Mitochondrialne DNA

Co to jest mitochondrialne DNA?

Mitochondrialny DNA to niewielka okrągła cząsteczka DNA znaleziona wewnątrz tych organelli w komórkach eukariotycznych. Ten mały genom koduje bardzo ograniczoną liczbę białek i aminokwasów w mitochondriach. Często można znaleźć nazwę „mitochondrialnego DNA” w skrócie w wielu podręcznikach i artykułach naukowych, takich jak „Adnmt„lub w języku angielskim”MtDNA".

Mitochondria są niezbędnymi organellami dla komórek eukariotycznych, ponieważ są odpowiedzialne za przekształcenie energii żywności spożywanej w postaci cukrów w postaci energii, którą komórki mogą zużywać (na przykład ATP).

Wszystkie komórki w organizmach eukariotycznych mają w środku co najmniej jedno mitochondria. Istnieją jednak komórki, takie jak komórki mięśniowe serca i mięśnie szkieletowe, które mogą mieć w środku setki mitochondriów.

Mitochondria mają aparat do syntezy białek i niezależny od aparatu komórkowego, z rybosomami, przenoszeniem ARN i aminoacil RNA-Sycetaza wnętrza organelli; Chociaż rybosomalny RNA jest mniejszy niż w komórce, która je mieszka.

Ten aparat wykazuje ogromne podobieństwo z urządzeniem do syntezy białek bakterii. Ponadto, a także w prokariotach, to urządzenie jest wyjątkowo wrażliwe na antybiotyki, ale bardzo różni się od syntezy białek w komórkach eukariotycznych.

Termin „mitochondria” został wprowadzony przez Bendę pod koniec XII wieku, a teoria „endosimbiozy” jest najbardziej akceptowana o swoim pochodzeniu. Zostało to opublikowane w 1967 roku przez Lynn Margulis w magazynie Journal of Theoretical Biology.

Teoria „endosimbiozy” stanowi pochodzenie mitochondriów milionów lat temu. Teoretycznie jest teoretycznie, że przodek komórek eukariotycznych „połknął” i włączył do jego metabolizmu organizm bakteryjny, który później stał się tym, co wiemy dzisiaj jako mitochondria.

Mitochondrialne charakterystyka DNA

U ssaków ogólnie cały genom zawierający mitochondrialny DNA jest zorganizowany w okrągłym chromosomie 15.000 do 16.000 par nukleotydów lub, co jest takie samo, od 15 do 16 kb (kilobazy).

W większości mitochondriów można osiągnąć kilka kopii mitochondrialnego chromosomu. W ludzkich komórkach somatycznych (komórki nie -seksualne) często można znaleźć co najmniej 100 kopii mitochondrialnego chromosomu.

W górnych roślinach (okrytozalążkowe) mitochondrialny DNA jest zwykle znacznie większy, na przykład w roślinie kukurydzy, okrągły chromosom mitochondrialnego DNA może mierzyć do 570 kb.

Mitochondrialny DNA zajmuje około 1% całkowitego DNA komórek somatycznych większości zwierząt kręgowców. Jest to bardzo zachowane DNA w królestwie zwierząt, w przeciwieństwie do tego, co jest obserwowane w roślinach, gdzie istnieje szeroka różnorodność.

W niektórych „gigantycznych” komórkach eukariotycznych, takich jak jajniki (komórki płciowe kobiet) ssaków lub komórek zawierających wiele mitochondriów, mitochondrialne DNA może stanowić do 1/3 całkowitego DNA komórkowego DNA.

Mitochondrialny DNA ma różne właściwości do jądrowego DNA: ma gęstość i odsetek par guaniny - cytozyny (GC) i adeniny - timina (AT) podstaw.

Gęstość par zasad GC w mitochondrialnym DNA wynosi 1,68 g/cm3, a zawartość wynosi 21%; Podczas gdy w jądrowym DNA ta gęstość wynosi 1,68 g/cm3, a zawartość wynosi około 40%.

Funkcje

Mitochondrialny DNA ma co najmniej 37 genów, które są niezbędne dla normalnej funkcji mitochondriów. Spośród 37, 13 mają informacje o wytworzeniu enzymów zaangażowanych w fosforylację oksydacyjną.

Te 13 genów koduje 13 składników polipeptydowych kompleksów enzymatycznych należących do łańcucha przenośnika elektronów i znajdują się w wewnętrznej błonie mitochondriów.

