Митохондрии содержат кольцевую двухцепочечную ДНК, которую обозначили 25-й хромосомой человека (мтДНК). В каждой соматической клетке в среднем содержится около 1000 митохондрий. Суммарно ДНК митохондрий составляет 5% общего количества ДНК в организме. ДНК митохондрий реплицируется (транскрибируется) полуавтономно от ядерной ДНК.
Геном митохондрий человека был полностью секвенирован еще в 1981 г. Он содержит 16 569 пар нуклеотидов и кодирует 2 рибосомные РНК (12S и 16S), 22 транспортные РНК и 13 полипептидов. Полипептиды являются субъединицами ферментных комплексов окислительного фосфорилирования. Другие 66 субъединиц дыхательной цепи кодируются в ядре.
Митохондриальный геном как целое отличается от ядерного генома несколькими признаками.
• мтДНК наследуется по материнскому типу. Доля отцовской мтДНК в зиготе составляет от 0 до 4 митохондрий, а материнских — 2500. К тому же не исключается, что после оплодотворения репликация отцовских митохондрий вообще блокируется.
• Комбинативная изменчивость мтДНК (мейоз) отсутствует. Нуклеотидная последовательность меняется в поколениях только за счёт мутаций.
• Митохондриальный геном непрерывен, т.е. не содержит интронов. В нём имеется всего лишь несколько межгенных пар нуклеотидов или их вообще нет. Известно только одно исключение — около 1000 пар нуклеотидов — интрон в области промоторов (Д-петля). В мтДНК нет защитных гистонов и системы репарации ДНК. Такая организация определяет примерно в 10 раз большую скорость мутирования по сравнению с ядерной ДНК.
• Большинство генов мтДНК чередуются с одним геном транспортной РНК или более, которые служат разделяющими сигналами для дальнейшего про-цессинга первичных транскриптов.
• Внутри одной клетки могут функционировать митохондрии с разными ти- пами мтДНК. Это состояние называют гетероплазмией. Присутствие в клетках митохондрии с одним типом мтДНК называется гомоплазмией.
• В мтДН К транскрибируются или транслируются обе цепи. Код мтДН К слегка отличается от универсального (UGA кодирует триптофан, AUA кодирует
метионин, AGA и AGG являются стоп-кодонами).
• Мутации генов мтДНК лежат в основе митохондриальных болезней, отличающихся от моногенных болезней не только особенностями передачи из поколения в поколение по материнской линии, но и своеобразными общими чертами клинической картины. Патологические мутации мтДНК открыты в каждом типе митохондриальных генов.