医学遗传学习题(附答案)第6章-线粒体遗传病.doc

第六章 线粒体遗传病（一）选择题(A型选择题)1下面关于线粒体的正确描述是_。 A.含有遗传信息和转译系统B.线粒体基因突变与人类疾病基本无关C.是一种完全独立自主的细胞器D.只有极少量DNA，作用很少E.线粒体中所需蛋白质均来自细胞质 2. 关于线粒体遗传的叙述，不正确的是_。 A线粒体遗传同样是由DNA控制的遗传B线粒体遗传的子代性状受母亲影响C线粒体遗传是细胞质遗传D线粒体遗传同样遵循基因的分离规律E线粒体遗传的表现度与突变型mtDNA的数量有关。3以下符合mtDNA结构特点的是_。 A.全长61569bp B.与组蛋白结合 C.呈闭环双链状D.重链（H链）富含胞嘌呤 E.轻链（L链）富含鸟嘧啶4.人类mtDNA的结构特点是_。 A. 全长16.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环单链B. 全长61.6kb，不与组蛋白结合，分为重链和轻链C. 全长16.6kb，与组蛋白结合，为闭环双链D. 全长61.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环单链E. 全长16.6kb，不与组蛋白结合，为裸露闭环双链5下面关于mtDNA的描述中，不正确的是_。 AmtDNA的表达与核DNA无关BmtDNA是双链环状DNACmtDNA转录方式类似于原核细胞DmtDNA有重链和轻链之分EmtDNA的两条链都有编码功能6线粒体遗传属于_。 A.多基因遗传 B.显性遗传C.隐性遗传 D.非孟德尔遗传 E.体细胞遗传7. 线粒体中的tRNA兼用性较强，tRNA数量为_。 A.48个 B.32个 C.64个 D.61个 E.22个8mtDNA编码线粒体中_。 A. 全部呼吸链-氧化磷酸化系统的蛋白质 B. 约10%的蛋白质C. 大部分蛋白质 D. 线粒体基质中的全部蛋白质E. 线粒体膜上的全部蛋白质9. 目前已发现与mtDNA有关的人类疾病种类约为_。 A. 100余种 B. 10多种 C. 60多种 D. 几十种 E. 种类很多10UGA在细胞核中为终止密码，而在线粒体编码的氨基酸是_。 A色氨酸 B赖氨酸 C天冬酰胺 D苏氨酸 E异亮氨酸11每个线粒体内含有mtDNA分子的拷贝数为_。 A10100个 B1020个 C210个 D1530个 E10512mtDNA中编码mRNA基因的数目为_。 A37个 B22个 C17个 D13个 E2个13关于mtDNA的编码区，描述正确的是_。 A.包括终止密码子序列 B.不同种系间的核苷酸无同源性C.包括13个基因 D.各基因之间部分区域重叠E.包括启动子和内含子14关于mtDNA的D环区，描述正确的是_。 A.是线粒体基因组中进化速度最慢的DNA序列B.具有高度同源性C.包含线粒体基因组中全部的调控序列D.突变率较编码区低E.是子代H链在复制过程中与亲代H链发生置换的部位15mtDNA中含有的基因为_。 A. 22个rRNA基因，2个tRNA基因，13个mRNA基因B. 13个rRNA基因，22个tRNA基因，2个mRNA基因C. 2个rRNA基因，13个tRNA基因，22个mRNA基因D. 2个rRNA基因，22个tRNA基因，13个mRNA基因E. 13个rRNA基因，2个tRNA基因，22个mRNA基因16mtDNA中的13个mRNA基因编码的蛋白质是_。 A. 与线粒体氧化磷酸化有关的蛋白质B. mtDNA复制所需的酶蛋白C. mtDNA转译所需的酶蛋白D. 线粒体的结构蛋白E.以上都有17mtDNA编码线粒体中的_。 A. 部分蛋白质和全部的tRNA、rRNAB. 部分蛋白质和部分tRNA、rRNAC. 全部蛋白质和部分tRNA、rRNAD. 全部蛋白质、tRNA、rRNAE. 