Mitokondriell DNA

Vad är mitokondriellt DNA?

Mitokondriellt DNA är en liten cirkulär DNA -molekyl som finns i dessa organeller i eukaryota celler. Detta lilla genom kodar för ett mycket begränsat antal proteiner och aminosyror inuti mitokondrierna. Det är vanligt att hitta namnet ”mitokondriellt DNA” förkortat i många läroböcker och vetenskapliga artiklar som ”Adnmt"Eller på engelska"Mtdna".

Mitokondrier är oundgängliga organeller för eukaryota celler, eftersom de är ansvariga för att transformera maten som konsumeras i form av sockerarter i en form av energi som celler kan använda (till exempel ATP).

Alla celler i eukaryota organismer har minst en mitokondri inuti. Det finns emellertid celler som hjärtans muskelceller och skelettmuskeln som kan ha hundratals mitokondrier inuti.

Mitokondrierna har en proteinsyntesapparat och oberoende av cellapparaten, med ribosomer, överföring av ARN och ett aminoacil RNAS-transferas-sintetas av det inre av organellen; Även om ribosomalt RNA är mindre än för cellen som innehåller dem.

Denna apparat visar stor likhet med bakterieproteinsyntesapparaten. Dessutom, liksom i prokaryoter, är denna anordning extremt känslig för antibiotika, men mycket annorlunda än proteinsyntesen i eukaryota celler.

Termen "mitokondrier" introducerades av Benda i slutet av 1100 -talet och teorin om "endosimbios" är den mest accepterade om dess ursprung. Detta publicerades 1967 av Lynn Margulis, i tidningen Journal of Theoretical Biology.

Teorin om "endosimbios" placerar ursprunget till mitokondrier för miljoner år sedan. Det är teoretiserat att en cellförfader till eukaryota celler "svalde" och införlivades i sin metabolism en bakteriell organisme, som senare blev det vi känner idag som mitokondrier.

Mitokondriella DNA -egenskaper

Hos däggdjur organiseras i allmänhet allt genom som innefattar det mitokondriella DNA i en cirkulär kromosom på 15.000 till 16.000 nukleotidpar eller, vad är detsamma, från 15 till 16 kb (kilobaser).

Inuti de flesta mitokondrier kan flera kopior av mitokondriell kromosom uppnås. I humana somatiska celler (icke -sexuella celler) är det vanligt att hitta minst 100 kopior av mitokondriell kromosom.

I de övre växterna (angiospermer) är mitokondriellt DNA vanligtvis mycket större, till exempel i majsanläggningen kan den cirkulära kromosomen i det mitokondriella DNA mäta upp till 570 kB.

Mitokondriellt DNA upptar cirka 1% av det totala DNA från somatiska celler hos de flesta ryggradsdjur. Det är ett mycket bevarat DNA i djurriket, i motsats till vad som observeras i växter, där det finns en stor mångfald.

I vissa "jätte" eukaryota celler såsom ägglossningar (könsceller av kvinnor) av däggdjur eller celler som innehåller många mitokondrier kan mitokondriellt DNA utgöra upp till 1/3 av det totala cell -DNA.

Det mitokondriella DNA har några olika egenskaper än nukleär DNA: det har en densitet och andel av par av guanin - cytosin (GC) och adenin - Timina (AT) baser.

Densiteten för GC -baspar i det mitokondriella DNA är 1,68 g/cm3 och innehållet är 21%; Medan i kärnkrafts -DNA är denna densitet 1,68 g/cm3 och innehållet är cirka 40%.

Funktioner

Mitokondriellt DNA har minst 37 gener som är väsentliga för den normala funktionen av mitokondrier. Av de 37, 13 har de informationen för att producera enzymerna involverade i oxidativ fosforylering.

Dessa 13 gener kodar för 13 polypeptidkomponenter i de enzymatiska komplexen som tillhör elektrontransportkedjan och ligger i det inre membranet i mitokondrierna.

Trots de 13 polypeptiderna som tillhandahålls av det mitokondriella DNA till elektrontransportkedjan, består det av mer än 100 olika polypeptider. Dessa 13 komponenter är emellertid viktiga för oxidativ fosforylering och elektrontransportörskedja.

Bland de 13 polypeptiderna som är syntetiserade från mitokondriellt DNA, subenheterna I, II och III i cytokrom c -oxidas -komplexet och underenheten VI för ATASAS -pumparna inbäddade i det inre membranet i organellen.

Den nödvändiga informationen för syntesen av resten av komponenterna som utgör mitokondrier kodas av kärnkraftgener. Dessa syntetiseras i cytoplasma som resten av cellproteinerna och importeras sedan till mitokondrierna tack vare specifika signaler.

Vid oxidativ fosforylering används syreatomer och sockerarter såsom glukos för syntes eller bildning av adenosin tryposfat (ATP), vilket är den kemiska arter som används av alla celler som en energikälla.

De återstående mitokondriella generna har instruktioner för att syntetisera överföring ArN (ARNT), ribosomala ARN och aminoacil-arn-transferas-sintetas (ARNT) enzym, nödvändigt för proteinsyntes inuti mitokondrierna.

Arv

Fram till relativt en kort tid trodde man att mitokondriellt DNA överfördes uteslutande genom mödrarnas arv, det vill säga genom direkt härkomst från modern.

En artikel publicerad av Shiyu Luo och kollaboratörer i tidningen Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNA) I januari 2019 fann han att du vid sällsynta tillfällen kan ärva mitokondriellt DNA från båda föräldra, både fadern och modern.

Innan publiceringen av denna artikel var det för forskare ett faktum att kromosomen och mitokondriellt DNA varvdes intakt från far respektive modern mot avkommorna.

Den "intakta" arvet från kromosomen och mitokondriella genergenet.

