Mitochondriaal DNA

Wat is mitochondriaal DNA?

Mitochondriaal DNA is een klein cirkelvormig DNA -molecuul dat in deze organellen wordt gevonden in eukaryotische cellen. Dit kleine genoom codeert voor een zeer beperkt aantal eiwitten en aminozuren in de mitochondria. Het is gebruikelijk om de naam te vinden van "mitochondriaal DNA" afgekort in veel schoolboeken en wetenschappelijke artikelen zoals "Adnmt"of in het Engels"MtDNA".

Mitochondriën zijn onmisbare organellen voor eukaryotische cellen, omdat ze verantwoordelijk zijn voor het transformeren van de energie van voedsel dat wordt geconsumeerd in de vorm van suikers in een vorm van energie die cellen kunnen gebruiken (bijvoorbeeld ATP).

Mitochondriaal DNA

Alle cellen in eukaryotische organismen hebben ten minste één mitochondria binnenin. Er zijn echter cellen zoals de spiercellen van het hart en die van skeletspier die honderden mitochondriën binnenin kunnen hebben.

De mitochondriën hebben een eiwitsyntheseapparaat en onafhankelijk van het celapparaat, met ribosomen, overbrengen ARN's en een aminoacil RNAS-transferase-sintetase van het interieur van de organel; Hoewel ribosomaal RNA kleiner is dan die van de cel die ze huisvest.

Dit apparaat vertoont een grote gelijkenis met het bacterie -eiwitsyntheseapparaat. Bovendien, evenals in prokaryoten, is dit apparaat extreem gevoelig voor antibiotica, maar heel anders dan dat van eiwitsynthese in eukaryotische cellen.

De term "mitochondria" werd geïntroduceerd door Benda aan het einde van de 12e eeuw en de theorie van "endosimbiose" is het meest geaccepteerd over de oorsprong ervan. Dit werd in 1967 gepubliceerd door Lynn Margulis, in het tijdschrift Journal of Theoretical Biology.

De theorie van "endosimbiose" plaatst de oorsprong van mitochondria miljoenen jaren geleden. Het is theoretiseerd dat een cel -voorouder van eukaryotische cellen "inslikte" en in zijn metabolisme een bacterieel organisme werd opgenomen, dat later werd wat we vandaag kennen als mitochondria.

Mitochondriale DNA -kenmerken

Bij zoogdieren is in het algemeen al het genoom dat het mitochondriale DNA omvat, georganiseerd in een circulair chromosoom van 15.000 tot 16.000 nucleotideparen of, wat is hetzelfde, van 15 tot 16 kb (kilobasen).

Binnen de meeste mitochondria kunnen verschillende exemplaren van het mitochondriale chromosoom worden bereikt. In menselijke somatische cellen (niet -seksuele cellen) is het gebruikelijk om ten minste 100 kopieën van het mitochondriale chromosoom te vinden.

In de bovenste planten (angiospermen) is het mitochondriaal DNA meestal veel groter, bijvoorbeeld in de maïsplant kan het cirkelvormige chromosoom van het mitochondriale DNA tot 570 kb meten.

Mitochondriaal DNA beslaat ongeveer 1% van het totale DNA van somatische cellen van de meeste gewervelde dieren. Het is een zeer bewaard DNA in het dierenrijk, in tegenstelling tot wat wordt waargenomen in planten, waar grote diversiteit is.

Kan u van dienst zijn: fenotype: fenotypische kenmerken, voorbeelden

In sommige "gigantische" eukaryotische cellen zoals ovules (geslachtscellen van vrouwen) van zoogdieren of cellen die veel mitochondriën bevatten, kan mitochondriaal DNA tot 1/3 van het totale totale cel -DNA vormen.

Het mitochondriale DNA heeft een aantal verschillende eigenschappen dan nucleair DNA: het heeft een dichtheid en aandeel paren guanine - cytosine (GC) en adenine - timina (AT) Bases.

De dichtheid van GC -basenparen in het mitochondriale DNA is 1,68 g/cm3 en het gehalte is 21%; Terwijl in nucleair DNA deze dichtheid 1,68 g/cm3 is en het gehalte ongeveer 40% is.

Functie

Mitochondriaal DNA heeft ten minste 37 genen die essentieel zijn voor de normale functie van mitochondria. Van die 37, 13 hebben ze de informatie om de enzymen te produceren die betrokken zijn bij oxidatieve fosforylering.