部分蛋白质、tRNA和全部rRNA18mtDNA中D环的两个高变区_。 A. 导致了个体间的高度差异 B. 导致了线粒体遗传病的发生C. 导致mtDNA复制缺陷 D. 是衰老的重要原因E. 适用于生化遗传学研究19线粒体遗传不具有的特征为_。 A异质性 B母系遗传 C阈值效应D交叉遗传 E高突变率20mtDNA中含有_。 A37个基因 B大量调控序列 C内含子 D终止子 E高度重复序列21下面关于线粒体遗传系统的错误描述是_。 A可编码线粒体中全部的tRNA、rRNAB能够独立复制、转录，不受nDNA的制约C在细胞中有多个拷贝D进化率极高，多态现象普遍E所含信息量小22mtDNA的D环区不含有_。 AH链复制的起始点BL链复制的起始点C保守序列DH链转录的启动子EL链转录的启动子23下面不符合mtDNA的转录特点的是_。 A两条链均有编码功能B两条链的初级转录产物都很大C两条链都从D-环区开始复制和转录DtRNA兼用性较强E遗传密码与nDNA不完全相同24AGA和AGG 在细胞核中编码精氨酸，而在线粒体为_。 A终止密码 B起始密码C天冬酰胺 D苏氨酸 E异亮氨酸25. 异质性细胞的表现型依赖于_。 A. 突变型和野生型mtDNA的相互作用B. 突变型和野生型mtDNA的拮抗作用C. 突变型和野生型mtDNA的相对比例D. 突变型mtDNA的表达程度E. 野生型mtDNA的表达程度26.关于线粒体异质性的不正确描述是_。 A.可分为序列异质性和长度异质性B.同一细胞甚至同一线粒体内有不同的mtDNA拷贝C.同一个体在不同的发育时期产生不同的mtDNAD.不同组织中异质性水平的比率和发生率各不相同E.mtDNA的异质性仅表现在编码区27.关于线粒体异质性的正确描述是_。 AD环区的异质性通常与线粒体疾病相关B是mtDNA发生突变所导致的C在成人中的发生率远远低于儿童中的发生率D在血液中发生率高E正常人mtDNA的异质性高发于编码区28.线粒体中的tRNA兼用性较强是因为其反密码子_。 A. 第1位碱基的识别有一定的自由度B. 第2位碱基的识别有一定的自由度C. 第3位碱基的识别有一定的自由度D. 第2、3位碱基的识别有一定的自由度E. 3个碱基的识别都有一定的自由度29. mtDNA高突变率的原因不包括_。 A缺乏有效的修复能力 B基因排列紧凑C易受氧化损伤 D缺乏组蛋白保护E复制频率过低30线粒体多质性指_。 A不同的细胞中线粒体数量不同B一个细胞中有多个线粒体C一个线粒体中有多个DNAD一个细胞中有多种mtDNA拷贝E一个线粒体中有多种DNA拷贝31.受精卵中线粒体的来源是_。 A几乎全部来自精子B几乎全部来自卵子C精子与卵子各提供1/2D不会来自卵子E大部分来自精子32线粒体疾病的遗传特征是_。 A母系遗传B近亲婚配的子女发病率增高C交叉遗传D发病率有明显的性别差异E女患者的子女约1/2发病33下列不符合线粒体基因组特点的描述是_。 A.不属于人类基因组的组成部分B.全长16569bpC.不与组蛋白结合，呈裸露闭环双链状D.根据其转录产物在CsCl中密度的不同分为重链和轻链E.重链（H链）富含鸟嘌呤，轻链（L链）富含胞嘧啶34下列不是线粒体DNA的遗传学特征的是_。 A半自主性 B. 符合孟德尔遗传规律 C复制分离 D. 阈值效应 E突变率高于核DNA35.遗传瓶颈效应指_。 A卵细胞形成期mtDNA数量剧减B卵细胞形成期nDNA数量剧减C受精过程中nDNA.数量剧减D受精过程中mtDNA数量剧减E卵细胞形成期突变mtDNA数量剧减36“阈值效应”中的阈值_。 A指细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比例B易受突变类型的影响C个体差异不大D无组织差异性E与细胞老化程度无关37下面关于线粒体遗传的不正确描述是_。 