Mitokondrioiden DNA

yleisyys

Mitokondrioiden DNA tai mtDNA on deoksiribonukleiinihappo, joka sijaitsee mitokondrioiden sisällä, eli eukaryoottisolujen organellit, jotka ovat vastuussa erittäin tärkeästä oksidatiivisen fosforylaation soluprosessista.

Mitokondrioiden DNA: lla on jonkin verran yhtäläisyyksiä ydin-DNA: n kanssa, kuten nukleotidien kaksoisjuoste, koostumus typpipohjaisissa emäksissä, geenien läsnäolo jne.

Siinä on kuitenkin myös rakenteellisia ja toiminnallisia erityispiirteitä, jotka tekevät siitä ainutlaatuisen. Näitä piirteitä ovat: nukleotidien kaksoisjuosteen kiertokyky, geenien (jotka ovat vain 37 elementtiä) sisältö ja ei-koodaavien nukleotidisekvenssien lähes täydellinen puuttuminen.

Mitokondrioiden DNA: lla on keskeinen rooli solujen selviytymisessä: se tuottaa entsyymejä, jotka ovat tarpeen oksidatiivisen fosforylaation toteuttamiseksi.

Mikä on mitokondrioiden DNA?

Mitokondrioiden DNA tai mtDNA on mitokondrioiden sisällä oleva DNA.

Mitokondriot ovat sellaisia ​​suuria solujen organelleja, jotka ovat tyypillisiä eukaryoottisille organismeille, jotka muuttavat elintarvikkeen sisältämän kemiallisen energian ATP: ksi, joka on solujen käyttämä energiamuoto.

PALAUTTAA MIELEEN MITOCHONDERSIN RAKENNE JA TOIMINTA

Putkimaista, filamenttista tai rakeista muotoa mitokondriot sijaitsevat sytoplasmassa, joka vie lähes 25% viimeksi mainitun tilavuudesta.

Niissä on kaksi fosfolipidikaksokerrosta, joista toinen on ulkoinen ja yksi sisäinen.

Ulkopuolinen membraani, joka tunnetaan ulkoisena mitokondriaalisena kalvona, edustaa kunkin mitokondrion kehää ja siinä on kuljetusproteiineja (huokos ja ei vain), jotka tekevät siitä läpäisevän 5 000 daltonia tai vähemmän.

Sisäinen membraani, joka tunnetaan sisäisenä mitokondriaalisena kalvona, sisältää kaikki ATP-synteesissä tarvittavat entsymaattiset komponentit (tai entsyymit) ja koentsyymikomponentit ja rajaa keskitilan, jota kutsutaan matriisiksi .

Toisin kuin syrjäisimmällä kalvolla, sisäisellä mitokondriaalisella kalvolla on lukuisia invaginaatioita - niin sanottuja crests -, jotka lisäävät sen kokonaispinta-alaa.

Kahden mitokondriaalikalvon välissä on lähes 60-80 Angström-tilaa (A). Tätä tilaa kutsutaan intermembraanitilaksi . Intermembraanitilan koostumus on hyvin samanlainen kuin sytoplasman koostumus.

Mitokondrioiden käyttämä ATP: n synteesi on hyvin monimutkainen prosessi, jonka biologit tunnistavat termillä hapettava fosforylaatio .

TARKOITETTU MITOCHONDRIAL-DNA-SIJAINTI JA MÄÄRÄ

Kuva: ihmisen mitokondriot.

Mitokondrioiden DNA sijaitsee mitokondriomatriisissa, eli sisemmän mitokondriomembraanin rajaamassa tilassa.

Luotettavien tieteellisten tutkimusten perusteella kukin mitokondriot voivat sisältää 2–12 kopiota mitokondrioiden DNA: sta.

Ottaen huomioon, että jotkut solut voivat sisältää ihmiskehossa useita tuhansia mitokondrioita, mitokondrioiden DNA-kopioiden kokonaismäärä yhdellä ihmissolulla voi jopa saavuttaa 20 000 yksikköä.

