病变。异质性病变。第6页,讲稿共55张,创作于星期二第
4、一节第一节 线粒体疾病原因线粒体疾病原因第7页,讲稿共55张,创作于星期二线粒体疾病的病因线粒体疾病的病因某种或几种复合体的缺乏是导致线粒体病的某种或几种复合体的缺乏是导致线粒体病的根本原因根本原因 。因此,线粒体病有时也可以称为特殊酶缺乏症,。因此,线粒体病有时也可以称为特殊酶缺乏症,比如复合体比如复合体复合症。当某个细胞内充满病变线复合症。当某个细胞内充满病变线粒体后,它不仅无法合成粒体后,它不仅无法合成ATPATP而且会导致未而且会导致未使用原料分子和氧的堆积,使之产生病理性损使用原料分子和氧的堆积,使之产生病理性损伤。伤。HoltHolt在在19881988年首次做线粒体病患者发现年首
5、次做线粒体病患者发现mtDNAmtDNA缺失,缺失,证实证实mtDNAmtDNA突变是人类疾病的突变是人类疾病的重要病因之一。重要病因之一。不管是核内不管是核内DNADNA(nDNAnDNA)还是线粒体)还是线粒体DNADNA(mtDNAmtDNA)发)发生点突变都可能导致线粒体病的发生生点突变都可能导致线粒体病的发生 第8页,讲稿共55张,创作于星期二mtDNA:线粒体线粒体DNA,双链环状的,双链环状的DNA分子、裸露不与分子、裸露不与组蛋白结合组蛋白结合,分散在线粒体基质中,长约分散在线粒体基质中,长约5um、含、含16569个碱个碱基对。基对。mtDNA可以独立编码线粒体中的一些蛋白质
6、,可以独立编码线粒体中的一些蛋白质,是核外遗传物质是核外遗传物质 mtDNA?第9页,讲稿共55张,创作于星期二mtDNA的几个特点有助于解释其致病机理:的几个特点有助于解释其致病机理:mtDNAmtDNA半自主复制,没有内含子;半自主复制,没有内含子;mtDNAmtDNA所用的遗传密码与核基因通用密码,但存在差所用的遗传密码与核基因通用密码,但存在差异。异。mtDNAmtDNA为母系遗传;为母系遗传;mtDNAmtDNA具有阈值效应;具有阈值效应;暴露于氧化磷酸化所产生的氧自由基中暴露于氧化磷酸化所产生的氧自由基中,突变发生突变发生风险较核风险较核DNADNA大大10102020倍。倍。第1
7、0页,讲稿共55张,创作于星期二(一)(一)mtDNA具有半自主性具有半自主性 mtDNAmtDNA仅编码仅编码1313种蛋白质,绝大部分蛋白质亚基和其他维种蛋白质,绝大部分蛋白质亚基和其他维持线粒体结构和功能的蛋白质都依赖于持线粒体结构和功能的蛋白质都依赖于nDNAnDNA编码,在细编码,在细胞质中合成后,经特定转运方式进入线粒体胞质中合成后,经特定转运方式进入线粒体 。mtDNAmtDNA基因的表达受基因的表达受nDNAnDNA的制约,线粒体氧化磷酸的制约,线粒体氧化磷酸酶化系统的组装和维护需要酶化系统的组装和维护需要nDNAnDNA和和mtDNAmtDNA的协调,二者共的协调,二者共同作
8、用参与机体代谢调节。同作用参与机体代谢调节。线粒体是一种半自主细胞器,受线粒体基因组和核基因组两线粒体是一种半自主细胞器,受线粒体基因组和核基因组两套遗传系统共同控制套遗传系统共同控制 。第11页,讲稿共55张,创作于星期二(二)(二)mtDNA所用的遗传密码与核基因通用密所用的遗传密码与核基因通用密码,但存在差异。码,但存在差异。1.1.UGAUGA不是终止信号,而是色氨酸的密码。不是终止信号,而是色氨酸的密码。2.2.2.AGA2.AGA,AGGAGG不是精氨酸的密码子,而是终止密码子,不是精氨酸的密码子,而是终止密码子,因而,在线粒体密码系统中的因而,在线粒体密码系统中的4 4个终止密码
9、子(个终止密码子(UAA,UAA,UAG,AGA,AGGUAG,AGA,AGG)。)。3.3.3.tRNA3.tRNA兼并性较强,仅用兼并性较强,仅用2222个个tRNAtRNA来识别多达来识别多达4848个密个密码子码子 第12页,讲稿共55张,创作于星期二MetIleAUAMetMetAUGStopArgAGAStopArgAGGTrpStopUGATrpTrpUGGmtDNAUniversal codeCodon第13页,讲稿共55张,创作于星期二(三)(三)mtDNA为母系遗传为母系遗传母系遗传:人类受精卵中的线粒体来自卵母细胞,精母系遗传:人类受精卵中的线粒体来自卵母细胞,精子很少提
10、供线粒体给受精卵。这种传递方式称为母系子很少提供线粒体给受精卵。这种传递方式称为母系遗传。遗传。母亲将她的母亲将她的mtDNAmtDNA传递给儿子和女儿,但只有女儿能将其传递给儿子和女儿,但只有女儿能将其mtDNAmtDNA传递给下一代。传递给下一代。第14页,讲稿共55张,创作于星期二第15页,讲稿共55张,创作于星期二(四)(四)mtDNA具有阈值效应具有阈值效应线粒体病发病有一阈值,只有当异常的线粒体病发病有一阈值,只有当异常的mtDNAmtDNA超过阈值时超过阈值时才发病。女性携带者的细胞内突变的才发病。女性携带者的细胞内突变的mtDNAmtDNA未达到阈值或未达到阈值或在某种程度上受
