Általánosság
A mitokondriális DNS vagy mtDNS a dezoxiribonukleinsav, amely a mitokondriumokban található, azaz az eukarióta sejtek organellái, amelyek felelősek az oxidatív foszforiláció nagyon fontos sejtfolyamatáért.
Van azonban néhány sajátossága is, mind szerkezeti, mind funkcionális, amelyek egyedülállóvá teszik a maga nemében. Ezek a sajátosságok a következők: a nukleotidok kettős szálának körkörössége, a gének tartalma (ami csak 37 elem) és a nem kódoló nukleotidszekvenciák szinte teljes hiánya.
A mitokondriális DNS alapvető funkciót lát el a sejtek túlélésében: előállítja az oxidatív foszforiláció megvalósításához szükséges enzimeket.
Mi a mitokondriális DNS?
A mitokondriális DNS vagy mtDNS a mitokondriumokban található DNS.
A mitokondriumok azok a nagy sejtes organellák, amelyek az eukarióta szervezetekre jellemzőek, és amelyek az élelmiszerekben található kémiai energiát ATP -vé alakítják, amely a sejtek által hasznosítható energiaforma.
A MITOCHONDRONOK FELÉPÍTÉSÉRE ÉS MŰKÖDÉSÉRE VONATKOZÓ HÁTTÉR
A csőszerű, fonalas vagy szemcsés alakú mitokondriumok a citoplazmában találhatók, és az utóbbi térfogatának közel 25% -át foglalják el.
Két kétrétegű foszfolipid membránjuk van, még egy külső és egy belső.
A legkülső membrán, amelyet külső mitokondriális membránnak neveznek, minden egyes mitokondrium kerületét képviseli, és transzportfehérjéket (porinokat és még többet) tartalmaz, amelyek átjárhatóvá teszik az 5000 dalton vagy annál kisebb méretű molekulák számára.
A legbelső membrán, amelyet belső mitokondriális membránnak neveznek, tartalmazza az összes enzimatikus (vagy enzimatikus) és koenzim komponenst, amelyek szükségesek az ATP szintéziséhez, és meghatározza a központi teret, az úgynevezett mátrixot.
A legkülső membránnal ellentétben a belső mitokondriális membránnak számos invaginációja van - az úgynevezett gerincek -, amelyek növelik teljes területét.
A két mitokondriális membrán között közel 60-80 Angström (A) tér található. Ezt a teret intermembrán térnek nevezik. Az intermembrán tér összetétele nagyon hasonlít a citoplazmához.
A mitokondriumok által működtetett ATP szintézise nagyon összetett folyamat, amelyet a biológusok az oxidatív foszforiláció kifejezéssel azonosítanak.
A MITOCHONDRAL DNS PONTOS HELYE ÉS MENNYISÉGE
Ábra: emberi mitokondrium.
A mitokondriális DNS a mitokondriális mátrixban található, azaz a belső mitokondriális membrán által határolt térben.
Megbízható tudományos vizsgálatok szerint minden mitokondrium 2-12 példányban tartalmazhat mitokondriális DNS -t.
Tekintettel arra, hogy az emberi szervezetben egyes sejtek több ezer mitokondriumot tartalmazhatnak, a mitokondriális DNS összes példányának száma egyetlen emberi sejtben elérheti a 20 000 egységet.
Kérjük, vegye figyelembe: a mitokondriumok száma az emberi sejtekben a sejttípustól függően változik. Például a hepatociták (azaz májsejtek) egyenként 1000 és 2000 közötti mitokondriumot tartalmazhatnak, míg az eritrociták (azaz a vörösvértestek) teljesen hiányoznak tőlük.
Szerkezet
A mitokondriális DNS -molekula általános szerkezete hasonlít a nukleáris DNS általános szerkezetéhez, vagyis az eukarióta sejtek magjában jelen lévő genetikai örökséghez.
