Mitokondriell DNA

Hva er mitokondriell DNA?

Mitokondriell DNA er et lite sirkulært DNA -molekyl som finnes inne i disse organellene i eukaryote celler. Dette lille genomet koder for et veldig begrenset antall proteiner og aminosyrer inne i mitokondriene. Det er vanlig å finne navnet på "mitokondriell DNA" forkortet i mange lærebøker og vitenskapelige artikler som "Adnmt"eller på engelsk"MtDNA"".

Mitokondrier er uunnværlige organeller for eukaryote celler, siden de er ansvarlige for å transformere energien til mat som konsumeres i form av sukker i en form for energi som celler kan bruke (for eksempel).

Alle celler i eukaryote organismer har minst en mitokondrier inne. Imidlertid er det celler som muskelcellene i hjertet og skjelettmuskulaturen som kan ha hundrevis av mitokondrier inni.

Mitokondriene har et proteinsynteseapparater og uavhengig av celleapparatet, med ribosomer, overfør ARN og en aminoacil RNAs transferase-spintase av det indre av organellen; Selv om ribosomalt RNA er mindre enn cellen som huser dem.

Dette apparatet viser stor likhet med bakterieproteinsynteseapparatet. Dessuten, så vel som i prokaryoter, er denne enheten ekstremt følsom for antibiotika, men veldig forskjellig fra proteinsyntesen i eukaryote celler.

Begrepet "mitokondrier" ble introdusert av Benda på slutten av 1100 -tallet, og teorien om "endosimbiose" er den mest aksepterte om opprinnelsen. Dette ble utgitt i 1967 av Lynn Margulis, i magasinet Journal of Theoretical Biology.

Teorien om "endosimbiose" plasserer opprinnelsen til mitokondrier for millioner av år siden. Det er teoretisert at en cellesteder av eukaryote celler "svelget" og inkorporert i metabolismen hans en bakteriell organisme, som senere ble det vi i dag kjenner som mitokondrier.

Mitokondrielle DNA -egenskaper

Hos pattedyr er generelt alt genom som omfatter mitokondriell DNA organisert i et sirkulært kromosom på 15.000 til 16.000 nukleotidpar eller, hva er det samme, fra 15 til 16 kb (kilobaser).

Inne i de fleste mitokondrier kan flere eksemplarer av mitokondriell kromosom oppnås. I humane somatiske celler (ikke -seksuelle celler) er det vanlig å finne minst 100 kopier av mitokondriell kromosom.

I de øvre plantene (angiospermer) er mitokondriell DNA vanligvis mye større, for eksempel i maisplanten kan det sirkulære kromosomet til mitokondriell DNA måle opptil 570 kb.

Mitokondriell DNA okkuperer omtrent 1% av det totale DNA fra somatiske celler fra de fleste virveldyr. Det er et veldig bevart DNA i dyreriket, i strid med det som er observert i planter, der det er bredt mangfold.

I noen "gigantiske" eukaryote celler som eggløsninger (kjønnsceller av kvinner) av pattedyr eller celler som inneholder mange mitokondrier, kan mitokondriell DNA utgjøre opptil 1/3 av det totale totale celle -DNA.

Det mitokondrielle DNA har noen forskjellige egenskaper til kjernefysisk DNA: det har en tetthet og andel av par guanin - cytosin (GC) og adenin - Timina (AT) baser.

Tettheten av GC -basepar i mitokondriell DNA er 1,68 g/cm3 og innholdet er 21%; Mens i kjernefysisk DNA er denne tettheten 1,68 g/cm3 og innholdet er omtrent 40%.

Funksjoner

Mitokondriell DNA har minst 37 gener som er essensielle for normal funksjon av mitokondrier. Av de 37, 13 har de informasjonen til å produsere enzymene som er involvert i oksidativ fosforylering.

Disse 13 genene koder for 13 polypeptidkomponenter i de enzymatiske kompleksene som tilhører elektrontransportbåndskjeden og er lokalisert i den indre membranen i mitokondriene.

