线粒体是真核细胞的能量代谢中心。人体细胞合成的ATP约95%由线粒体完成，因此，线粒体被称为细胞内的“动力工厂”。真核细胞的线粒体中广泛存在线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA），mtDNA异常可引起人类的疾病，即为线粒体遗传病（mitochondrial genetic disorders）。

线粒体遗传病指遗传物质DNA异常导致线粒体功能异常而引起的疾病，包括mtDNA异常、核DNA（nuclear DNA,nDNA）异常以及mtDNA异常和nDNA异常共同作用导致的疾病。线粒体遗传病的基因型与表型的关系较为复杂，涉及的疾病种类较多，临床表现多样。最常见发生病变的器官或组织，是消耗ATP最多的器官或组织如脑、骨骼肌及心脏。

第一节  线粒体基因组

 人类细胞核基因组包括24条染色体，细胞质基因组则是指线粒体基因组。人类每个体细胞中通常有几百到几千个线粒体，每个线粒体有2～10个拷贝的mtDNA分子，因此每个细胞中mtDNA分子可达数千个。从DNA含量来看，mtDNA约占细胞DNA总量的1%。mtDNA为双链闭环DNA，全长16 569bp。双链有重链（H）和轻链（L）之分重链位于外环，而轻链位于内环。

mtDNA的D-loop区域（D环，1 122bp，富含A=T碱基对，容易解链）附着在线粒体内膜上，并以此作为重链的复制起始点，轻链的复制是在重链复制完成约2/3时才开始复制，轻链复制起始点位于mtDNA约1/3处。D-loop区域除了含有重链的复制起始点，还含有轻链和重链的转录启动子（PL和PH），两条链的转录方向相反。

                                      图7-1  线粒体基因组的结构 

mtDNA编码13种蛋白质亚基，22种tRNA和2种rRNA。H链编码12种多肽链、2种rRNA（及14种tRNA。L链编码1种多肽链和8种tRNA。mtDNA基因排列极为紧凑，除D-loop区域之外，仅89bp的基因间隔区（分布在其他11处）。mtDNA基因没有内含子。此外，mtDNA部分基因有相互重叠现象。

 mtDNA与nDNA不同，没有组蛋白和非组蛋白与之结合，而组蛋白和非组蛋白可以对结合的DNA起到保护作用，所以mtDNA缺少相应蛋白质的保护。最关键的因素是，mtDNA暴露在相对高的氧自由基环境下，氧自由基容易对mtDNA造成损伤。综合上述3个因素，导致mtDNA容易发生突变。