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人类线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）是独立于细胞核染色体外的又一基因组，它能自主复制，由16569个碱基对组成，每一个mtDNA分子为环状双链DNA分子，外环为重链，内环为轻链。基因组含有37个基因，其中13个为蛋白质基因（包含1个细胞素b基因，2个ATP酶复合体组成成分基因，3个细胞色素c氧化酶亚单位的基因及7个呼吸链NADH脱氢酶亚单位的基因），2个为rRNA基因，还有22个tNRA基因（图3-9）。
图3-9 人类线粒体基因组 H：重链；L：轻链
ND1－ND6：基因编码NADH脱氢酶亚单位CO1－CO3：基因
编码细胞色素C氧化酶亚单位1－3CYB：基因编码细胞色素b
人类线粒体基因组具有下列特点：
1．人类线粒体的基因排列得非常紧凑，除与mtDNA复制及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。在37个基因之间，基因间隔区总共只有87bp,只占DNA总长度的的0.5%，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠，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。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中一个重要功能区域。
2．mtDNA为高效利用DNA。有5个阅读框架，缺少终止密码子，仅以U或UA结尾。
3．mtDNA的突变率高于核中DNA，并且缺乏修复能力。
4．mtDNA为母系遗传。
5.部分mtDNA的密码子不同于核内DNA的密码子。
遗传密码是在长期进化中形成并保持不变的，因此细胞核内所列的密码是一种通用密码，但是真核生物线粒体的密码却有若干处不同于通用密码。以人类线粒为例：①UGA不是终止密码子，而是色氨酸的密码子；②AGA、AGG不是精氨酸的密码子而是终止密码子。这样，加上通用密码中的UAA和UAG，线粒体共有4个终止密码子；③内部甲硫氨酸密码子有2个，即AUG和AUA，起始甲硫酸密码子有4个，即AUN。
总之，线粒体的密码表排列得比较整齐，各种氨基酸的密码子以及起始和终止密码子的数目或是2，或是4，或是6。
目前，由于发现有些遗传病如Leber遗传性视神经病，肌阵挛性癫痫等与线粒体基因突变有关，因而它的基因结构引起普遍关注。
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