DNA mitokondria

Apakah DNA mitokondria?

DNA mitokondria adalah molekul DNA pekeliling kecil yang terdapat di dalam organel ini dalam sel eukariotik. Genom kecil ini menyandarkan untuk bilangan protein dan asid amino yang sangat terhad di dalam mitokondria. Adalah biasa untuk mencari nama "DNA mitokondria" disingkat dalam banyak buku teks dan artikel saintifik seperti "ADNMT"atau dalam bahasa Inggeris"Mtdna".

Mitokondria adalah organel yang sangat diperlukan untuk sel -sel eukariotik, kerana mereka bertanggungjawab untuk mengubah tenaga makanan yang digunakan dalam bentuk gula dalam bentuk tenaga yang boleh digunakan oleh sel (ATP).

Semua sel dalam organisma eukariotik mempunyai sekurang -kurangnya satu mitokondria di dalamnya. Walau bagaimanapun, terdapat sel -sel seperti sel -sel otot jantung dan otot rangka yang boleh mempunyai beratus -ratus mitokondria di dalamnya.

Mitokondria mempunyai radas sintesis protein dan bebas daripada alat sel, dengan ribosom, pemindahan ARNs dan rninoacil RNA transferase-sintetase dari pedalaman organelle; Walaupun RNA ribosom lebih kecil daripada sel yang menempatkannya.

Alat ini menunjukkan persamaan yang besar dengan alat sintesis protein bakteria. Selain itu, serta dalam prokariot, peranti ini sangat sensitif terhadap antibiotik, tetapi sangat berbeza dari sintesis protein dalam sel eukariotik.

Istilah "mitokondria" diperkenalkan oleh Benda pada akhir abad ke -12 dan teori "endosimbiosis" adalah yang paling diterima mengenai asalnya. Ini diterbitkan pada tahun 1967 oleh Lynn Margulis, dalam majalah Jurnal Biologi Teori.

Teori "endosimbiosis" menempatkan asal mitokondria berjuta -juta tahun yang lalu. Adalah berteori bahawa sel nenek moyang sel eukariotik "ditelan" dan dimasukkan ke dalam metabolismenya sebagai organisma bakteria, yang kemudiannya menjadi apa yang kita tahu hari ini sebagai mitokondria.

Ciri -ciri DNA mitokondria

Dalam mamalia, umumnya semua genom yang terdiri daripada DNA mitokondria dianjurkan dalam kromosom bulat 15.000 hingga 16.000 pasangan nukleotida atau, apa yang sama, dari 15 hingga 16 kb (kilobases).

Di dalam kebanyakan mitokondria, beberapa salinan kromosom mitokondria dapat dicapai. Dalam sel somatik manusia (sel bukan seksual) adalah perkara biasa untuk mencari sekurang -kurangnya 100 salinan kromosom mitokondria.

Di atas tumbuhan atas (angiosperma) DNA mitokondria biasanya lebih besar, contohnya, dalam tumbuhan jagung kromosom bulat DNA mitokondria dapat mengukur sehingga 570 kb.

DNA mitokondria menduduki kira -kira 1% daripada jumlah DNA sel somatik haiwan vertebrata. Ia adalah DNA yang sangat terpelihara di kerajaan haiwan, bertentangan dengan apa yang diperhatikan di tumbuhan, di mana terdapat kepelbagaian yang luas.

Dalam beberapa sel eukariotik "gergasi" seperti ovul (sel seks wanita) mamalia atau sel yang mengandungi banyak mitokondria, DNA mitokondria boleh membentuk sehingga 1/3 daripada jumlah keseluruhan DNA sel.

DNA mitokondria mempunyai beberapa sifat yang berbeza untuk DNA nuklear: ia mempunyai ketumpatan dan perkadaran pasangan guanine - sitosin (GC) dan adenine - Timina (AT) pangkalan.

Ketumpatan pasangan asas GC dalam DNA mitokondria adalah 1.68 g/cm3 dan kandungannya adalah 21%; Semasa dalam DNA nuklear ini ketumpatan adalah 1.68 g/cm3 dan kandungannya adalah kira -kira 40%.

Fungsi

DNA mitokondria mempunyai sekurang -kurangnya 37 gen yang penting untuk fungsi normal mitokondria. Daripada 37, 13 mereka mempunyai maklumat untuk menghasilkan enzim yang terlibat dalam fosforilasi oksidatif.