Huomautus: mitokondrioiden määrä ihmissoluissa vaihtelee solutyypin mukaan. Esimerkiksi hepatosyytit (eli maksasolut) voivat sisältää 1 000 - 2 000 mitokondriaa, kun taas erytrosyytit (eli punasolut) ovat täysin vailla niitä.

rakenne

Mitokondriaalisen DNA-molekyylin yleinen rakenne muistuttaa ydin-DNA: n yleistä rakennetta, eli geneettistä perintöä, joka esiintyy eukaryoottisten solujen ytimessä .

Itse asiassa, samoin kuin ydinvoima-DNA:

  • Mitokondrioiden DNA on biopolymeeri, joka koostuu kahdesta pitkästä nukleotidisäikeestä . Nukleotidit ovat orgaanisia molekyylejä, jotka ovat peräisin kolmen elementin liitoksesta: sokeri, jossa on 5 hiiliatomia (DNA: n, deoksiriboosin tapauksessa ), typpipohjainen emäs ja fosfaattiryhmä .
  • Kukin mitokondriaalisen DNA: n nukleotidi sitoutuu saman filamentin seuraavaan nukleotidiin fosfodiesterisidoksen avulla sen deoksiribroosin hiilen 3 ja välittömästi seuraavan nukleotidifosfaattiryhmän välillä.
  • Mitokondriaalisen DNA: n kahdella säikeellä on päinvastainen suunta, ja toisen pää on vuorovaikutuksessa toisen päähän ja päinvastoin. Tätä nimenomaista järjestelyä kutsutaan antiparallel-järjestelyksi (tai antiparallel-orientaatioon ).
  • Mitokondrioiden DNA: n kaksi filamenttia vuorovaikutuksessa keskenään typpipohjaisten emästen kautta .

    Tarkemmin sanottuna kunkin filamentin jokainen typpipohja muodostaa vetysidokset yhdellä ainoalla typpipohjalla, joka on toisessa filamentissa.

    Tämäntyyppistä vuorovaikutusta kutsutaan "typpipohjaisten parien muodostamiseksi" tai "typpeä sisältävien emästen pariksi".

  • Mitokondrioiden DNA: n typpipohjaiset emäkset ovat adeniini, tymiini, sytosiini ja guaniini .

    Pari, johon nämä typpipohjaiset emäkset synnyttävät, eivät ole satunnaisia, mutta erittäin spesifisiä: adeniini on vuorovaikutuksessa vain tymiinin kanssa, kun taas sytosiini vain guaniinin kanssa.

  • Mitokondrioiden DNA on geenien (tai geenisekvenssien) koti. Geenit ovat enemmän tai vähemmän pitkiä nukleotidien sekvenssejä, joilla on hyvin määritelty biologinen merkitys. Useimmissa tapauksissa ne aiheuttavat proteiineja.

MITOCHONDRIAL-DNA: N RAKENNEISET TIEDOT

Edellä mainittujen analogioiden lisäksi ihmisen mitokondrioiden DNA: lla on joitakin rakenteellisia erityispiirteitä, jotka erottavat sen huomattavasti ihmisen ydin-DNA: sta.

Ensinnäkin se on pyöreä molekyyli, kun taas ydin DNA on lineaarinen molekyyli.

Siten sillä on 16 569 paria typpipohjaisia ​​emäksiä, kun taas ydinen DNA: lla on 3, 3 miljardin kauneus.

Se sisältää 37 geeniä, kun taas ydin-DNA näyttää olevan välillä 20 000 - 25 000.

Sitä ei ole järjestetty kromosomeihin, kun taas ydinvoima-DNA jakautuu 23 kromosomiin ja muodostaa joidenkin spesifisten proteiinien kanssa kromatiinia.