Deze 13 genen coderen voor 13 polypeptidecomponenten van de enzymatische complexen die behoren tot de elektronentransportketen en bevinden zich in het interne membraan van de mitochondria.

Ondanks de 13 polypeptiden geleverd door het mitochondriale DNA aan de elektronentransportketen, bestaat het uit meer dan 100 verschillende polypeptiden. Deze 13 componenten zijn echter essentieel voor oxidatieve fosforylering en elektronentransportieketen.

Onder de 13 polypeptiden die worden gesynthetiseerd uit het mitochondriale DNA, de subeenheden I, II en III van het cytochroom C -oxidasecomplex en de subeenheid VI van de Atasas -pompen ingebed in het interne membraan van de organel.

De benodigde informatie voor de synthese van de rest van de componenten die mitochondria vormen, wordt gecodeerd door nucleaire genen. Deze worden gesynthetiseerd in het cytoplasma zoals de rest van de celeiwitten en vervolgens in de mitochondria geïmporteerd dankzij specifieke signalen.

Bij oxidatieve fosforylering worden zuurstofatomen en suikers zoals glucose voor synthese of vorming van adenosine -tryposfaat (ATP) gebruikt, wat de chemische soort is die door alle cellen wordt gebruikt als een bron van energie.

De resterende mitochondriale genen hebben de instructies om overdracht ARN's (arnt), ribosomale ARN's en het aminoacil-arn transferase-sintetase (arnt) enzym te synthetiseren, nodig voor eiwitsynthese in de mitochondria.

Erfenis

Tot relatief korte tijd werd gedacht dat mitochondriaal DNA exclusief werd overgedragen door overerving van de moeder, dat wil zeggen door directe afdaling van de moeder.

Een artikel gepubliceerd door Shiyu Luo en medewerkers in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNA's) In januari 2019 ontdekte hij dat u in zeldzame gevallen mitochondriaal DNA van beide ouderlijke, zowel van de vader als de moeder kunt erven.

Vóór de publicatie van dit artikel was het voor wetenschappers een feit dat het chromosoom en het mitochondriale DNA intact werden geërfd van respectievelijk de vader en moeder naar de nakomelingen.

De "intacte" overerving van het chromosoom- en mitochondriale genen -genet.

Kan u van dienst zijn: pleiotropy

Hierdoor worden de meeste mobilisatiestudies van de populaties uitgevoerd op basis van deze genen, omdat het bijvoorbeeld eenvoudig is voor genealogen om genealogische bomen te bouwen met behulp van mitochondriaal DNA.

Veel van de geschiedenis van de mensheid is herbouwd door de genetische geschiedenis van mitochondriaal DNA. Zelfs veel commerciële huizen bieden aan om de familieband te verduidelijken van elke persoon die samenwoont met hun voorouders door technieken die deze kenmerken bestuderen.

Replicatie

Het eerste replicatiemodel van mitochondriaal DNA werd in 1972 voorgesteld door Vinogra en medewerkers en dit model is nog steeds geldig, met enkele wijzigingen. Over het algemeen is het model gebaseerd op een unidirectionele replicatie die begint in twee verschillende replicatie -oorsprong.

Wetenschappers classificeren het mitochondriale chromosoom in twee verschillende ketens, de zware keten, H of OH, van Engels "Zwaar"En lichte keten, l, u ol van Engels"Licht". Deze worden geïdentificeerd en gelegen in de twee open leesframes (URF) In het mitochondriale chromosoom.

De replicatie van het mitochondriale genoom begint in de zware keten (OH) en gaat verder in één richting totdat de volledige lengte van de lichte keten (OL). Vervolgens noemden eiwitten "mitochondriale monocyondriale mitsarme unie -eiwitten" om de keten te beschermen die functioneert als "ouderlijk" of "schimmel".

De enzymen die de lading van de scheiding hebben, zodat replicatie (replicosoom) plaatsvindt naar de lichtband (OL) en er wordt een lusstructuur gevormd die de unie van mitochondriale monocatenaire eiwitten blokkeert.

In deze lus wordt het mitochondriale polymerase -RNA verbonden en begint de synthese van de nieuwe primer. De overgang naar de synthese van de zware keten (OH) komt later voor 25 nucleotiden.

Net ten tijde van de overgang naar de zware keten (OH), wordt het mitochondriale polymerase -RNA vervangen door het replicatieve polymerase -DNA van de mitochondria aan het einde 3 ', waar de replicatie aanvankelijk begon.