A异质性细胞可漂变为同质性B低突变型mtDNA水平不会引起临床症状C正常mtDNA具有复制优势D线粒体疾病随年龄增加而渐进性加重E父方的mtDNA对表型无明显作用38影响阈值的因素不包括_。 A组织器官对能量的依赖程度B父方mtDNA的突变类型C组织的功能状态D组织细胞的老化程度E个体的发育阶段39. 符合母系遗传的疾病为_。 A甲型血友病B. 抗维生素D性佝偻病C子宫阴道积水D. Leber遗传性视神经病E家族性高胆固醇血症40最易受线粒体阈值效应的影响而受累的组织是_。 A心脏 B肝脏 C骨骼肌 D肾脏 E中枢神经系统 41最早发现与mtDNA突变有关的疾病是_。 A遗传性代谢病 BLeber遗传性视神经病 C白化病 D红绿色盲 E进行性肌营养不良42. 不同的组织器官对能量的依赖程度依次为_。 A. 中枢神经系统骨骼肌心脏胰腺肾脏肝脏B. 肝脏心脏中枢神经系统骨骼肌胰腺肾脏C. 骨骼肌肝脏心脏中枢神经系统胰腺肾脏D. 心脏肝脏中枢神经系统骨骼肌胰腺肾脏E. 心脏中枢神经系统骨骼肌肝脏胰腺肾脏43点突变若发生于tRNA或rRNA基因上，可导致_。 A. 呼吸链中多种酶缺乏B. 呼吸链中某种酶的缺乏C. 错义突变D. 线粒体数量减少E. tRNA或rRNA不能复制44. 与mtDNA的错义突变有关的疾病主要是_。 A.眼肌病B.乳酸中毒C.肝、肾衰竭D.糖尿病E.脑脊髓性及神经性疾病45与线粒体疾病的临床多样性无关的因素是_。 A. 个体的发育阶段B. 组织对能量的依赖程度C. 异质性水平D. mtDNA的突变类型E. 交叉遗传46. 下列与mtDNA缺陷无关的疾病是_。 A型糖尿病 B. 肿瘤 C. 帕金森病 D. 红绿色盲 E. 衰老471987年，Wallace等发现与mtDNA突变有关的遗传病是_。 A. 氨基糖甙类诱发的耳聋B. Leber遗传性视神经病C. 帕金森病D. Leigh综合征E. Kearns-Sayre综合征48下面_不是判断mtDNA致病性突变的标准。 A. 突变发生于高度保守的序列或发生突变的位点有明显的功能重要性B. 在来自不同家系但有类似表型的患者中发现相同的突变C. 正常人群中有该mtDNA突变类型D. 异质性程度与疾病严重程度正相关E. 突变可引起呼吸链缺损49点突变若发生于mtDNA rRNA基因上，可导致_。 A呼吸链中多种酶缺陷B电子传递链中某种酶缺陷C线粒体蛋白输入缺陷D底物转运蛋白缺陷E导肽受体缺陷50常见的mtDNA的大片段重组是_。 A插入 B重复 C易位 D缺失 E倒位51mtDNA大片段的缺失往往涉及多个_。 AATPase8基因 BND基因 CtRNA基因 DrRNA基因 E多种基因52mtDNA突变类型不包括_。 A缺失 B点突变 CmtDNA数量减少 D双着丝粒 E重复53. 一位女士的母亲患有LHON，如果该女士结婚生育，其子女的情况是_。 A儿子不会携带致病基因B女儿不会携带致病基因C儿子和女儿都携带致病基因D必须经基因检测才能确定E. 儿子和女儿都发病54. 线粒体疾病随年龄渐进性加重是因为_。 A突变mtDNA积累 B机体免疫能力减退C对能量的需求增加 D异质性漂变EmtDNA的突变率激增55. Pearson综合征(PS)。可引起缺铁性贫血的原因是_。 A运铁蛋白功能缺损 B消化道吸收铁功能受损C饮食摄入铁不足 D血细胞不能利用铁来进行血红蛋白的合成E机体出血导致铁流失56. 发病具有性别差异，一般男性患者是女性患者5倍的疾病是_。 A遗传性小脑性运动共济失调 B红绿色盲CLeber遗传性视神经病 D抗维生素D佝偻病E先天愚型 57. 1981年，_。 A. Wallace等发现Leber遗传性视神经病与mtDNA突变有关B. Anderson等人完成了人类线粒体基因组的全部核苷酸序列的测定C. Leber等发现Leber遗传性视神经病与mtDNA突变有关D. Anderson等发现线粒体DNAE. Wallace等发现线粒体具有转译系统58. 