општост
Митохондријска ДНК, или мтДНА, је деоксирибонуклеинска киселина која се налази унутар митохондрија, тј. Органела еукариотских ћелија одговорних за веома важан ћелијски процес оксидативне фосфорилације.
Међутим, она има и неке специфичности, како структуралне тако и функционалне, што је чини јединственом у својој врсти. Ове карактеристике укључују: циркуларност двоструког ланца нуклеотида, садржај гена (који је само 37 елемената) и готово потпуно одсуство некодирајућих нуклеотидних секвенци.
Митохондријска ДНК игра фундаменталну улогу у преживљавању ћелија: производи ензиме неопходне за реализацију оксидативне фосфорилације.
Шта је митохондријска ДНК?
Митохондријска ДНК, или мтДНА, је ДНК лоцирана унутар митохондрија .
Митохондрије су велике ћелијске органеле, типичне за еукариотске организме, које претварају хемијску енергију садржану у храни у АТП, што је облик енергије који ћелије могу користити.
ПОДСЈЕЋА НА СТРУКТУРУ И ФУНКЦИОНИСАЊЕ МИТОЦХОНДЕРСА
Од цевастог, филаментозног или зрнатог облика, митохондрије се налазе у цитоплазми, заузимајући скоро 25% волумена потоњег.
Имају две фосфолипидне двослојне мембране, једну спољашњу и још једну унутрашњу.
Спољашња мембрана, позната као спољна митохондријска мембрана, представља периметар сваке митохондрије и има транспортне протеине (порине и не само), што га чини пропустљивим за молекуле величине једнаке или мање од 5.000 далтона.
Унутрашња мембрана, позната као унутрашња митохондријска мембрана, садржи све ензимске компоненте (или ензиме) и компоненте коензима потребне за синтезу АТП-а, и ограничава централни простор, који се назива матрица .
За разлику од најудаљеније мембране, унутрашња митохондријална мембрана има бројне инвагинације - такозвани грбови - који повећавају његову укупну површину.
Између две митохондријалне мембране постоји простор од скоро 60-80 Ангстрома (А). Овај простор се назива интермембранским простором . Интермембрански простор има састав који је веома сличан саставу цитоплазме.
Синтеза АТП-а, којом управља митохондрија, је веома сложен процес, који биолози идентификују са појмом оксидативне фосфорилације .
ТОЧНА МОКОНДИЈАЛНА ДНЕВНА ЛОКАЦИЈА И КОЛИЧИНА
Слика: људски митохондрији.
Митохондријска ДНК се налази у митохондријској матрици, тј. У простору који је ограничен унутрашњом митохондријском мембраном.
На основу поузданих научних студија, свака митохондрија може садржати од 2 до 12 копија митохондријске ДНК.
Имајући у виду чињеницу да у људском телу неке ћелије могу у себи садржати неколико хиљада митохондрија, укупан број копија митохондријске ДНК, у једној људској ћелији, може достићи чак 20.000 јединица.
Напомена: број митохондрија у људским ћелијама варира у зависности од типа ћелије. На пример, хепатоцити (тј. Ћелије јетре) могу садржати између 1.000 и 2.000 митохондрија, док су еритроцити (тј. Црвене крвне ћелије) потпуно лишени њих.
структура
Општа структура митохондријске молекуле ДНК личи на општу структуру нуклеарне ДНК, односно на генетичко наслеђе присутно у језгру еукариотских ћелија.
У ствари, слично као нуклеарна ДНК:
- Митохондријска ДНК је биополимер који се састоји од два дуга низа нуклеотида . Нуклеотиди су органски молекули, који настају из сједињавања три елемента: шећера са 5 атома угљеника (у случају ДНК, деоксирибозе ), азотне базе и фосфатне групе .
- Сваки нуклеотид митохондријске ДНК се везује за следећи нуклеотид истог филамента, помоћу фосфодиестерске везе између угљеника 3 његове деоксирибозе и одмах следеће нуклеотидне фосфатне групе.
- Два ланца митохондријске ДНК имају супротну оријентацију, а глава једне интеракције са крајем друге и обратно. Овај одређени аранжман је познат као антипаралелни распоред (или антипаралелна оријентација ).