Pomimo 13 polipeptydów dostarczonych przez mitochondrialny DNA do łańcucha przenośnika elektronów, składa się z ponad 100 różnych polipeptydów. Jednak te 13 składników są niezbędne do fosforylacji oksydacyjnej i łańcucha przenośnika elektronów.

Spośród 13 polipeptydów, które są syntetyzowane z mitochondrialnego DNA, podjednostki I, II i III kompleksu oksydazy cytochromu C i podjednostki VI pomp Atasas osadzonych w błonie wewnętrznej organelli.

Niezbędne informacje do syntezy reszty komponentów, które stanowią mitochondria, są kodowane przez geny jądrowe. Są one syntetyzowane w cytoplazmie, takiej jak reszta białek komórkowych, a następnie importowane do mitochondriów dzięki określonym sygnałom.

W fosforylacji oksydacyjnej stosowane są atomy tlenowe i cukry, takie jak glukoza do syntezy lub tworzenia tryposforanu adenozynowego (ATP), który jest gatunkiem chemicznym stosowanym przez wszystkie komórki jako źródło energii energetycznej.

Pozostałe geny mitochondrialne mają instrukcje syntezy ARN transferowych (ARNT), rybosomalnych ARN i enzymu transferyzującej aminoacil-arn-arn (ARNT), niezbędne do syntezy białek wewnątrz mitochondriów.

Dziedzictwo

Do stosunkowo krótkiego czasu sądzono, że mitochondrialne DNA zostało przesyłane wyłącznie przez dziedzictwo matki, to znaczy bezpośrednie zejście od matki.

Jednak artykuł opublikowany przez Shiyu Luo i współpracowników w magazynie Materiały z National Academy of Sciences of the United States of America (PNA) w styczniu 2019 r.

Przed publikacją tego artykułu dla naukowców faktem było, że chromosom i mitochondrialne DNA zostały odziedziczone odpowiednio od ojca i matki w kierunku potomstwa.

„Nienaruszone” dziedzictwo genetu chromosomu i mitochondrialnego.

Z tego powodu większość badań mobilizacji populacji jest przeprowadzanych na podstawie tych genów, ponieważ na przykład genealogowie jest proste budowanie drzew genealogicznych za pomocą mitochondrialnego DNA.

Znaczna część historii ludzkości została odbudowana poprzez historię genetyczną mitochondrialnego DNA. Nawet wiele domów komercyjnych oferuje wyjaśnienie więzi rodzinnej każdej osoby mieszkającej z przodkami za pomocą technik badających te cechy.

Replikacja

Pierwszy model replikacji mitochondrialnego DNA został zaproponowany w 1972 r. Przez Vinogrę i współpracowników, a ten model jest nadal ważny, z pewnymi zmianami. Ogólnie rzecz biorąc, model oparty jest na jednokierunkowej replikacji, która rozpoczyna się w dwóch różnych początkach replikacji.

Naukowcy klasyfikują chromosom mitochondrialny na dwa różne łańcuchy, łańcuch ciężki, H lub OH, angielskiego ”Ciężki„I lekki łańcuch, l, u ol z angielskiego”Światło". Są one identyfikowane i znajdujące się w dwóch otwartych ramach odczytu (Urf) W chromosomie mitochondrialnym.

Replikacja genomu mitochondrialnego zaczyna się w łańcuchu ciężkim (OH) i trwa w jednym kierunku, aż do wytworzenia całej długości łańcucha lekkiego (ol). Następnie białka nazywane „mitochondrialnymi monocyondrialnymi białkami mitenowymi” w celu ochrony łańcucha, który działa jako „rodzicielski” lub „pleśń”.

Enzymy odpowiedzialne za separację, tak że wystąpiła replika (replikosom) przechodzi do pasma światła (ol) i powstaje struktura pętli, która blokuje połączenie mitochondrialnej jednostki monokatenowej proteins.

W tej pętli łączy się mitochondrialna polimeraza RNA i zaczyna się synteza nowego podkładu. Przejście do syntezy łańcucha ciężkiego (OH) występuje 25 nukleotydów później.

Właśnie w czasie przejścia do łańcucha ciężkiego (OH) mitochondrialny RNA polimerazy jest zastępowany przez replikacyjną polimerazę DNA mitochondriów na końcu 3 ', gdzie początkowo się rozpoczęła replikacja.