Valóban, a nukleáris DNS -hez hasonlóan:
- A mitokondriális DNS egy biopolimer, amely két hosszú szál nukleotidból áll. A nukleotidok szerves molekulák, amelyek három elem egyesüléséből származnak: egy 5 szénatomos cukor (DNS esetén dezoxiribóz), egy nitrogénbázis és egy foszfátcsoport.
- A mitokondriális DNS minden nukleotidja ugyanazon szál következő nukleotidjához kötődik egy foszfodiészter kötés révén a dezoxiribóz 3 szénszáma és a közvetlenül azt követő nukleotid foszfátcsoportja között.
- A mitokondriális DNS két szála ellentétes irányú, az egyik vége kölcsönhatásba lép a másik végével, és fordítva.
- A mitokondriális DNS két szála a nitrogénbázisokon keresztül kölcsönhatásba lép egymással.
Pontosabban, minden izzószál minden nitrogénbázisa hidrogénkötéseket hoz létre a másik szálon lévő egyetlen és egyetlen nitrogénbázissal.
Ezt a fajta kölcsönhatást "nitrogénbázisok közötti párosításnak" vagy "nitrogénbázis -párnak" nevezik. - A mitokondriális DNS nitrogénbázisai az adenin, a timin, a citozin és a guanin.
Ezek a nitrogénbázisok párosítása nem véletlenszerű, hanem nagyon specifikus: az adenin csak a timinnel, míg a citozin csak a guaninnal lép kölcsönhatásba. - A mitokondriális DNS géneknek (vagy génszekvenciáknak) ad otthont. A gének többé-kevésbé hosszú nukleotidok, jól meghatározott biológiai jelentőségű szekvenciák. A legtöbb esetben fehérjéket termelnek.
A MITOCHONDRAL DNS SZERKEZETI JELLEMZŐI
A fent említett analógiákon túl az emberi mitokondriális DNS -nek van néhány szerkezeti sajátossága, amelyek jelentősen megkülönböztetik az emberi nukleáris DNS -től.
Először is, ez egy kör alakú molekula, míg a nukleáris DNS lineáris molekula.
Így 16 569 nitrogéntartalmú bázispárral rendelkezik, míg a nukleáris DNS óriási 3,3 milliárddal rendelkezik.
37 gént tartalmaz, míg a nukleáris DNS 20 000 és 25 000 között van.
Nem kromoszómákba szerveződik, míg a nukleáris DNS 23 kromoszómára és formára oszlik, néhány specifikus fehérjével, a kromatin nevű anyaggal.
Végül egy sor nukleotidot tartalmaz, amelyek egyszerre két génben vesznek részt, míg a nukleáris DNS -nek vannak olyan génjei, amelyek nukleotidszekvenciái jól meghatározottak és elkülönülnek egymástól.
Eredet
A mitokondriális DNS valószínűleg "bakteriális" eredetű.
Valójában számos független tanulmány alapján a molekuláris biológusok úgy vélik, hogy a mitokondriális DNS sejtes jelenléte annak eredménye, hogy az ősi eukarióta sejtek független baktériumorganizmusokat építettek be, amelyek nagyon hasonlítanak a mitokondriumokhoz.
Ez a furcsa felfedezés csak részben lepte meg a tudományos közösséget, mivel a baktériumokban található DNS általában egy kör alakú nukleotidszál, mint a mitokondriális DNS.
Az az elmélet, amely szerint a mitokondriumok és a mitokondriális DNS "bakteriális eredetű", az "endoszimbiotikus elmélet" nevet kapja, az "endoszimbiózis" szóból. Röviden, a biológiában az "endoszimbiózis" kifejezés két organizmus együttműködését jelzi, amely magában foglalja a "az egyik beépítése a másikba bizonyos előnyök megszerzése érdekében.
Kíváncsiság
Megbízható tudományos tanulmányok szerint az evolúció során sok, a jövőbeni mitokondriális DNS -n jelen lévő bakteriális gén megváltoztatta volna a helyét, és nukleáris DNS -vé vált volna.