- Два влакна митохондријске ДНК међусобно реагују, преко азотних база .
Наиме, свака азотна база сваког филамента успоставља водоничне везе са једном и само једном азотном базом, присутном на другом филаменту.
Овај тип интеракције назива се "спаривање између азотних база" или "пар азотних база".
- Азотне базе митохондријске ДНК су аденин, тимин, цитозин и гванин .
Упаривање на које ове азотне базе расту нису случајне, већ високо специфичне: аденин ступа у интеракцију само са тимином, док цитозин само са гванином.
- Митохондријска ДНК је дом генима (или секвенцама гена). Гени су секвенце више или мање дугих нуклеотида, са добро дефинисаним биолошким значењем. У већини случајева они стварају протеине.
СТРУКТУРНИ ДЕТАЉИ МИТОКОНДРИЈАЛНЕ ДНК
Осим горе споменутих аналогија, људска митохондријска ДНК има неке структурне посебности које је значајно разликују од људске нуклеарне ДНК.
Прво, то је кружни молекул, док је нуклеарна ДНК линеарни молекул.
Дакле, има 16.569 пари азотних база, док нуклеарна ДНК посједује љепоту од 3, 3 милијарде.
Садржи 37 гена, док изгледа да нуклеарна ДНК садржи између 20.000 и 25.000.
Она није организована у хромозоме, док је нуклеарна ДНК подељена на чак 23 хромозома и облика, са неким специфичним протеинима, супстанцом која се зове хроматин.
Коначно, он укључује низ нуклеотида који учествују у два гена истовремено, док нуклеарна ДНК има гене чији су нуклеотидне секвенце добро дефинисане и одвојене једна од друге.
порекло
Митохондријска ДНК је веома вероватно да има бактеријско порекло .
Заиста, на основу бројних независних студија, молекуларни биолози верују да је ћелијско присуство митохондријске ДНК резултат инкорпорације, од стране предака еукариотских ћелија, независних бактеријских организама, веома сличних митохондријама.
Ово чудно откриће само је делимично изненадило научну заједницу, јер је ДНК присутна у бактеријама углавном филамент кружних нуклеотида, као што је митохондријска ДНК.
Теорија да ће митохондрије и митохондријска ДНК имати бактеријско порекло назива се " ендосимбиотска теорија ", од речи " ендосимбиоза ". Укратко, у биологији, термин "ендосимбиоза" означава сарадњу између два организма, која укључује уградњу једног унутар другог, како би се добила одређена предност.
радозналост
Према поузданим научним истраживањима, током еволуције, многи бактеријски гени, присутни у будућој митохондријској ДНК, би променили локацију, прелазећи у нуклеарну ДНК.
Другим речима, на почетку ендосимбиозе, неки гени који су сада присутни на нуклеарној ДНК живели су у ДНК оних бактеријских организама, који би тада постали митохондрији.
Теорија да неки гени потичу од митохондријске ДНК, у неким врстама и из нуклеарне ДНК, у другима, потврђује теорију о померању гена између митохондријалне ДНК и нуклеарне ДНК.
функција
Митохондријска ДНК производи ензиме (тј. Протеине), неопходне за исправну реализацију деликатног процеса оксидативне фосфорилације.
Упутства за синтезу ових ензима налазе се у 37 гена који чине геном митохондријске ДНК.
ШТА ЈЕ ГЕН КОДА МИТОКОНДРИЈАЛНЕ ДНК: ДЕТАЉИ
37 гена митохондријске ДНК кодирају за: протеине, тРНА и рРНК.
Конкретно:
- 13 код 13 протеина одговорних за спровођење оксидативне фосфорилације
- 22 кодирају 22 молекуле тРНА
- 2 кодирају 2 молекула рРНА
Молекули тРНА и рРНА су фундаментални за синтезу горе наведених 13 протеина, јер они чине машинерију која регулише њихову производњу.
Другим речима, митохондријска ДНК има информације за производњу одређеног скупа протеина и алата неопходних за синтезу потоњег.
Шта су РНА, тРНА и рРНА?