13 gen ini menyandarkan untuk 13 komponen polipeptida kompleks enzimatik yang tergolong dalam rantai penghantar elektron dan terletak di membran dalaman mitokondria.

Walaupun 13 polipeptida yang disediakan oleh DNA mitokondria ke rantai penghantar elektron, ia terdiri daripada lebih daripada 100 polipeptida yang berbeza. Walau bagaimanapun, 13 komponen ini penting untuk fosforilasi oksidatif dan rantai penghantar elektron.

Di antara 13 polipeptida yang disintesis dari DNA mitokondria, subunit I, II dan III kompleks cytochrome c oxidase dan subunit VI pam Atasas yang tertanam dalam membran dalaman organelle.

Maklumat yang diperlukan untuk sintesis seluruh komponen yang membentuk mitokondria dikodkan oleh gen nuklear. Ini disintesis dalam sitoplasma seperti selebihnya protein sel dan kemudian diimport ke dalam mitokondria terima kasih kepada isyarat tertentu.

Dalam fosforilasi oksidatif, atom oksigen dan gula seperti glukosa untuk sintesis atau pembentukan adenosine tryposphate (ATP) digunakan, iaitu spesies kimia yang digunakan oleh semua sel sebagai sumber tenaga.

Gen mitokondria yang tersisa mempunyai arahan untuk mensintesis pemindahan ARNS (ARNT), ARN ribosom dan enzim transferase-sintetase aminoacil-arn, yang diperlukan untuk sintesis protein di dalam mitokondria.

Warisan

Sehingga agak lama ia dianggap bahawa DNA mitokondria ditransmisikan secara eksklusif melalui warisan ibu, iaitu, dengan keturunan langsung dari ibu.

Walau bagaimanapun, artikel yang diterbitkan oleh Shiyu Luo dan kolaborator dalam majalah Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat (PNAS) Pada bulan Januari 2019, dia mendapati bahawa pada masa -masa yang jarang anda boleh mewarisi DNA mitokondria kedua -dua orang ibu bapa, baik bapa dan ibu.

Sebelum penerbitan artikel ini, untuk saintis adalah fakta bahawa DNA kromosom dan mitokondria diwarisi utuh dari bapa dan ibu, masing -masing, ke arah keturunan.

Warisan "utuh" genet gen kromosom dan mitokondria.

Oleh kerana itu, kebanyakan kajian penggerak populasi dijalankan berdasarkan gen ini, kerana, sebagai contoh, mudah bagi ahli silsilah untuk membina pokok silsilah menggunakan DNA mitokondria.

Kebanyakan sejarah kemanusiaan telah dibina semula melalui sejarah genetik DNA mitokondria. Malah banyak rumah komersial yang ditawarkan untuk menjelaskan ikatan keluarga setiap orang yang tinggal bersama nenek moyang mereka melalui teknik yang mengkaji ciri -ciri ini.

Replikasi

Model replikasi pertama DNA mitokondria dicadangkan pada tahun 1972 oleh Vinogra dan kolaborator dan model ini masih sah, dengan beberapa perubahan. Secara umum, model ini berdasarkan replikasi satu arah yang bermula dalam dua asal replikasi yang berbeza.

Para saintis mengklasifikasikan kromosom mitokondria menjadi dua rantai yang berbeza, rantai berat, h atau oh, bahasa Inggeris "Berat"Dan rantai cahaya, l, ol Bahasa Inggeris"Cahaya". Ini dikenal pasti dan terletak di dua bingkai bacaan terbuka (Urf) Dalam kromosom mitokondria.

Replikasi genom mitokondria bermula di rantai berat (OH) dan berterusan dalam satu arah sehingga menghasilkan panjang penuh rantai cahaya (OL). Selanjutnya, protein yang disebut "protein kesatuan mitokilial mitokondria" untuk melindungi rantai yang berfungsi sebagai "ibu bapa" atau "acuan".

Enzim -enzim yang bertanggungjawab terhadap pemisahan supaya replikasi (replika) berlaku berlalu ke jalur cahaya (OL) dan struktur gelung terbentuk yang menghalang kesatuan protein unit monokatenary mitokondria.

Dalam gelung ini, RNA polimerase mitokondria disatukan dan sintesis primer baru bermula. Peralihan ke sintesis rantai berat (OH) berlaku 25 nukleotida kemudian.

Hanya pada masa peralihan ke rantai berat (OH), RNA polimerase mitokondria digantikan oleh DNA polimerase replika mitokondria pada akhir 3 ', di mana replikasi bermula pada mulanya.

