Mitohondrijska DNK

Kaj je mitohondrijska DNK?

Mitohondrijska DNK je majhna krožna molekula DNK, ki jo najdemo znotraj teh organelov v evkariontskih celicah. Ta majhen genom kodira za zelo omejeno število beljakovin in aminokislin znotraj mitohondrijev. Običajno je najti ime "mitohondrijske DNK", skrajšano v številnih učbenikih in znanstvenih člankih, kot so "Adnmt"ali v angleščini"MtDNA".

Mitohondriji so nepogrešljivi organeli za evkariontske celice, saj so odgovorni za preoblikovanje energije, porabljene v obliki sladkorjev v obliki energije, ki jo lahko celice porabijo (na primer ATP).

Vse celice v evkariontskih organizmih imajo v sebi vsaj eno mitohondrijo. Vendar pa obstajajo celice, kot so mišične celice srca in celice skeletnih mišic, ki imajo v notranjosti na stotine mitohondrijev.

Mitohondriji imajo aparat za sintezo beljakovin in neodvisno od celičnega aparata, s ribosomi, prenosom ARN in aminoacil RNA transferazo-sintetazo notranjosti organele; Čeprav je ribosomska RNA manjša od celice, ki jih ima.

Ta aparat kaže veliko podobnost z aparatom sinteze bakterijskih beljakovin. Poleg tega je ta naprava, pa tudi v prokarioti.

Izraz "mitohondrije" je Benda uvedla konec 12. stoletja in teorija "endosimbioze" je najbolj sprejeta pri svojem izvoru. To je leta 1967 objavila Lynn Margulis v reviji Časopis teoretične biologije.

Teorija "endosimbioze" postavlja izvor mitohondrijev pred milijoni let. Teoretizirano je, da je celični prednik evkariontskih celic "pogoltnil" in v njegovo metabolizem vključil bakterijski organizem, ki je kasneje postal tisto, kar danes poznamo kot mitohondrije.

Značilnosti mitohondrijske DNK

Pri sesalcih je na splošno ves genom, ki obsega mitohondrijsko DNK, organiziran v krožnem kromosomu 15.000 do 16.000 nukleotidnih parov ali, kaj je enako, od 15 do 16 kb (kilobaze).

Znotraj večine mitohondrijev je mogoče doseči več kopij mitohondrijskega kromosoma. V človeških somatskih celicah (neseksualne celice) je običajno najti vsaj 100 kopij mitohondrijskega kromosoma.

V zgornjih rastlinah (angiospermi) je mitohondrijska DNK ponavadi veliko večja, na primer v koruzni rastlini krožni kromosom mitohondrijske DNK lahko meri do 570 kb.

Mitohondrijska DNK zavzema približno 1% celotne DNK somatskih celic večine vretenčarjev. To je zelo ohranjen DNK v živalskem kraljestvu, v nasprotju s tistim, kar opažamo v rastlinah, kjer je široka raznolikost.

V nekaterih "velikanskih" evkariotskih celicah, kot so ovule (spolne celice samic) sesalcev ali celic, ki vsebujejo veliko mitohondrijev, lahko mitohondrijska DNK predstavlja do 1/3 celotne skupne celične DNK.

Mitohondrijska DNK ima nekaj različnih lastnosti za jedrsko DNK: ima gostoto in delež parov gvanin - citozina (GC) in adenin - timina (at) baze.

Gostota baznih parov GC v mitohondrijski DNK je 1,68 g/cm3, vsebnost pa 21%; Medtem ko je v jedrski DNK ta gostota 1,68 g/cm3, vsebina pa približno 40%.

Funkcije

Mitohondrijska DNK ima vsaj 37 genov, ki so bistveni za normalno delovanje mitohondrijev. Od teh 37, 13 imajo informacije za proizvodnjo encimov, ki sodelujejo v oksidativni fosforilaciji.

Teh 13 genov kodira za 13 polipeptidnih komponent encimskih kompleksov, ki spadajo v elektronsko transportno verigo in so nameščeni v notranji membrani mitohondrijev.