个体及群体中的mtDNA序列有极大的不同，任何两个人的mtDNA，平均每1 000个碱基对中，不同的碱基对大约为_。 A10个 B20个 C2个 D15个 E4个59. MELAS综合征的特征性病理变化是_。 A在小脑、脑干和脊索等部位也发现神经元的缺如 B尾状核中小神经细胞缺失，伴胶质纤维化 C电子传导链中复合物的特异性染料能将肌细胞染成红色。 D基底神经节和脑干部位神经元细胞的退化 E在脑和肌肉的小动脉和毛细血管管壁中有大量的形态异常的聚集的线粒体60. 1993年，Prezant等通过3个母系遗传的氨基糖甙类抗生素致聋家系的研究，首次报道mtDNA编码的12SrRNA基因1555位点的突变是_。 AGA BAG CTG DGT E T C（三）是非判断题1nDNA与mtDNA基因突变均可导致线粒体中蛋白质合成受阻。2mtDNA具有2个复制起始点, 之间相隔2/3个mtDNA，分别起始复制H，L链。3多细胞生物中，mtDNA复制并不均一，有些mtDNA分子合成活跃，有些mtDNA分子不合成。4NARP患者mtDNA的8993G突变阻止了复合物的质子转位。 5女性体细胞中异常mtDNA未达到阈值时不发病，突变mtDNA不会向后代传递。6. mtDNA能够独立地进行复制，因此不受核DNA影响。7. 线粒体基因组所用的遗传密码和通用密码是相同的。8. 母亲将她的mtDNA传递给她的所有子女，但只有她的女儿可将其mtDNA传给下一代。9. 线粒体遗传病不符合孟德尔遗传规律，表现为母系遗传。10. mtDNA在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离。11. 诱发LHON的mtDNA突变均为点突变。 12. KSS和CPEO主要是由于mtDNA的点突变引起的。 （mtDNA的缺失）13. “同质性”是指一个细胞或组织中所有的线粒体都是野生型序列。 （都是野生型序列或都是突变型序列）14. 人的卵母细胞成熟时，其中的线粒体数量大约为105个。 （不超过100个）15. 突变的mtDNA基因很普遍，并不一定都引起粒体遗传病。 （四）名词解释题1. 线粒体病（mitchondrial disease）2异质性（heteroplasmy）3阈值效应(threshould effect)4D-loop5母系遗传（maternal inheritance）6. 同质性（homeoplasmy）7复制分离（replicative segregation）8遗传瓶颈（genetic bottleneck）9多质性(multiplasmy)（五）问答题1什么是mtDNA？它有什么特性？2说明线粒体的遗传规律。3简述nDNA在线粒体遗传中的作用。4简述人类线粒体基因组的结构和功能。5mtDNA编码区内的基因排列有何特点？6mtDNA非编码区有何功能？7D环区的多态性研究有何意义？8与核基因转录比较，mtDNA的转录有何特点？9简述mtDNA的复制过程。10哪些因素与线粒体病的外显率、表现度有关？11如何确定一个mtDNA是否为致病性突变？12mtDNA基因突变的后果和主要突变类型是什么？13mtDNA基因点突变会产生什么效应？14mtDNA的大片段重组有哪些类型？产生何种效应？15异质性细胞如何发生漂变？16简述mtDNA基因突变率高的分子机制。17什么是mtDNA的复制分离？三、参考答案（一）A型选择题1.A 2.D 3.C 4.E 5. A 6.D 7.E 8. B 9. A 10.A 11.C 12.D 13.D 14.E 15.D 16.A 17.A 18.A 19.D 20.A 21.B 22.B 23.C 24.A 25.C 26.E 27.B 28.C 29.E 30.D 31.B 32.A 33.A 34.B 35.A 36.B 37.C 38.B 39.D 40.E 41.B 42.A 43.A 44.E 45.E 46.D 47.B 48.C 49.A 50.D 51.E 52.D 53.C 54.A 55.D 56.C 57.B 58.E 59.E 60.B（三）是非判断题1.