Wreszcie, synteza obu łańcuchów, zarówno ciężkich (OH), jak i światła (ol) przebiega w sposób ciągły, aż powstają dwie pełne okrągłe cząsteczki dynamicznego DNA (podwójny łańcuch).

Powiązane choroby

Istnieje bardzo liczne choroby związane z awarią mitochondriów DNA. Większość występuje z powodu mutacji, które uszkadzają sekwencję lub informacje zawarte w genomie.

Utrata względnego przesłuchania ze wzrostem wieku

Jedną z najlepiej badanych chorób, które były bezpośrednio związane ze zmianami w mitochondrialnym genomie DNA, jest utrata słuchu ze względu na wzrost wieku.

Ten warunek jest produktem czynników genetycznych, środowiskowych i stylu życia. Gdy ludzie zaczynają się starzeć, mitochondrialne DNA gromadzi szkodliwe mutacje, takie jak eliminacja, translokacje, inwestycje, między innymi.

Uszkodzenie mitochondrialnego DNA są głównie spowodowane akumulacją reaktywnych form tlenu, które są one przez produkty produkcji energii w mitochondriach.

Mitochondrialne DNA jest szczególnie podatne na uszkodzenia, ponieważ nie ma systemu naprawy. Dlatego zmiany spowodowane przez reaktywne gatunki uszkodzenia tlenu mitochondrialne DNA i mocno powodują, że organelle powodują śmierć komórki.

Wewnętrzne komórki ucha mają wysokie zapotrzebowanie na energię. To zapotrzebowanie sprawia, że ​​są one szczególnie wrażliwe na uszkodzenie mitochondrialnego DNA. Uszkodzenia te mogą nieodwracalnie zmienić funkcję ucha wewnętrznego, co prowadzi do całkowitej utraty słuchu.

Nowotwory

Mitochondrialny DNA jest szczególnie wrażliwy na mutacje somatyczne, mutacje, które nie są dziedziczone od rodziców. Tego rodzaju mutacje występują w DNA niektórych komórek przez całe życie ludzi.

Istnieją dowody na to, że łączy mitochondrialne zmiany DNA Produkt mutacji somatycznych z pewnymi rodzajami raka, guzy w gruczołach sutkowych, w okrężnicy, w żołądku, w wątrobie i w nerce.

Mitochondrialne mutacje DNA były również związane z rakiem krwi, takim jak białaczka i chłoniaki (rak komórkowy układu odpornościowego).

Specjaliści odnoszą się do mutacji somatycznych w mitochondrialnym DNA wraz ze wzrostem produkcji reaktywnych form tlenu, czynników, które zwiększają uszkodzenie mitochondrialnego DNA i powodują brak kontroli wzrostu komórek.

Niewiele wiedzy na temat tego, w jaki sposób mutacje te zwiększają kontrolowany przez ONZ podział komórek i jak kończą rozwijanie się jako nowotwory rakowe.

Cykliczny zespół wymiotów

Niektóre przypadki, w których uważa się, że cykliczne wymioty, typowe dla dzieciństwa. Te mutacje powodują powtarzające się epizody nudności, wymiotów i zmęczenia lub letargu.

Naukowcy kojarzą te epizody wymiotów, z którymi mitochondria z uszkodzonym DNA mitochondrialnym mogą wpływać na niektóre autonomiczne komórki układu nerwowego, wpływając na funkcje, takie jak częstość akcji serca, ciśnienie krwi i trawienie.

Pomimo tych skojarzeń, nie jest jeszcze znane w pewnym sensie, w jaki sposób mitochondrialne zmiany DNA powodują powtarzające się epizody cyklicznego zespołu wymiotów.

Bibliografia

1. Clayton, zm. (2003). Mitochondrialna replikacja DNA: co wiemy. IUBMB Life, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, t. G., & Suomalainen, do. (2019). Los mitochondriów ojca. Nature, 565 (7739), 296-297.
3. National Library of Medicine. Genetyka Odniesienie do domu: Twój przewodnik po niedocenianiu warunków genetycznych.
4. Shadel, g. S., & Clayton, D. DO. (1997). Mitochondrialne utrzymanie DNA u kręgowców. Coroczny przegląd biochemii, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & SNUSTAD, D. P. (2006). Zasady genetyki. John Wiley & Sons.