РНК, или рибонуклеинска киселина, је нуклеинска киселина која има основну улогу у стварању протеина, почевши од ДНК.
Генерално, једноланчана, РНК може постојати у различитим облицима (или типовима), у зависности од специфичне функције на коју је заменик.
ТРНА и рРНА су два од ових могућих облика.
ТРНА се користи за додавање аминокиселина током процеса стварања протеина. Аминокиселине су молекуларне јединице које сачињавају протеине.
РРНК формира рибозоме, тј. Ћелијске структуре у којима се базира синтеза протеина.
Да бисте сазнали више о РНК и њеним функцијама, читаоци могу да кликну овде.
ФУНКЦИОНАЛНИ ДЕТАЉИ МИТОКОНДРИЈАЛНЕ ДНК
Са функционалне тачке гледишта, митохондријска ДНК има неке специфичне карактеристике које га јасно разликују од нуклеарне ДНК.
Ево шта се састоји од следећих карактеристика:
- Митохондријска ДНК је полу-независна у смислу да јој је потребна интервенција неких протеина синтетисаних из нуклеарне ДНК.
Насупрот томе, нуклеарна ДНК је потпуно аутономна и производи све што је потребно да би правилно обављала своје задатке.
- Митохондријска ДНК има генетски код који се мало разликује од оног у нуклеарној ДНК . То доводи до низа разлика у реализацији протеина: ако одређена секвенца нуклеотида у нуклеарној ДНК доводи до стварања одређеног протеина, иста секвенца у митохондријској ДНК доводи до формирања мало другачијег протеина.
- Митохондријска ДНК има врло мало некодирајућих нуклеотидних секвенци, то јест, које не производе никакав протеин, тРНА или рРНК. У процентима, само 3% митохондријске ДНК је некодирајуће.
Насупрот томе, нуклеарна ДНК кодира само 7%, тако да садржи велики број некодирајућих нуклеотидних секвенци (93%).
Табела: резиме разлика између људске митохондријске ДНК и људске нуклеарне ДНК. | |
Митохондријска ДНК | Нуклеарна ДНК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наслеђе
Наслеђивање митохондријске ДНК је строго мајчинско .
То значи да у неколико родитеља жена преноси митохондријску ДНК потомству (тј. Дјецу).
На потпуно супротан начин од горе наведеног, наслеђивање нуклеарне ДНК је, пола, мајчинско и пола очинско. Другим речима, оба родитеља једнако доприносе преносу нуклеарне ДНК у потомство.
Напомена: наслеђивање митохондријске ДНК од стране мајке укључује и митохондријску структуру. Дакле, митохондрије присутне у појединцу су на мајчиној плесни.
Повезане патологије
Премиса: генетска мутација је стална промена у секвенци нуклеотида, који чине нуклеарни или митохондријски ген ДНА.
Генерално, присуство генетске мутације доводи до промене или губитка нормалне функције укљученог гена.
Присуство мутација на нивоу гена митохондријске ДНК може одредити широк спектар болести, укључујући:
- Леберова наследна оптичка неуропатија
- Кеарнс-Саире синдром
- Леигх синдром
- Недостатак цитокром Ц оксидазе
- Прогресивна спољашња офталмоплегија
- Пеарсонов синдром
- Митохондријска енцефаломиопатија са лактичком ацидозом и епизодама сличним можданом удару (МЕЛАС синдром)
- Дијабетес са мајчином глувоћом
- Миоклонична епилепсија са неправилним црвеним влакнима
С обзиром на патолошка стања повезана са једном или више мутација митохондријске ДНА, морају се специфицирати два аспекта.
Прво, озбиљност морбидног стања зависи од квантитативне везе између мутиране митохондријске ДНК и здраве, нормалне митохондријалне ДНК. Ако је број мутиране митохондријске ДНК много виши од броја здраве ДНК, резултујуће стање ће бити озбиљније.
Друго, мутације у митохондријалној ДНК утичу само на одређена ткива у телу, посебно на она која захтевају велике количине АТП-а који су резултат процеса оксидативне фосфорилације. Ово је сасвим разумљиво: ћелије које имају највећу потребу за функцијом коју нормално обавља митохондријска ДНК су највише погођене неисправном митохондријском ДНК.