对。 2.对。 3.对。 4.错。复合物的质子转位。 5.错。母系遗传是线粒体DNA的遗传特点之一。 6.错。mtDNA进行复制，受核DNA影响。 7.错。mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同。8.对。 9.对。 10.对。11.对12.错。KSS和CPEO主要是由于mtDNA的缺失引起的13.错。“同质性”是指一个细胞或组织中所有的线粒体或都是野生型序列，或都是突变型序列。14. 错。人的卵母细胞成熟时，其中的线粒体数量最多不超过100个。15. 对。（四）名词解释题1广义的线粒体病指以线粒体功能异常为病因学核心的一大类疾病，包括线粒体基因组、核基因组缺陷以及二者之间的通讯缺陷。狭义的线粒体病仅指线粒体DNA突变所致的线粒体功能异常，为通常所指的线粒体病。线粒体DNA为呼吸链的部分肽链及线粒体蛋白质合成系统rRNA和tRNA编码，这些线粒体基因突变所导致的疾病也称为线粒体遗传病。2由于mtDNA发生突变，导致一个细胞内同时存在野生型mtDNA和突变型mtDNA。3在特定组织中，突变型mtDNA积累到一定程度，超过阈值时，能量的产生就会急剧地降到正常的细胞、组织和器官的功能最低需求量以下，引起某些器官或组织功能异常。4 D环区，又称非编码区或控制区，与mtDNA的复制及转录有关，包含H链复制的起始点（OH）、H链和L链转录的启动子（PH1、PH2、PL）以及4个保守序列。5即母亲将mtDNA传递给她的儿子和女儿，但只有女儿能将其mtDNA传递给后代。6同一组织或细胞中的mtDNA分子都是相同的，称为同质性。7细胞分裂时，突变型和野生型mtDNA发生分离，随机地分配到子细胞中，使子细胞拥有不同比例的突变型mtDNA分子，这种随机分配导致mtDNA异质性变化的过程称为复制分离。8异质性在亲子代之间的传递非常复杂，人类的每个卵细胞中大约有10万个mtDNA，但只有随机的一小部分(2200个)可以进入成熟的卵细胞传给子代，这种卵细胞形成期mtDNA数量剧减的过程称“遗传瓶颈”。9人体不同类型的细胞含线粒体数目不同，通常有成百上千个，而每个线粒体中有210个mtDNA分子，由于线粒体的大量中性突变，因此，绝大多数细胞中有多种mtDNA拷贝，其拷贝数存在器官组织的差异性。（五）问答题1线粒体DNA约16.5kb，为一种双链环状DNA，由一条重链和一条轻链组成，含37个基因：22个tRNA基因、2个rRNA基因、13个mRNA基因；与nDNA相比，具有高度简洁型、高突变率、母系遗传、异质性等特点。2高度简洁性：基因内无内含子，整个DNA分子中很少非编码顺序。高突变率：mtDNA是裸露的，无组蛋白保护；mtDNA复制时，多核苷酸链长时间处于单链状态，分子不稳定，易发生突变；线粒体中缺少DNA修复系统。异质性：同一个细胞中野生型mtDNA和突变型mtDNA共存。阈值效应：细胞中突变型mtDNA达到一定数量，能量代谢不足以满足细胞生命活动需要时，才会表现出临床症状。母系遗传：精子中线粒体数量很少，受精卵中的线粒体几乎全部来自卵子，因此，只有母亲的突变线粒体可以传给后代，临床上表现为母亲发病，子代可能发病，父亲发病，子代正常。与nDNA的遗传密码不完全相同。mtDNA的转录过程类似于原核生物，即在有丝分裂和减数分裂期间都要经过复制分离。