Akhirnya, sintesis kedua -dua rantai, kedua -dua berat (OH) dan cahaya (OL) meneruskan terus sehingga dua molekul bulat lengkap DNA dinamik (rantai berganda) dibentuk.

Penyakit berkaitan

Terdapat banyak penyakit yang berkaitan dengan kerosakan DNA mitokondria. Kebanyakan berlaku disebabkan oleh mutasi yang merosakkan urutan atau maklumat yang terkandung dalam genom.

Kehilangan uji bakat relatif dengan peningkatan usia

Salah satu penyakit yang dikaji terbaik yang berkaitan secara langsung dengan perubahan dalam genom DNA mitokondria adalah kehilangan pendengaran akibat peningkatan usia.

Keadaan ini adalah produk faktor genetik, alam sekitar dan gaya hidup. Apabila orang mula berumur, DNA mitokondria mengumpulkan mutasi berbahaya, seperti penghapusan, translocations, pelaburan, antara lain.

Kerosakan kepada DNA mitokondria terutamanya disebabkan oleh pengumpulan spesies oksigen reaktif, ini adalah oleh -produk pengeluaran tenaga dalam mitokondria.

DNA mitokondria sangat terdedah kepada kerosakan, kerana ia tidak mempunyai sistem pembaikan. Oleh itu, perubahan yang disebabkan oleh spesies reaktif oksigen merosakkan DNA mitokondria dan menjadikan organelle teruk, menyebabkan kematian sel.

Sel telinga dalaman mempunyai permintaan tenaga yang tinggi. Permintaan ini menjadikan mereka sangat sensitif terhadap kerosakan DNA mitokondria. Kerosakan ini dapat mengubah fungsi telinga dalaman yang tidak dapat dipulihkan, yang membawa kepada kehilangan jumlah pendengaran.

Kanser

DNA mitokondria sangat sensitif terhadap mutasi somatik, mutasi yang tidak diwarisi dari ibu bapa. Jenis mutasi ini berlaku di DNA beberapa sel sepanjang kehidupan orang.

Terdapat bukti bahawa menghubungkan produk perubahan DNA mitokondria mutasi somatik dengan jenis kanser tertentu, tumor dalam kelenjar susu, di kolon, di dalam perut, di hati dan di buah pinggang.

Mutasi DNA mitokondria juga dikaitkan dengan kanser darah seperti leukemia, dan limfoma (kanser sel sistem imun).

Pakar berkaitan dengan mutasi somatik dalam DNA mitokondria dengan peningkatan pengeluaran spesies oksigen reaktif, faktor yang meningkatkan kerosakan kepada DNA mitokondria dan mewujudkan kekurangan kawalan dalam pertumbuhan sel.

Terdapat sedikit pengetahuan tentang bagaimana mutasi ini meningkatkan pembahagian sel sel PBB dan bagaimana mereka selesai berkembang sebagai tumor kanser.

Sindrom muntah kitaran

Beberapa kes di mana muntah kitaran, tipikal zaman kanak -kanak, dipercayai berkaitan dengan mutasi DNA mitokondria. Mutasi ini menyebabkan episod berulang mual, muntah dan keletihan atau kelesuan.

Para saintis mengaitkan episod muntah ini dengan mana mitokondria dengan DNA mitokondria yang rosak dapat mempengaruhi sel -sel sistem saraf autonomi tertentu, yang mempengaruhi fungsi seperti kadar jantung, tekanan darah dan pencernaan.

Walaupun persatuan ini, belum diketahui dengan cara tertentu bagaimana perubahan DNA mitokondria menyebabkan episod berulang sindrom muntah kitaran.

Rujukan

1. Clayton, d. (2003). Replikasi DNA mithochondrial: Apa yang kita tahu. Kehidupan IUBMB, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, t. G., & Suomalainen, ke. (2019). Nasib mithochondria bapa. Alam, 565 (7739), 296-297.
3. Perpustakaan Perubatan Negara. Rujukan Rumah Genetik: Panduan anda untuk meremehkan keadaan genetik.
4. Shadel, g. S., & Clayton, D. Ke. (1997). Penyelenggaraan DNA mithochondrial dalam vertebrata. Kajian Tahunan Biokimia, 66 (1), 409-435.
5. Simmons, m. J., & Snustad, D. P. (2006). Prinsip Genetik. John Wiley & Sons.