Til tross for de 13 polypeptidene levert av mitokondriell DNA til elektrontransportørkjeden, er det sammensatt av mer enn 100 forskjellige polypeptider. Imidlertid er disse 13 komponentene viktige for oksidativ fosforylering og elektrontransportørkjede.

Blant de 13 polypeptidene som er syntetisert fra mitokondriell DNA, underenhetene I, II og III av cytokrom C -oksidasekomplekset og underenheten VI av Atasas -pumpene innebygd i den indre membranen til organellen.

Den nødvendige informasjonen for syntese av resten av komponentene som utgjør mitokondrier er kodet av kjernefysiske gener. Disse er syntetisert i cytoplasma som resten av celleproteinene og deretter importert til mitokondriene takket være spesifikke signaler.

I oksidativ fosforylering brukes oksygenatomer og sukker som glukose for syntese eller dannelse av adenosin -tryposfat (ATP), som er den kjemiske arten som brukes av alle celler som en energikilde som kilde.

De gjenværende mitokondrielle gener har instruksjoner om å syntetisere overføring ARNs (ARNT), ribosomale ARN og aminoacil-ARN Transferase-Sintetase (ARNT) enzym, nødvendig for proteinsyntese inne i mitokondriene.

Arv

Inntil relativt kort tid trodde man at mitokondriell DNA ble overført utelukkende gjennom mors arv, det vil si ved direkte nedstigning fra moren.

En artikkel publisert av Shiyu Luo og samarbeidspartnere i magasinet Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) I januar 2019 fant han ut at du i sjeldne tilfeller kan arve mitokondriell DNA fra begge foreldrenes, både av faren og moren.

Før publiseringen av denne artikkelen, var det for forskere et faktum at kromosomet og mitokondriell DNA ble arvet intakt fra henholdsvis far og mor mot avkommet.

Den "intakte" arven etter kromosomet og mitokondrielle gener genet.

På grunn av dette blir de fleste populasjonsmobiliseringsstudier utført basert på disse genene, siden det for eksempel er enkelt for slektsforskere å bygge genealogiske trær ved bruk av mitokondriell DNA.

Mye av menneskehetens historie har blitt gjenoppbygd gjennom den genetiske historien til mitokondriell DNA. Selv mange kommersielle hus tilbyr å avklare familiebåndet til hver person som bor sammen med sine forfedre gjennom teknikker som studerer disse egenskapene.

Replikering

Den første replikasjonsmodellen for mitokondriell DNA ble foreslått i 1972 av Vinogra og samarbeidspartnere, og denne modellen er fremdeles gyldig, med noen endringer. Generelt er modellen basert på en ensrettet replikasjon som begynner i to forskjellige replikasjonsopprinnelser.

Forskere klassifiserer mitokondriell kromosom i to forskjellige kjeder, den tunge kjeden, H eller OH, av engelsk "Tung"Og lett kjede, l, u ol engelsk"Lys"". Disse er identifisert og lokalisert i de to åpne leserammene (Urf) I mitokondrielt kromosom.

Replikasjonen av det mitokondrielle genomet begynner i den tunge kjeden (OH) og fortsetter i en retning til den produserer full lengde på den lette kjeden (OL). Deretter kalles proteiner "mitokondrielle monocyondriale Mitenary Union Proteins" for å beskytte kjeden som fungerer som "foreldrenes" eller "mugg".

Enzymene som har ansvaret for separasjonen slik at replikasjon (replikosom) oppstår passerer til lysbåndet (OL) og en sløyfestruktur dannes som blokkerer foreningen av mitokondrielle monokatinære enhetsproteiner.

I denne sløyfen blir mitokondriell polymerase -RNA sammen med, og syntesen av den nye primeren begynner. Overgangen til syntesen av den tunge kjeden (OH) forekommer 25 nukleotider senere.

Akkurat på tidspunktet for overgangen til den tunge kjeden (OH), erstattes mitokondriell polymerase -RNA med replikativ polymerase -DNA fra mitokondriene på slutten 3 ', der replikasjonen opprinnelig begynte.