Más szavakkal, az endoszimbiózis kezdetén néhány, a nukleáris DNS -en jelenlévő gén a bakteriális szervezetek DNS -ében található, amelyek később mitokondriumokká válnak.
A mitokondriális DNS és a nukleáris DNS közötti gének eltolódásával kapcsolatos elméletet alátámasztja az a megfigyelés, hogy bizonyos gének bizonyos fajokban a mitokondriális DNS -ből, másokban pedig nukleáris DNS -ből származnak.
Funkció
A mitokondriális DNS enzimeket (azaz fehérjéket) termel, amelyek szükségesek a finom oxidatív foszforilációs folyamat megfelelő végrehajtásához.
Az ezen enzimek szintézisére vonatkozó utasítások a mitokondriális DNS -genomot alkotó 37 génben találhatók.
MIT MITOCHONDRAL DNS GENES KÓDOL: A RÉSZLETEK
A mitokondriális DNS 37 génje kódolja: fehérjéket, tRNS -t és rRNS -t.
Különösen:
- A 13 kódol 13 fehérjét, amelyek felelősek az oxidatív foszforilezésért
- 22 kód a 22 tRNS molekulához
- 2 kódol 2 rRNS molekulát
A tRNS és az rRNS molekulái alapvetőek a fent említett 13 fehérje szintézisében, mivel ezek alkotják a termelést szabályozó gépeket.
Más szóval, a mitokondriális DNS birtokában van annak az információnak, hogy előállítson egy bizonyos fehérjekészletet és a szintézisükhöz szükséges eszközöket.
Mi az RNS, tRNS és rRNS?
Az RNS vagy ribonukleinsav az a nukleinsav, amely alapvető szerepet játszik a fehérjék előállításában, a DNS -ből kiindulva.
Általában egyszálú, az ANN különböző formákban (vagy típusokban) létezhet, attól függően, hogy milyen funkcióra van delegálva.
A TRNA és az rRNS két lehetséges forma.
A tRNS -t aminosavak hozzáadására használják a fehérjék előállítása során. Az aminosavak azok a molekuláris egységek, amelyek fehérjéket alkotnak.
Az rRNS képezi a riboszómákat, vagyis azokat a sejtszerkezeteket, amelyekben a fehérjék szintézise zajlik.
Az ANN és funkcióinak részletes megismeréséhez kattintson ide.
A MITOCHONDRAL DNS FUNKCIONÁLIS RÉSZLETEI
Funkcionális szempontból a mitokondriális DNS -nek van néhány sajátossága, amelyek egyértelműen megkülönböztetik a nukleáris DNS -től.
Ezek a különleges jellemzők a következők:
- A mitokondriális DNS félig független, abban az értelemben, hogy szükség van néhány nukleáris DNS-ből szintetizált fehérje beavatkozására.
Másrészt a nukleáris DNS teljesen autonóm, és mindent előáll, amire szüksége van feladatai megfelelő ellátásához. - A mitokondriális DNS kissé eltérő genetikai kóddal rendelkezik, mint a nukleáris DNS. Ez számos különbséghez vezet a fehérjék előállításában: ha a nukleotidok egy bizonyos szekvenciája a nukleáris DNS -ben egy bizonyos fehérje létrehozásához vezet, akkor a mitokondriális DNS -ben ugyanaz a szekvencia egy kissé eltérő fehérje kialakulásához vezet.
- A mitokondriális DNS nagyon kevés nem kódoló nukleotidszekvenciát tartalmaz, vagyis nem termel fehérjét, tRNS-t vagy rRNS-t. Százalékban kifejezve a mitokondriális DNS mindössze 3% -a nem kódoló.
Másrészt a nukleáris DNS csak 7% -ban kódol, tehát sok nem kódoló nukleotidszekvenciát tartalmaz (akár 93%).
Táblázat: az emberi mitokondriális DNS és az emberi nukleáris DNS közötti különbségek összefoglalása.
