线粒体呼吸链功能失调导致的疾病。线粒体是真核细胞中的一种细胞器。线粒体内普遍存在线粒体脱氧核糖核酸（mtDNA）及DNA复制、转录和翻译所需的因子。因此mtDNA是独立于核基因组之外的一套遗传物质，称为线粒体基因组。人mtDNA全长16 600碱基对，为环状双链DNA分子。mtDNA共包含37个基因，其中24个为核糖核酸（RNA）基因（2个核糖体RNA基因，22个转运RNA基因），13个为蛋白质编码基因。线粒体遗传方式为母系遗传。
组成线粒体呼吸链的绝大多数蛋白为核基因组编码蛋白，只有一小部分为mtDNA编码蛋白，因此线粒体病可由mtDNA突变引起，也可由核基因组突变引起。线粒体病的遗传方式较为复杂，可以是常染色体显性遗传或常染色体隐性遗传，也可以是非孟德尔式的母系遗传。线粒体病可在任何年龄发病。mtDNA突变引起的线粒体病则多在儿童后期或成人期发病，而核基因突变引起的线粒体病多在幼年发病。线粒体病常累及多个系统、器官，临床表现存在巨大差异，这通常与突变的线粒体基因的复制分离程度、在特定组织的数量、阈值水平等相关。
mtDNA相关的线粒体病主要包括：
①莱伯（Leber）视神经萎缩：又称Leber遗传性视神经病（LHON）。是一种罕见的眼部线粒体病。主要症状为视神经退行性病变。已报道有10个mtDNA原发突变为LHON的致病突变。
②氨基糖苷类药物诱发性耳聋：这类患者接受常规剂量氨基糖苷类抗生素而致聋，其mtDNA突变为m.1555A＞G和m.1494C＞T。
③糖尿病-耳聋综合征：临床表现为2型糖尿病合并耳聋，其mtDNA突变为m.3243A＞G。
④MELAS综合征：全称为线粒体疾病脑病伴乳酸中毒及中风样发作，简称线粒体疾病脑病，是最常见的母系遗传线粒体病。约80%MELAS患者的mtDNA突变为m.3243A＞G，m.3271T＞C，m.3252T＞C。但是上述检测为阴性者不能排除该病。
⑤MERRF综合征：全称为肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病，是一种罕见的多系统紊乱母系遗传病。mtDNA突变主要有四种，其中m.8344A＞G约占80%。四个主要致病突变阴性的患者不排除该病，可考虑全mtDNA测序及mtDNA片段缺失突变的检测。
与线粒体病相关的核基因突变大约有40多种。主要包括：
①进行性眼外肌麻痹（PEO）：呈常染色体显性遗传，患者大多携带POLG1、ANT1基因或编码Twinkle蛋白基因的杂合突变。
②肌神经胃肠脑病：该病患者携带TYMP基因的纯合突变或复合杂合突变。
③婴儿亚急性坏死性脑病：又称Leigh综合征。该病具有极其广泛的遗传异质性，在核基因组和线粒体基因组内都已鉴定出许多个致病基因及突变。