Lopuksi se sisältää joukon nukleotideja, jotka osallistuvat samanaikaisesti kahteen geeniin, kun taas ydin-DNA: ssa on geenejä, joiden nukleotidisekvenssit ovat hyvin määriteltyjä ja toisistaan ​​erottuvia.

alkuperä

Mitokondrioiden DNA: lla on hyvin todennäköisesti bakteeri-alkuperää .

Itse asiassa, useiden riippumattomien tutkimusten perusteella, molekyylibiologit uskovat, että mitokondrioiden DNA: n läsnäolo soluissa on seurausta siitä, että esi-isät eukaryoottiset solut liittyivät riippumattomiin bakteeriorganisaatioihin, jotka ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin mitokondriot.

Tämä utelias keksintö on vain osittain hämmästynyt tiedeyhteisöstä, koska bakteereissa oleva DNA on yleensä pyöreiden nukleotidien, kuten mitokondriaalisen DNA: n, filamentti.

Teoriaa, jonka mukaan mitokondrioilla ja mitokondrioiden DNA: lla olisi bakteeri, kutsutaan " endosymbioottiseksi teoriksi " sanasta " endosymbioosi ". Lyhyesti sanottuna biologiassa termi "endosymbioosi" osoittaa kahden organismin välistä yhteistyötä, joka käsittää yhden sisällyttämisen toisen sisällä, jotta saavutetaan tietty etu.

uteliaisuus

Luotettavien tieteellisten tutkimusten mukaan evoluutiotoiminnan aikana monet bakteerigeenit, jotka ovat läsnä tulevassa mitokondriaalisessa DNA: ssa, olisivat muuttaneet sijaintiaan siirtyessään ydin-DNA: han.

Toisin sanoen endosymbioosin alussa jotkin nykyisin ydinaineella esiintyvät geenit asuivat näiden bakteeri-organismien DNA: han, joka sitten muuttui mitokondrioksi.

Teoria, jonka mukaan tietyt geenit ovat peräisin mitokondriaalisesta DNA: sta, joissakin lajeissa ja ydin-DNA: sta, toiset vahvistavat teorian geenin siirtymisestä mitokondrioiden DNA: n ja ydin-DNA: n välillä.

toiminto

Mitokondrioiden DNA tuottaa entsyymejä (eli proteiineja), jotka ovat välttämättömiä oksidatiivisen fosforylaation herkän prosessin oikeaan toteuttamiseen.

Näiden entsyymien synteesin ohjeet ovat 37 geenissä, jotka muodostavat mitokondrioiden DNA: n genomin.

MITÄ MITOCHONDRIALIN DNA: N KOODI: YKSITYISKOHDAT

Mitokondrioiden DNA: n 37 geeniä koodaavat: proteiinit, tRNA ja rRNA.

erityisesti:

  • 13 koodaa 13 proteiinia, jotka vastaavat oksidatiivisen fosforylaation suorittamisesta
  • 22 koodaa 22 molekyyliä tRNA: ta
  • 2 koodaa 2 molekyyliä rRNA: sta

TRNA- ja rRNA-molekyylit ovat olennaisia ​​edellä mainittujen 13 proteiinin synteesille, koska ne muodostavat niiden tuotantoa säätelevän koneen.

Toisin sanoen mitokondrioiden DNA: lla on informaatiota tuottamaan tietty joukko proteiineja ja työkaluja, jotka ovat välttämättömiä jälkimmäisen synteesille.

Mitä ovat RNA, tRNA ja rRNA?

RNA tai ribonukleiinihappo on nukleiinihappo, jolla on keskeinen rooli proteiinien muodostamisessa DNA: sta lähtien.

Yleensä yksijuosteinen, RNA voi esiintyä erilaisissa muodoissa (tai tyypeissä) riippuen siitä, mikä ominaisuus sille on.

TRNA ja rRNA ovat kaksi näistä mahdollisista muodoista.