Ten slotte verloopt de synthese van beide ketens, zowel van de zware (OH) als het lichte (OL) continu totdat twee complete cirkelvormige moleculen van dynamisch DNA (dubbele keten) worden gevormd.

Gerelateerde ziekten

Er zijn zeer talloze ziekten gerelateerd aan een mitochondriale DNA -storing. De meeste komen voor als gevolg van mutaties die de sequentie of informatie in het genoom beschadigen.

Verlies van relatieve auditie met een verhoogde leeftijd

Een van de best bestudeerde ziekten die direct gerelateerd is aan veranderingen in het mitochondriale DNA -genoom is het gehoorverlies als gevolg van de toename van de leeftijd.

Deze aandoening is het product van genetische, omgevings- en levensstijlfactoren. Naarmate mensen beginnen te verouderen, accumuleert mitochondriaal DNA schadelijke mutaties, zoals eliminatie, translocaties, investeringen, onder andere.

Kan u van dienst zijn: genetische variabiliteit

Schade aan mitochondriaal DNA wordt voornamelijk veroorzaakt door de accumulatie van reactieve zuurstofspecies, dit zijn door -producten van energieproductie in mitochondriën.

Mitochondriaal DNA is bijzonder kwetsbaar voor schade, omdat het geen reparatiesysteem heeft. Daarom maken de veranderingen die worden veroorzaakt door de reactieve soorten zuurstofschade het mitochondriale DNA en maken het organel slecht, waardoor celdood veroorzaakt.

Interne oorcellen hebben een hoge vraag naar energie. Deze vraag maakt ze vooral gevoelig voor schade aan mitochondriaal DNA. Deze schade kan de functie van het interne oor onomkeerbaar veranderen, wat leidt tot een totaal verlies van gehoor.

Kankers

Mitochondriaal DNA is vooral gevoelig voor somatische mutaties, mutaties die niet worden geërfd van ouders. Dit soort mutaties komen voor in het DNA van sommige cellen gedurende het hele leven van mensen.

Er zijn aanwijzingen dat het product van mitochondriale DNA -veranderingen van somatische mutaties verbindt met bepaalde soorten kanker, tumoren in de borstklieren, in de dikke darm, in de maag, in de lever en in de nier.

Mitochondriale DNA -mutaties zijn ook geassocieerd met bloedkanker zoals leukemie en lymfomen (celkanker van het immuunsysteem).

Specialisten hebben betrekking op somatische mutaties in mitochondriaal DNA met een toename van de productie van reactieve zuurstofspecies, factoren die schade aan mitochondriaal DNA verhogen en een gebrek aan controle in celgroei veroorzaken.

Er is weinig kennis over hoe deze mutaties de VN -gecontroleerde celdeling van cellen vergroten en hoe ze het ontwikkelen als kankerachtige tumoren afmaken.

Cyclisch braken syndroom

Sommige gevallen waarin cyclisch braken, typisch voor de kindertijd, wordt verondersteld gerelateerd te zijn aan mitocondriale DNA -mutaties. Deze mutaties veroorzaken terugkerende afleveringen van misselijkheid, braken en vermoeidheid of lethargie.

Wetenschappers associëren deze braakselafleveringen waarmee mitochondriën met beschadigd mitochondriaal DNA bepaalde autonome zenuwstelselcellen kunnen beïnvloeden, wat functies zoals hartslag, bloeddruk en spijsvertering kan beïnvloeden.

Ondanks deze associaties is het nog niet op een bepaalde manier bekend hoe mitochondriale DNA -veranderingen terugkerende afleveringen van cyclisch braken syndroom veroorzaken.

Referenties

1. Clayton, D. (2003). Mithochondriale DNA -replicatie: wat we weten. IUBMB Life, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, T. G., & Suomalainen, tot. (2019). Het lot van de Mithochondria van een vader. Nature, 565 (7739), 296-297.
3. Nationale bibliotheek van geneeskunde. Genetica Home Referentie: uw gids voor het onderschrijven van genetische omstandigheden.
4. Shadel, g. S., & Clayton, D. NAAR. (1997). Mithochondriaal DNA -onderhoud in gewervelde dieren. Jaaroverzicht van Biochemistry, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & Snustad, D. P. (2006). Principes van genetica. John Wiley & Sons.