På grund av detta utförs de flesta mobiliseringsstudier på populationer baserat på dessa gener, eftersom det till exempel är enkelt för släktforskare att bygga genealogiska träd som använder mitokondrialt DNA.

Mycket av mänsklighetens historia har byggts om genom den genetiska historien för mitokondriellt DNA. Till och med många kommersiella hus erbjuder att klargöra familjebindningen för varje person som bor med sina förfäder genom tekniker som studerar dessa egenskaper.

Replikation

Den första replikationsmodellen av mitokondriellt DNA föreslogs 1972 av Vinogra och kollaboratörer och denna modell är fortfarande giltig, med några förändringar. I allmänhet är modellen baserad på en enkelriktad replikation som börjar i två olika replikations ursprung.

Forskare klassificerar mitokondriell kromosom i två olika kedjor, den tunga kedjan, H eller OH, av engelska "Tung"Och lätt kedja, l, u ol av engelska"Ljus". Dessa identifieras och ligger i de två öppna läsramarna (Urf) I mitokondriell kromosom.

Replikationen av det mitokondriella genomet börjar i den tunga kedjan (OH) och fortsätter i en riktning tills den producerar den lätta kedjans längd (OL) (OL). Därefter kallas proteiner "mitokondriella monocyondriella mitenariska unionsproteiner" för att skydda kedjan som fungerar som "föräldra" eller "mögel".

Enzymerna som ansvarar för separationen så att replikering (replikosom) inträffar pass till ljusbandet (OL) och en slingstruktur bildas som blockerar föreningen av mitokondriell monokatenärproteiner.

I denna slinga förenas mitokondriell polymeras -RNA och syntesen av den nya primern börjar. Övergången till syntesen av den tunga kedjan (OH) inträffar 25 nukleotider senare.

Precis vid övergången till den tunga kedjan (OH) ersätts det mitokondriella polymeras -RNA av det replikerande polymeras -DNA från mitokondrierna i slutet 3 ', där replikationen initialt började.

Slutligen fortsätter syntesen av båda kedjorna, både de tunga (OH) och ljuset (OL) kontinuerligt tills två kompletta cirkulära molekyler av dynamiskt DNA (dubbelkedja) bildas.

Relaterade sjukdomar

Det finns mycket många sjukdomar relaterade till ett mitokondrialt DNA -fel. De flesta förekommer på grund av mutationer som skadar sekvensen eller informationen i genomet.

Förlust av relativ audition med ökad ålder

En av de bäst studerade sjukdomarna som har varit direkt relaterade till förändringar i mitokondriellt DNA -genom är förlusten av hörsel på grund av ökningen i ålder.

Detta tillstånd är produkten av genetiska, miljömässiga och livsstilsfaktorer. När människor börjar åldras ackumulerar mitokondriellt DNA skadliga mutationer, såsom eliminering, translokationer, investeringar, bland andra.

Skador på mitokondriellt DNA orsakas huvudsakligen av ackumulering av reaktiva syrearter, dessa är genom -produkter av energiproduktion i mitokondrier.

Mitokondriellt DNA är särskilt sårbart för skador, eftersom det inte har ett reparationssystem. Därför skadar de förändringar som orsakas av den reaktiva arterna av syre det mitokondriella DNA och gör organellen dåligt, vilket orsakar celldöd.

Interna öronceller har en hög energibehov. Denna efterfrågan gör dem särskilt känsliga för skador på mitokondriellt DNA. Dessa skador kan irreversibelt förändra funktionen hos det inre örat, vilket leder till en total förlust av hörsel.

Cancerformer

Mitokondriellt DNA är särskilt känsligt för somatiska mutationer, mutationer som inte ärvs från föräldrar. Dessa typer av mutationer förekommer i DNA från vissa celler under människors liv.

Det finns bevis för att länkar mitokondriella DNA -förändringar produkt av somatiska mutationer med vissa typer av cancer, tumörer i bröstkörtlarna, i kolon, i magen, i levern och i njurarna.

Mitokondriella DNA -mutationer har också associerats med blodcancer såsom leukemi och lymfom (immunsystemcellcancer).

Specialister relaterar till somatiska mutationer i mitokondrialt DNA med en ökning av produktionen av reaktiva syrearter, faktorer som ökar skadorna på mitokondriellt DNA och skapar en brist på kontroll i celltillväxt.

Det finns lite kunskap om hur dessa mutationer ökar FN: s kontrollerade celldelning av celler och hur de slutar utvecklas som cancertumörer.

Cykliskt kräkningssyndrom

Vissa fall där cykliska kräkningar, typiska för barndomen, tros vara relaterade till mitokondriella DNA -mutationer. Dessa mutationer orsakar återkommande episoder av illamående, kräkningar och trötthet eller slöhet.

Forskare associerar dessa spy -episoder med vilka mitokondrier med skadat mitokondriellt DNA kan påverka vissa autonoma nervsystemceller, vilket påverkar funktioner som hjärtfrekvens, blodtryck och matsmältning.

Trots dessa föreningar är det ännu inte känt på ett visst sätt hur mitokondriella DNA -förändringar orsakar återkommande episoder av cykliskt kräkningssyndrom.

Referenser

1. Clayton, D. (2003). Mithochondrial DNA Replication: Vad vi vet. IUBMB Life, 55 (4-5), 213-217.
2. Mcwilliams, t. G., & Suomalainen, till. (2019). Ödet för en fars mithokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
3. National Library of Medicine. Genetik Hemreferens: Din guide till underskattande genetiska tillstånd.
4. Skuggor, g. S., & Clayton, D. TILL. (1997). Mithochondrial DNA -underhåll i ryggradsdjur. Årlig översyn av biokemi, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & Snustad, D. P. (2006). Genetikprinciper. John Wiley & Sons.