TRNA: ta käytetään aminohappojen lisäämiseen proteiinien luomisprosessin aikana. Aminohapot ovat proteiineja muodostavia molekyyliyksiköitä.

RRNA muodostaa ribosomit, ts. Solurakenteet, joissa proteiinisynteesi perustuu.

Jos haluat lisätietoja RNA: sta ja sen toiminnoista, lukijat voivat napsauttaa tätä.

MITOCHONDRIAL-DNA: N TOIMINTAOHJEET

Toiminnallisesta näkökulmasta mitokondrioiden DNA: lla on joitakin erityisiä piirteitä, jotka erottavat sen selvästi ydin-DNA: sta.

Seuraavassa on nämä erityispiirteet:

  • Mitokondrioiden DNA on puoliksi riippumaton siinä mielessä, että se tarvitsee joidenkin ydin-DNA: sta syntetisoitujen proteiinien interventiota.

    Sitä vastoin ydinvoima-DNA on täysin itsenäinen ja tuottaa kaiken, mitä se tarvitsee tehtäviensä suorittamiseksi asianmukaisesti.

  • Mitokondrioiden DNA: n geneettinen koodi on hieman erilainen kuin ydin-DNA: n . Tämä johtaa useisiin eroihin proteiinien toteutuksessa: jos tietty nukleotidisekvenssi ydin-DNA: ssa johtaa tietyn proteiinin muodostumiseen, sama sekvenssi mitokondrioiden DNA: ssa johtaa hieman erilaisen proteiinin muodostumiseen.
  • Mitokondriaalisella DNA: lla on hyvin vähän ei-koodaavia nukleotidisekvenssejä, ts. Jotka eivät tuota mitään proteiinia, tRNA: ta tai rRNA: ta. Prosentteina vain 3% mitokondrioiden DNA: sta ei ole koodattu.

    Sitä vastoin ydin-DNA koodaa vain 7%, joten se sisältää suuren määrän ei-koodaavia nukleotidisekvenssejä (93%).

Taulukko: yhteenveto ihmisen mitokondrioiden DNA: n ja ihmisen ydin-DNA: n eroista.

Mitokondrioiden DNA

Ydinen DNA

  • Se on pyöreä
  • Se on lineaarinen
  • Siinä on yhteensä 16 569 paria typpeä
  • Siinä on yhteensä 3, 3 miljardia paria typpeä
  • Se sisältää yhteensä 37 geeniä
  • Se sisältää välillä 20 000 ja 25 000 geeniä
  • Jotta se toimisi kunnolla, se tarvitsee joitakin geenituotteita, jotka ovat peräisin ydin-DNA: sta
  • Se on itsenäinen ja tuottaa kaiken, mitä se tarvitsee tehtäviensä suorittamiseksi
  • Se voi esiintyä useissa kopioissa kussakin yksittäisessä mitokondriossa
  • Se on ainutlaatuinen, toisin sanoen se on vain yksi kopio, ja se sijaitsee ytimessä
  • 97% nukleotidisekvenssistä, jonka se koostuu, koodaa
  • Vain 7% nukleotidien sekvenssistä, jotka muodostavat sen, on koodaava
  • Se ei ole järjestetty kromosomeihin
  • Se on jaettu 23 kromosomiin
  • Käytä geneettistä koodia, joka on hieman erilainen kuin "perinteinen"
  • Käytä "perinteistä" geneettistä koodia
  • Sen perintö on äiti
  • Sen perintö on puoliksi äiti ja puoliksi isä
  • Osa sen nukleotideista osallistuu samanaikaisesti kahteen geeniin
  • Geenejä muodostavat nukleotidisekvenssit erotetaan hyvin toisistaan

perintö

Mitokondrioiden DNA: n perintö on ehdottomasti äiti .

Tämä tarkoittaa sitä, että pari vanhempaa on nainen, joka lähettää mitokondrioiden DNA: n jälkeläisille (eli lapsille).