ХЕРИТИТАРНА ОПТИЧКА НЕУРОПАТИЈА ЛЕБЕРА
Леберова наследна оптичка неуропатија настаје због мутације чак четири гена митохондријске ДНК. Ови гени садрже информације које доводе до синтезе такозваног комплекса И (или НАДХ оксид-редуктазе), једног од различитих ензима укључених у процес оксидативне фосфорилације.
Манифестације патологије се састоје од прогресивне дегенерације оптичког нерва и постепеног губитка вида.
КЕАРНС-САИРЕ СИНДРОМ
Кеарнс-Саире синдром се појављује због недостатка дискретног дијела митохондријске ДНА (НБ: недостатак одређене нуклеотидне секвенце се назива брисање ).
Они који пате од Кеарнс-Саире синдрома развијају офталмоплегију (тј. Потпуну или парцијалну парализу окуломоторних мишића), облик ретинопатије и абнормалног срчаног ритма (атриовентрикуларни блок).
ЛЕИГХ СИНДРОМЕ
Леигх синдром настаје као резултат мутација митохондријске ДНА, које могу укључивати протеин АТП-синтазе (који се назива и В комплекс) и / или неке тРНА.
Леигх синдром је прогресивна неуролошка болест која се јавља током детињства или детињства и одговорна је за: кашњење у развоју, слабост у мишићима, периферну неуропатију, моторичке поремећаје, тешкоће у дисању и офталмоплегију.
ДЕФИЦИТ ЦИТОКРОМЕ Ц ОКСИДАСЕ
Недостатак цитокром Ц оксидазе појављује се због мутације најмање 3 гена митохондријске ДНА. Ови гени су фундаментални за правилну синтезу цитокром Ц оксидазе (или комплекса ИВ) ензима који су укључени у процес оксидативне фосфорилације.
Типичне манифестације дефицијенције цитокром Ц оксидазе се састоје од дисфункције скелетних мишића, срчане дисфункције, дисфункције бубрега и дисфункције јетре.
ПРОГРЕССИВЕ ЕКСТЕРНАЛ ОПХТХАЛМОПХИ
Прогресивна спољашња офталмоплегија настаје због недостатка значајног броја нуклеотида митохондријске ДНА (делеција)
Са прогресивним карактером (као што се може рећи из назива), ова патологија узрокује парализу окуломоторних мишића, са последичном птозом и значајним визуелним проблемима.
ПЕАРСОН СИНДРОМЕ
Пирсонов синдром се јавља након велике делеције митохондријалне ДНК, сличне прогресивној спољашњој офталмоплегији и Кеарнс-Саиреовом синдрому.
Типичне манифестације Пирсоновог синдрома се састоје од: сидеробластичне анемије, дисфункција панкреаса (нпр. Дијабетеса зависних од инсулина), неуролошких дефицита и мишићних поремећаја.
Генерално, Пирсонов синдром узрокује смрт субјекта погођеног у младом добу. У ствари, они који су погођени овом патологијом ретко достижу зрелост.
МЕЛАС СИНДРОМЕ
Синдром МЕЛАС, познат и као митохондријска енцефаломиопатија са епизодама лактичне ацидозе и можданог удара, јавља се као резултат мутације најмање 5 гена митохондријске ДНК.
Ови гени доприносе синтези НАДХ оксид-редуктазе, или комплекса И, и неких тРНА.
МЕЛАС синдром укључује присуство неуролошких поремећаја, мишићних поремећаја, неуобичајеног накупљања млечне киселине у ткивима (са свим насталим симптомима), респираторних проблема, губитка контроле интестиналних функција, рекурентног умора, проблема са бубрезима, срчаних проблема, дијабетеса епилепсија и недостатак координације.
ОТХЕР ПАТХОЛОГИЕС
Према неколико научних студија, чак и болести као што су синдром цикличног повраћања, ретинитис пигментоса, атаксија, Паркинсонова болест и Алцхајмерова болест би уочиле митохондријску ДНК и неке укључене мутације.