Kljub 13 polipeptidi, ki jih mitohondrijska DNK zagotavlja v verigo elektronskih transportnih verig, je sestavljen iz več kot 100 različnih polipeptidov. Vendar je teh 13 komponent ključnega pomena za oksidativno fosforilacijo in verigo elektronskih transportnih verig.

Med 13 polipeptidi, ki so sintetizirani iz mitohondrijske DNK, podenote I, II in III kompleksa citokroma C oksidaze in podenota VI črpalke Atasas, vgrajene v notranjo membrano organele.

Potrebne informacije za sintezo preostalih komponent, ki sestavljajo mitohondrije, kodirajo z jedrskimi geni. Te se sintetizirajo v citoplazmi kot ostali celični beljakovini in jih nato uvozijo v mitohondrije zahvaljujoč posebnim signalom.

Pri oksidativni fosforilaciji se uporabljajo atomi kisika in sladkorji, kot je glukoza za sintezo ali tvorba adenozin triposfata (ATP), kar je kemična vrsta, ki jo vse celice uporabljajo kot vir energije.

Preostali mitohondrijski geni imajo navodila za sintezo prenosnih ARN (ARNT), ribosomskih ARN-.

Dedovanje

Do relativno kratek čas se je mislilo, da se mitohondrijska DNK prenaša izključno z materinskim dedovanjem, torej z neposrednim spustom od matere.

Vendar pa članek, ki sta ga v reviji objavila Shiyu Luo in sodelavci Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike (PNAS) Januarja 2019 je ugotovil, da lahko v redkih primerih podedujete mitohondrijsko DNK obeh staršev, tako očeta kot mater.

Pred objavo tega članka je bilo za znanstvenike dejstvo, da sta se kromosom in mitohondrijska DNK podedovala od očeta in matere do potomcev.

"Nedotaknjeno" dedovanje kromosomov in mitohondrijskih genov Genet.

Zaradi tega se na podlagi teh genov izvaja večina mobilizacijskih študij populacij, saj je na primer rodoslovje preprosto graditi genealoška drevesa z uporabo mitohondrijske DNK.

Velik del zgodovine človeštva je bil obnovljen z genetsko zgodovino mitohondrijske DNK. Tudi številne poslovne hiše ponujajo razjasnitev družinske vezi vsake osebe, ki živi s svojimi predniki s tehnikami, ki preučujejo te značilnosti.

Replikacija

Prvi model replikacije mitohondrijske DNK so leta 1972 predlagali Vinogra in sodelavci in ta model je še vedno veljaven, z nekaj spremembami. Na splošno model temelji na enosmerni podvajanju, ki se začne v dveh različnih podvajanju.

Znanstveniki razvrstijo mitohondrijski kromosom v dve različni verigi, težke verige, H ali OH, iz angleščine "Težko"In lahka veriga, l, u o ol angleščine"Svetloba". Ti so identificirani in se nahajajo v dveh odprtih okvirih branja (Urf) V mitohondrijskem kromosomu.

Podvajanje mitohondrijskega genoma se začne v težki verigi (OH) in nadaljuje v eni smeri, dokler ne ustvari celotne dolžine lahke verige (OL). Nato se beljakovine imenujejo "mitohondrijski monociondraški mitenarski uniji proteinov" za zaščito verige, ki deluje kot "starševsko" ali "plesen".

Encimi, zadolženi za ločitev, tako da se pojavlja replikacija (replikosom), prehaja na svetlobni pas (OL) in nastane struktura zanke, ki blokira združitev mitohondrijskih monokatenarnih beljakovin.

V tej zanki se združi mitohondrijska polimerazna RNA in začne se sinteza novega temeljnega premaza. Prehod na sintezo težke verige (OH) se pozneje pojavi 25 nukleotidov.

Ravno v času prehoda na težko verigo (OH) se mitohondrijska polimerazna RNA nadomesti z replikativno polimerazno DNK mitohondrijev na koncu 3 ', kjer se je sprva začela replikacija.