Mitokondriális DNS
Nukleáris DNS
- Kör alakú
- Ez lineáris
- Összesen 16 569 nitrogénbázispárt tartalmaz
- Összesen 3,3 milliárd nitrogénbázispárral rendelkezik
- Összesen 37 gént tartalmaz
- 20-25 000 gént tartalmaz
- A megfelelő működéshez szüksége van néhány géntermék támogatására, amelyek nukleáris DNS -ből származnak
- Önálló, és mindent előáll, amire szüksége van funkcióinak megfelelő ellátásához
- Az egyes mitokondriumokban több példányban is jelen lehet
- Egyedülálló, azaz csak egy példányban van, és a magban található
- Az azt alkotó nukleotidszekvencia 97% -a kódoló
- Az azt alkotó nukleotidszekvencia mindössze 7% -a kódol
- Nem kromoszómákba szerveződik
- 23 kromoszómára oszlik
- Olyan genetikai kódot használ, amely kissé eltér az úgymond "hagyományos" kódtól
- Használja a "hagyományos" genetikai kódot
- Öröklése anyai
- Öröklése félig anyai, félig apai
- Néhány nukleotidja két génben vesz részt egyszerre
- A géneket alkotó nukleotidszekvenciák jól megkülönböztethetők egymástól
Öröklés
A mitokondriális DNS öröklődése szigorúan anyai.
Ez azt jelenti, hogy egy szülőpárban a nő az, aki továbbítja a mitokondriális DNS -t az utódoknak (azaz a gyerekeknek).
A fentiekkel teljesen ellentétes módon a nukleáris DNS öröklődése félig anyai és félig apai, más szóval mindkét szülő egyenlő mértékben járul hozzá az utódok nukleáris DNS átviteléhez.
Kérjük, vegye figyelembe: a mitokondriális DNS anyai öröklődése magában foglalja a mitokondriális szerkezetet is. Ezért az egyénben található mitokondriumok anyai.
Kapcsolódó patológiák
Feltevés: A genetikai mutáció állandó változás a nukleotidok szekvenciájában, amelyek nukleotid vagy mitokondriális DNS -gént alkotnak.
Általában a genetikai mutáció jelenléte az érintett gén normál működésének megváltozását vagy elvesztését eredményezi.
A mutációk jelenléte a mitokondriális DNS génekben számos betegséghez vezethet, többek között:
- Leber örökletes optikai neuropátiája
- Kearns-Sayre-szindróma
- Leigh -szindróma
- A citokróm C oxidáz hiánya
- Progresszív külső szemészet
- Pearson -szindróma
- Mitochondriális encephalomyopathia tejsavas acidózissal és stroke-szerű epizódokkal (MELAS-szindróma)
- Cukorbetegség anyai úton terjedő süketséggel
- Mioklonikus epilepszia szabálytalan vörös szálakkal
Az egy vagy több mitokondriális DNS -mutációhoz kapcsolódó kóros állapotokat illetően két szempontot kell tisztázni.
Először is, a betegség súlyossága a mutált mitokondriális DNS -ek és az egészséges, normális mitokondriális DNS -ek közötti mennyiségi összefüggéstől függ. Ha a mutált mitokondriális DNS -ek száma lényegesen nagyobb, mint az egészségeseké, akkor a kialakult állapot súlyosabb lesz.
Másodszor, a mitokondriális DNS mutációi csak a szervezet egyes szöveteit érintik, különösen azokat, amelyek nagy mennyiségű ATP -t igényelnek az oxidatív foszforilációs folyamat eredményeként. Ez teljesen érthető: a mitokondriális DNS egynél több hibás működésében szenvednek a leginkább azt a funkciót, amelyet a mitokondriális DNS általában betölt.