Täysin päinvastoin kuin edellä, ydinvoimalan DNA: n perintö on puolet, äiti ja puoliksi isä. Toisin sanoen molemmat vanhemmat myötävaikuttavat yhtä lailla ydin-DNA: n siirtoon jälkeläisissä.

Huom: mitokondriaalisen DNA: n äidin perintö sisältää myös mitokondriorakenteen. Siten yksilössä esiintyvät mitokondriot ovat äidin muotissa.

Liittyvät patologiat

Pinta-ala: geneettinen mutaatio on pysyvä muutos nukleotidien sekvenssissä, jotka muodostavat ydin- tai mitokondriaalisen DNA-geenin.

Yleensä geneettisen mutaation läsnäolo johtaa siihen, että kyseessä olevan geenin normaali toiminta muuttuu tai häviää.

Mutaatioiden läsnäolo mitokondrioiden DNA-geenien tasolla voi määrittää monenlaisia ​​sairauksia, mukaan lukien:

  • Leberin perinnöllinen optinen neuropatia
  • Kearns-Sayren oireyhtymä
  • Leighin oireyhtymä
  • Sytokromi C: n oksidaasin puutos
  • Progressiivinen ulkoinen ophthalmoplegia
  • Pearsonin oireyhtymä
  • Mitokondrioiden enkefalomyopatia maitohappoasidoosin ja aivohalvausten kaltaisilla jaksoilla (MELAS-oireyhtymä)
  • Diabetes, jolla on äidin siirto-kuurous
  • Myokloninen epilepsia, jossa on epäsäännöllisiä punaisia ​​kuituja

Mitä tulee patologisiin tiloihin, jotka liittyvät yhteen tai useampaan mitokondriaaliseen DNA-mutaatioon, on määriteltävä kaksi näkökohtaa.

Ensinnäkin sairastavan tilan vakavuus riippuu mute- roidun mitokondriaalisen DNA: n ja terveellisen, normaalin mitokondrioiden DNA: n kvantitatiivisesta suhteesta. Jos mutatoituneen mitokondriaalisen DNA: n määrä on paljon suurempi kuin terveellä DNA: lla, tuloksena oleva tila on vakavampi.

Toiseksi, mutaatiot mitokondriaalisessa DNA: ssa vaikuttavat vain tiettyihin kudoksiin kehossa, erityisesti niissä, jotka vaativat suuria määriä ATP: tä, joka johtuu hapettuvan fosforylaation prosessista. Tämä on melko ymmärrettävää: solut, joilla on suurin tarve sille funktiolle, johon mitokondrioiden DNA normaalisti suorittaa, kärsivät eniten häiriöttömästä mitokondriaalisesta DNA: sta.

HÄNTÄMÄN OPTIOINEN LUONNON OPPINEN NEUROPATIA

Leberin perinnöllinen optinen neuropatia johtuu jopa neljän mitokondriaalisen DNA-geenin mutaatiosta. Nämä geenit sisältävät informaation, joka johtaa niin kutsutun kompleksi I: n (tai NADH-oksidi- reduktaasin), joka on yksi hapettuvan fosforylaation prosessiin osallistuvista eri entsyymeistä, synteesiin.

Patologian ilmenemismuodot muodostuvat näköhermon progressiivisesta rappeutumisesta ja näkökyvyn asteittaisesta menettämisestä.

KEARNS-SAYRE SYNDROME

Kearns-Sayren oireyhtymä johtuu mitokondriaalisen DNA: n erillisen osan puuttumisesta (Huom: tietyn nukleotidisekvenssin puuttumista kutsutaan poistoksi ).

Kearns-Sayre-oireyhtymän kärsivät kehittävät oftalmoplegiaa (eli okulomotoristen lihasten täydellistä tai osittaista halvaantumista), retinopatian muotoa ja epänormaalia sydämen rytmiä (atrioventrikulaarinen lohko).