3尽管线粒体中存在DNA和蛋白质合成系统，但是，线粒体只能合成一小部分线粒体蛋白，呼吸链-氧化磷酸化系统的80多种蛋白质亚基中，mtDNA仅编码13种，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核nDNA编码，在细胞质中合成后，经特定转运方式进入线粒体。此外，mtDNA基因的表达受nDNA的制约，mtDNA自我复制、转录需要由核nDNA编码的酶蛋白参与，线粒体的遗传系统只有靠核基因所合成的大量蛋白质的协调才能发挥作用，所以mtDNA基因的表达受核DNA的制约。4线粒体基因组是人类基因组的重要组成部分，全长16569bp，不与组蛋白结合，呈裸露闭环双链状，根据其转录产物在CsCl中密度的不同分为重链和轻链，重链（H链）富含鸟嘌呤，轻链（L链）富含胞嘧啶。mtDNA编码线粒体中部分蛋白质和全部的tRNA、rRNA，能够独立进行复制、转录和翻译，但所含信息量小。mtDNA分为编码区与非编码区，编码区包括37个基因：2个基因编码线粒体核糖体的rRNA（16S、12S），22个基因编码线粒体中的tRNA，13个基因编码与线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）有关的蛋白质。非编码区与mtDNA的复制及转录有关，包含H链复制的起始点（OH）、H链和L链转录的启动子（PH1、PH2、PL）以及4个保守序列。5各基因之间排列极为紧凑，部分区域还出现重叠，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相衔接，利用率极高。无启动子和内含子，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾。基因间隔区只有87bp，占mtDNA总长度的的0.5%。因而，mtDNA任何区域的突变都可能导致线粒体氧化磷酸化功能的病理性改变。6mtDNA非编码区与mtDNA的复制及转录有关，包含H链复制的起始点（OH）、H链和L链转录的启动子（PH1、PH2、PL）以及4个保守序列。7D环区是线粒体基因组中进化速度最快的DNA序列，极少有同源性，而且参与的碱基数目不等，其1602416365nt及73340nt两个区域为多态性高发区，分别称为高变区（hypervariable region，HV）及高变区（hypervariable region，HV），这两个区域的高度多态性导致了个体间的高度差异，适用于群体遗传学研究，如生物进化、种族迁移、亲缘关系鉴定等。8mtDNA两条链均有编码功能：重链编码2个rRNA、12个mRNA和14个tRNA；轻链编码1个mRNA和8个tRNA；两条链从D-环区的启动子处同时开始以相同速率转录，L链按顺时针方向转录，H链按逆时针方向转录；mtDNA的基因之间无终止子，因此两条链各自产生一个巨大的多顺反子初级转录产物。H链还产生一个较短的、合成活跃的RNA转录产物，其中包含2个tRNA和2个mRNA；tRNA基因通常位于mRNA基因和rRNA基因之间，每个tRNA基因的5端与mRNA基因的3端紧密相连，核酸酶准确识别初级转录产物中tRNA序列，并在tRNA两端剪切转录本，形成单基因的mRNA、tRNA和rRNA，剪切下来的mRNA无5帽结构，在polyA聚合酶的作用下，在3端合成一段polyA，成为成熟的mRNA。初级转录产物中无信息的片段被很快降解；mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同：UGA编码色氨酸而非终止信号，AGA、AGG是终止信号而非精氨酸，AUA编码甲硫氨酸兼启动信号，而不是异亮氨酸的密码子；线粒体中的tRNA兼用性较强，其反密码子严格识别密码子的前两位碱基，但第3位碱基的识别有一定的自由度（称碱基摆动），可以识别4种碱基中的任何一种，因此，1个tRNA往往可识别几个密码子，22个tRNA便可识别线粒体mRNA的全部密码子。