Končno se sinteza obeh verig, težkih (OH) in svetlobe (OL), poteka neprekinjeno, dokler se ne tvorita dve popolni krožni molekuli dinamične DNK (dvojna veriga).

Sorodne bolezni

Obstajajo zelo številne bolezni, povezane z okvaro mitohondrijske DNK. Večina se pojavlja zaradi mutacij, ki poškodujejo zaporedje ali informacije, ki jih vsebuje genom.

Izguba relativne avdicije s povečano starostjo

Ena najbolj preučenih bolezni, ki je neposredno povezana s spremembami v genomu mitohondrijske DNK, je izguba sluha zaradi povečanja starosti.

Ta pogoj je produkt dejavnikov genetskega, okoljskega in življenjskega sloga. Ko se ljudje začnejo starati, mitohondrijska DNK med drugim nabira škodljive mutacije, kot so izločanje, translokacije, naložbe.

Poškodba mitohondrijske DNK povzroča predvsem kopičenje reaktivnih kisikovih vrst, ki so s proizvodi proizvodnje energije v mitohondrijih.

Mitohondrijska DNK je še posebej ranljiva za poškodbe, saj nima sistema za popravilo. Zato spremembe, ki jih povzročajo reaktivne vrste kisika, poškodujejo mitohondrijsko DNK in naredijo organelo slabo, kar povzroča celično smrt.

Notranje ušesne celice imajo veliko energije. Zaradi tega povpraševanja so še posebej občutljivi na poškodbe mitohondrijske DNK. Te škode lahko nepovratno spremenijo funkcijo notranjega ušesa, kar vodi do popolne izgube sluha.

Raki

Mitohondrijska DNK je še posebej občutljiva na somatske mutacije, mutacije, ki niso podedovane od staršev. Te vrste mutacij se pojavljajo v DNK nekaterih celic skozi celo življenje ljudi.

Obstajajo dokazi, ki povezujejo mitohondrijske spremembe DNK, produkt somatskih mutacij z določenimi vrstami raka, tumorjev v mlečnih žlezah, v debelem črevesu, v želodcu, v jetrih in v ledvicah.

Mutacije mitohondrijskih DNK so bile povezane tudi z rakom krvi, kot so levkemija in limfomi (imunski celični rak).

Strokovnjaki se nanašajo na somatske mutacije v mitohondrijski DNK s povečanjem proizvodnje reaktivnih kisikovih vrst, dejavniki, ki povečajo škodo na mitohondrijskem DNK in ustvarjajo pomanjkanje nadzora pri rasti celic.

Malo je znanja o tem, kako te mutacije povečujejo delitev celic, ki jih nadzoruje OZN, in kako se končajo kot rakavi tumorji.

Ciklični bruhanje sindrom

Nekateri primeri, v katerih se verjame, da je ciklično bruhanje, značilno za otroštvo. Te mutacije povzročajo ponavljajoče se epizode slabosti, bruhanja in utrujenosti ali letargije.

Znanstveniki povezujejo te epizode bruhanja, s katerimi mitohondriji s poškodovano mitohondrijsko DNK lahko vplivajo na določene celice avtonomnega živčnega sistema, kar vpliva na funkcije, kot so srčni utrip, krvni tlak in prebava.

Kljub tem združenjem še ni znano, kako spremembe mitohondrijske DNK povzročajo ponavljajoče se epizode cikličnega bruhanja.

Reference

1. Clayton, d. (2003). Podvajanje mitohondrijske DNK: kar vemo. IUBMB Life, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, t. G., & Suomalainen,. (2019). Usoda očetove mitohondrije. Nature, 565 (7739), 296-297.
3. Nacionalna knjižnica medicine. Referenca na dom genetike: vaš vodnik za podnašanje genetskih pogojev.
4. Shadel, g. S., & Clayton, D. Do. (1997). Vzdrževanje mitohondrijske DNK pri vretenčarjih. Letni pregled biokemije, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & Snustad, D. Str. (2006). Načela genetike. John Wiley & Sons.