Til slutt fortsetter syntesen av begge kjedene, både tunge (OH) og lyset (ol) kontinuerlig til to komplette sirkulære molekyler av dynamisk DNA (dobbeltkjede) dannes.

Relaterte sykdommer

Det er veldig mange sykdommer relatert til en mitokondriell DNA -funksjonsfeil. De fleste oppstår på grunn av mutasjoner som skader sekvensen eller informasjonen i genomet.

Tap av relativ audition med økt alder

En av de beste studerte sykdommene som har vært direkte relatert til endringer i det mitokondrielle DNA -genomet, er tapet av hørsel på grunn av økningen i alderen.

Denne tilstanden er et produkt av genetiske, miljømessige og livsstilsfaktorer. Når folk begynner å eldes, akkumulerer mitokondriell DNA skadelige mutasjoner, for eksempel eliminering, translokasjoner, investeringer, blant andre.

Skader på mitokondriell DNA er hovedsakelig forårsaket av akkumulering av reaktive oksygenarter, disse er av -produkter av energiproduksjon i mitokondrier.

Mitokondriell DNA er spesielt sårbar for skade, siden det ikke har et reparasjonssystem. Derfor skader endringene forårsaket av den reaktive arten av oksygen det mitokondrielle DNA og gjør organellen dårlig, noe som forårsaker celledød.

Interne øreceller har en høy energibehov. Denne etterspørselen gjør dem spesielt følsomme for skade på mitokondriell DNA. Disse skadene kan irreversibelt endre funksjonen til det interne øret, noe som fører til et totalt hørsels tap.

Kreft

Mitokondriell DNA er spesielt følsom for somatiske mutasjoner, mutasjoner som ikke er arvet fra foreldre. Disse typer mutasjoner forekommer i DNA fra noen celler gjennom menneskers liv.

Det er bevis på at knytter mitokondrielle DNA -endringer produkt av somatiske mutasjoner med visse typer kreft, svulster i brystkjertlene, i tykktarmen, i magen, i leveren og i nyren.

Mitokondrielle DNA -mutasjoner har også vært assosiert med blodkreft som leukemi og lymfomer (immunsystemcellekreft).

Spesialister forholder seg til somatiske mutasjoner i mitokondriell DNA med en økning i produksjonen av reaktive oksygenarter, faktorer som øker skaden på mitokondriell DNA og skaper mangel på kontroll i cellevekst.

Det er liten kunnskap om hvordan disse mutasjonene øker FNs kontrollerte celledeling av celler og hvordan de avslutter utviklingen som kreftsvulster.

Syklisk oppkast syndrom

Noen tilfeller der syklisk oppkast, typisk for barndommen, antas å være relatert til mitokondrale DNA -mutasjoner. Disse mutasjonene forårsaker tilbakevendende episoder med kvalme, oppkast og tretthet eller slapphet.

Forskere forbinder disse oppkastpisodene som mitokondrier med skadet mitokondriell DNA kan påvirke visse autonome nervesystemceller, og påvirker funksjoner som hjertefrekvens, blodtrykk og fordøyelse.

Til tross for disse assosiasjonene, er det ennå ikke kjent på en viss måte hvordan mitokondriell DNA -endringer forårsaker tilbakevendende episoder med syklisk oppkast syndrom.

Referanser

1. Clayton, d. (2003). Mithokondriell DNA -replikasjon: Det vi vet. IUBMB Life, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, t. G., & Suomalainen, til. (2019). Skjebne til en fars mithokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
3. National Library of Medicine. Genetics Home Reference: Din guide til å undervurdere genetiske forhold.
4. Shadel, g. S., & Clayton, D. TIL. (1997). Mithokondriell DNA -vedlikehold i virveldyr. Årlig gjennomgang av biokjemi, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & Snustad, d. P. (2006). Prinsipper for genetikk. John Wiley & Sons.