9mtDNA可进行半保留复制，其H链复制的起始点（OH）与L链复制起始点（OL）相隔2/3个mtDNA。复制起始于L链的转录启动子，首先以L链为模板合成一段RNA作为H链复制的引物，在DNA聚合酶作用下，复制一条互补的H链，取代亲代H链与L链互补。被置换的亲代H链保持单链状态，这段发生置换的区域称为置换环或D环，故此种DNA复制方式称D-环复制。随着新H链的合成，D环延伸，轻链复制起始点OL暴露，L链开始以被置换的亲代H链为模板沿逆时针方向复制。当H链合成结束时，L链只合成了1/3，此时mtDNA有两个环：一个是已完成复制的环状双链DNA，另一个是正在复制、有部分单链的DNA环。两条链的复制全部完成后，起始点的RNA引物被切除，缺口封闭，两条子代DNA分子分离。新合成的线粒体DNA是松弛型的，约需40分钟成为超螺旋状态。10细胞中线粒体的异质性水平；组织器官对能量的依赖程度；能引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA的最少数量；同一组织在不同功能状态对OXPHOS损伤的敏感性不同；线粒体疾病的临床多样性也与发育阶段有关；突变mtDNA随年龄增加在细胞中逐渐积累，因而线粒体疾病常表现为与年龄相关的渐进性加重。11确定一个mtDNA是否为致病性突变，有以下几个标准：突变发生于高度保守的序列或发生突变的位点有明显的功能重要性；该突变可引起呼吸链缺损；正常人群中未发现该mtDNA突变类型，在来自不同家系但有类似表型的患者中发现相同的突变；有异质性存在，而且异质性程度与疾病严重程度正相关。12mtDNA基因突变可影响OXPHOS功能，使ATP合成减少，一旦线粒体不能提供足够的能量则可引起细胞发生退变甚至坏死，导致一些组织和器官功能的减退，出现相应的临床症状。mtDNA突变类型主要包括点突变、大片段重组和mtDNA数量减少。13点突变发生的位置不同，所产生的效应也不同。已知的由mtDNA突变所引起的疾病中，2/3的点突变发生在与线粒体内蛋白质翻译有关的tRNA或rRNA基因上，使tRNA和rRNA的结构异常，普遍影响了mtDNA编码的全部多肽链的翻译过程，导致呼吸链中多种酶合成障碍；点突变发生于mRNA相关的基因上，可导致多肽链合成过程中的错义突变，进而影响氧化磷酸化相关酶的结构及活性，使细胞氧化磷酸化功能下降。14mtDNA的大片段重组包括缺失和重复，以缺失较为常见。大片段的缺失往往涉及多个基因，可导致线粒体OXPHOS功能下降，产生的ATP减少，从而影响组织器官的功能。15在连续的分裂过程中，异质性细胞中突变型mtDNA和野生型mtDNA的比例会发生漂变，向同质性的方向发展。分裂旺盛的细胞（如血细胞）往往有排斥突变mtDNA的趋势，经无数次分裂后，细胞逐渐成为只有野生型mtDNA的同质性细胞。突变mtDNA具有复制优势，在分裂不旺盛的细胞（如肌细胞）中逐渐积累，形成只有突变型mtDNA的同质性细胞。漂变的结果，表型也随之发生改变。16mtDNA中基因排列非常紧凑，任何mtDNA的突变都可能会影响到其基因组内的某一重要功能区域；mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合，缺乏组蛋白的保护；mtDNA位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产生的超氧粒子和电子传递产生的羟自由基中，极易受氧化损伤。mtDNA复制频率较高，复制时不对称。亲代H链被替换下来后，长时间处于单链状态，直至子代L链合成，而单链DNA可自发脱氨基，导致点突变；缺乏有效的DNA损伤修复能力。17细胞分裂时，突变型和野生型mtDNA发生分离，随机地分配到子细胞中，使子细胞拥有不同比例的突变型mtDNA分子，这种随机分配导致mtDNA异质性变化的过程称为复制分离。18