LEIGH SYNDROME

Leighin oireyhtymä syntyy mitokondrioiden DNA-mutaatioiden seurauksena, joihin voi liittyä ATP-syntaasiproteiini (jota kutsutaan myös V-kompleksiksi) ja / tai jotkut tRNA: t.

Leighin oireyhtymä on progressiivinen neurologinen sairaus, joka ilmenee lapsuudessa tai lapsuudessa ja joka on vastuussa: kehitysviiveestä, lihasheikkoudesta, perifeerisestä neuropatiasta, motorisista häiriöistä, hengitysvaikeuksista ja oftalmoplegiasta.

CYTOKROME C OXIDASE: N DEFICITI

Sytokromi C: n oksidaasin puutos ilmenee johtuen vähintään 3 mitokondriaalisen DNA-geenin mutaatiosta. Nämä geenit ovat olennaisia ​​oksidatiivisen fosforylaation prosessiin osallistuvan sytokromi C-oksidaasin (tai kompleksin IV) entsyymin oikean synteesin kannalta.

Sytokromi C-oksidaasin puutteen tyypillisiä ilmenemismuotoja ovat: luustolihasten toimintahäiriö, sydämen toimintahäiriö, munuaisten toimintahäiriö ja maksan toimintahäiriö.

PROGRESSIVE ULKOINEN OPTALMOPIA

Progressiivista ulkoista oftalmoplegiaa esiintyy johtuen siitä, että ei ole paljon mitokondrioiden DNA-nukleotideja (poistetaan)

Progressiivisella luonteella (kuten voitte arvata nimestä) tämä patologia aiheuttaa okulomotoristen lihasten halvaantumisen, josta seuraa ptoosi ja huomattavat visuaaliset ongelmat.

PEARSON SYNDROME

Pearsonin oireyhtymä ilmenee mitokondrioiden DNA: n suuren deleetion jälkeen, samankaltainen kuin progressiivinen ulkoinen ophthalmoplegia ja Kearns-Sayre -oireyhtymä.

Pearsonin oireyhtymän tyypillisiä ilmenemismuotoja ovat: sideroblastinen anemia, haiman vajaatoiminta (esim. Insuliinista riippuva diabetes), neurologiset puutteet ja lihasten häiriöt.

Yleensä Pearsonin oireyhtymä aiheuttaa nuorten kuoleman. Itse asiassa nämä patologiset kärsivät harvoin aikuisuudesta.

MELAS SYNDROME

MELAS-oireyhtymä, joka tunnetaan myös nimellä mitokondriaalinen enkefalomyopatia maitohappoasidoosin ja aivohalvausten kaltaisten jaksojen kanssa, ilmenee vähintään 5 mitokondriaalisen DNA-geenin mutaation seurauksena.

Nämä geenit edistävät NADH-oksidi- reduktaasin tai kompleksin I ja joidenkin tRNA: iden synteesiä.

MELAS-oireyhtymässä esiintyy neurologisia häiriöitä, lihasten häiriöitä, epätavallista maitohapon kertymistä kudoksiin (kaikki tuloksena olevat oireet), hengityselinten ongelmia, suoliston toimintojen hallinnan menettämistä, toistuvaa väsymystä, munuaisongelmia, sydänongelmia, diabetes, epilepsia ja koordinaation puute.

MUUT PATOLOGIA

Useiden tieteellisten tutkimusten mukaan jopa sellaiset sairaudet, kuten syklinen oksenteluoireyhtymä, retinitis pigmentosa, ataksia, Parkinsonin tauti ja Alzheimerin tauti, näyttäisivät mitokondriaalisen DNA: n ja joitakin mutaatioita.

Suositeltava

Väsymys kouristuksella (spasmofilia) - syyt ja oireet
2019
Diabeettinen retinopatia
2019
Cartoccio - paistettu kalvossa: edut ja vinkit
2019