LEBER ÖRÖKLETES OPTIKAI NEUROPÁTIÁJA
Leber örökletes optikai neuropátiája négy mitokondriális DNS -gén mutációjának eredményeként alakul ki. Ezek a gének tartalmazzák az információt, amely az úgynevezett komplex I (vagy NADH-oxid-reduktáz) szintéziséhez vezet, amely az oxidatív foszforilációs folyamatban részt vevő különféle enzimek egyike.
A patológia megnyilvánulásai a látóideg progresszív degenerációjából és a látás fokozatos elvesztéséből állnak.
KEARNS-SAYRE SZINDRÓMA
A Kearns-Sayre-szindróma a megfelelő mennyiségű mitokondriális DNS hiánya miatt jelenik meg (N.B .: bizonyos nukleotidszekvenciák hiányát deléciónak nevezik).
A Kearns-Sayre-szindrómában szenvedő betegeknél ophthalmoplegia (a szemmotoros izmok teljes vagy részleges bénulása) alakul ki, amely a retinopátia és a szívritmuszavarok egy formája (atrioventricularis blokk).
LEIGH SZINDRÓMA
A Leigh-szindróma mitokondriális DNS-mutációk következtében alakul ki, amelyek befolyásolhatják az ATP-szintáz fehérjét (más néven V-komplexet) és / vagy néhány tRNS-t.
A Leigh -szindróma progresszív idegrendszeri betegség, amely csecsemőkorban vagy gyermekkorban jelentkezik, és felelős a következőkért: fejlődési késés, izomgyengeség, perifériás neuropátia, motoros rendellenességek, légzési nehézségek és oftalmoplegia.
A CITOKRÓM C -OXIDÁZIS HIBÁSA
A citokróm C oxidáz hiánya legalább 3 mitokondriális DNS gén mutációja miatt következik be. Ezek a gének nélkülözhetetlenek az oxidatív foszforilációs folyamatban részt vevő citokróm C oxidáz (vagy komplex IV) enzim helyes szintéziséhez.
A citokróm C oxidázhiány tipikus megnyilvánulásai a következők: vázizom-, szív-, vese- és májelégtelenség.
PROGRESSZÍV KÜLSŐ OPHTHALMOPLEGY
A progresszív külső oftalmoplegia a mitokondriális DNS -nukleotidok jelentős számának hiányából ered (törlés)
Ez a patológia progresszív jelleggel (ahogy a névből sejthető) oculomotoros izmok bénulását okozza, következésképpen ptosissal és jelentős látási problémákkal.
PEARSON SZINDRÓMA
A Pearson-szindróma a mitokondriális DNS szembetűnő törlése után jelenik meg, hasonlóan a progresszív külső szemészethez és a Kearns-Sayre-szindrómához.
A Pearson-szindróma tipikus megnyilvánulásai:
A Pearson -szindróma általában az érintett személy halálát okozza fiatalon. Valójában azok, akiket ez a patológia érint, ritkán érik el a felnőttkort.
MELAS SZINDRÓMA
A MELAS-szindróma, más néven mitokondriális encephalomyopathia tejsavas acidózissal és stroke-szerű epizódokkal, legalább 5 mitokondriális DNS-gén mutációjából ered.
Ezek a gének hozzájárulnak a NADH-oxid-reduktáz vagy az I. komplex szintéziséhez és néhány tRNS-hez.
A MELAS -szindróma neurológiai rendellenességeket, izomzavarokat, a tejsav szokatlan felhalmozódását a szövetekben (a kísérő tünetekkel együtt), légzési problémákat, bélműködési kontroll elvesztését, visszatérő fáradtságot, vesebetegségeket, szívproblémákat, cukorbetegséget, epilepsziát és koordináció hiánya.
EGYÉB PATOLÓGIÁK
Különböző tudományos vizsgálatok szerint az olyan betegségekben, mint a ciklikus hányás szindróma, a retinitis pigmentosa, az ataxia, a Parkinson -kór és az Alzheimer -kór, a mitokondriális DNS és egyes mutációi is szerepet játszanak.
.jpg)