11、核影响而未发病,但仍可以通过在某种程度上受核影响而未发病,但仍可以通过mtDNAmtDNA突变体向下代传递。突变体向下代传递。第16页,讲稿共55张,创作于星期二 mtDNAmtDNA中基因排列紧凑,任何突变都可能会影响中基因排列紧凑,任何突变都可能会影响到其基因组内的某一重要功能区域。到其基因组内的某一重要功能区域。mtDNAmtDNA是裸露的分子,不与组蛋白结合。是裸露的分子,不与组蛋白结合。mtDNAmtDNA位于线粒体内膜附近,直接暴露于呼吸链位于线粒体内膜附近,直接暴露于呼吸链代谢产生的超氧离子和电子传递产生的羟自由基中,极代谢产生的超氧离子和电子传递产生的羟自由基中,极易受氧化损伤
12、。易受氧化损伤。mtDNAmtDNA复制频率较高,复制时不对称复制频率较高,复制时不对称,缺乏有效缺乏有效的的DNADNA损伤修复能力。损伤修复能力。(五)(五)mtDNA的突变率极高的突变率极高第17页,讲稿共55张,创作于星期二第二节第二节 线粒体疾病的分类线粒体疾病的分类第18页,讲稿共55张,创作于星期二根据线粒体病变部位不同可分为:根据线粒体病变部位不同可分为:线粒体肌病:线粒体病变侵犯骨骼肌为线粒体肌病:线粒体病变侵犯骨骼肌为主。主。线粒体脑肌病:病变同时侵犯骨骼肌和中线粒体脑肌病:病变同时侵犯骨骼肌和中枢神经系统。枢神经系统。线粒体脑病:病变侵犯中枢神经系统为主。线粒体脑病:病变
13、侵犯中枢神经系统为主。第19页,讲稿共55张,创作于星期二线粒体病的分类:线粒体病的分类:(1)线粒体遗传病)线粒体遗传病(2)核基因突变引起的线粒体疾病)核基因突变引起的线粒体疾病第20页,讲稿共55张,创作于星期二一、线粒体遗传病:一、线粒体遗传病:Leber遗传性视神经病(遗传性视神经病(Leber hereditary optic neuropathy,LHON)KearnsSayre综合征(综合征(KSS)MERRF Syndrom(myoclonnus epilepsy and ragged-red fibers)肌阵挛性癫痫和破碎性红纤维病肌阵挛性癫痫和破碎性红纤维病MELAS
14、Syndrom(mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke-like episodes)线粒体肌病脑病伴乳线粒体肌病脑病伴乳酸中毒及中风样发作综合症酸中毒及中风样发作综合症神经源性肌软弱,共济失调并发色素性视网膜炎(神经源性肌软弱,共济失调并发色素性视网膜炎(NARP)和)和Leigh综合征(综合征(Leigh syndrom)第21页,讲稿共55张,创作于星期二Leber遗传性视神经病遗传性视神经病第22页,讲稿共55张,创作于星期二CPEO患者眼外肌慢性进行性瘫痪患者眼外肌慢性进行性瘫痪第23页,讲稿共55
15、张,创作于星期二肌肌阵阵挛挛性性癫癫痫痫和和破破碎碎性性红红纤纤维维病病第24页,讲稿共55张,创作于星期二Leigh综综合合征征患患者者第25页,讲稿共55张,创作于星期二二、核基因突变引起的线粒体疾病二、核基因突变引起的线粒体疾病 线粒体具有自己的遗传体系并能独立合成部分蛋白质,但是,线粒体线粒体具有自己的遗传体系并能独立合成部分蛋白质,但是,线粒体的生长增殖必需高度依赖于核基因和细胞内的蛋白质合成。核的生长增殖必需高度依赖于核基因和细胞内的蛋白质合成。核DNA编码的编码的蛋白质进入线粒体后,行使多种功能,例如,在膜间隙和基质间转运分子、蛋白质进入线粒体后,行使多种功能,例如,在膜间隙和基
16、质间转运分子、通过氧化磷酸化产生通过氧化磷酸化产生ATP、调节线粒体对铁的摄入、控制线粒体的复制和维持、调节线粒体对铁的摄入、控制线粒体的复制和维持线粒体结构的完整性等。线粒体结构的完整性等。因此,核基因的突变可能会影响线粒体的正常功能,而导致相应因此,核基因的突变可能会影响线粒体的正常功能,而导致相应的疾病。的疾病。第26页,讲稿共55张,创作于星期二(一)线粒体蛋白输入缺陷(一)线粒体蛋白输入缺陷(二)底物运输缺陷(二)底物运输缺陷(三)底物利用缺陷(三)底物利用缺陷(四)铁运输缺陷(四)铁运输缺陷(五)电子传递链缺陷(五)电子传递链缺陷核基因突变引起的线粒体疾病:核基因突变引起的线粒体疾
17、病:第27页,讲稿共55张,创作于星期二1.1.线粒体蛋白输入缺陷线粒体蛋白输入缺陷 突变发生在线粒体输入蛋白的信号序列。如位于染色体突变发生在线粒体输入蛋白的信号序列。如位于染色体Xp22.1Xp22.1的的PHDA1PHDA1基因,编码蛋白参与丙酮酸的代谢,已基因,编码蛋白参与丙酮酸的代谢,已发现其靶序列的突变导致的疾病。信号序列长度可达发现其靶序列的突变导致的疾病。信号序列长度可达8585个氨基酸残基,序列不完全一致,但有相似的构象。个氨基酸残基,序列不完全一致,但有相似的构象。临床症状表现为眼部异常和中枢神经系统退变。临床症状表现为眼部异常和中枢神经系统退变。第28页,讲稿共55张,创
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