bendrumas
Mitochondrijų DNR arba mtDNA yra dezoksiribonukleino rūgštis, esanti mitochondrijose, ty eukariotinių ląstelių organeliai, atsakingi už labai svarbų oksidacinio fosforilinimo procesą.
Tačiau jame taip pat pateikiami kai kurie struktūriniai ir funkciniai ypatumai, dėl kurių ji yra unikali. Šie ypatumai yra: dvigubo nukleotidinės grandinės cirkuliacija, genų (kurie yra tik 37 elementai) ir beveik visiškai nekoduojančių nukleotidų sekų nebuvimas.
Mitochondrijų DNR atlieka pagrindinę ląstelių išgyvenimo funkciją: gamina fermentus, būtinus oksidacinei fosforilacijai realizuoti.
Kas yra mitochondrijų DNR?
Mitochondrijų DNR arba mtDNA yra DNR, esanti mitochondrijų viduje.
Mitochondrijos yra tie dideli ląstelių organeliai, būdingi eukariotiniams organizmams, kurie konvertuoja maisto produktuose esančią cheminę energiją į ATP, kuri yra energijos rūšis, kurią gali panaudoti ląstelės.
PRIMENA MITOCONDRI STRUKTŪROS IR VEIKIMO
Tubuliniai, gijiniai arba granuliuoti mitochondrijai yra citoplazmoje, užimantys beveik 25% pastarojo tūrio.
Jie turi dvi fosfolipidines dvigubo sluoksnio membranas, dar vieną išorinę ir dar vieną vidinę.
Išorinė membrana, žinoma kaip išorinė mitochondrijų membrana, atstovauja kiekvienos mitochondrijos perimetrui ir turi transportinius baltymus (ne tik porinus, bet ir), dėl kurių ji pralaidi 5000 daltonų ar mažiau molekulių.
Vidinė membrana, žinoma kaip vidinė mitochondrijų membrana, turi visus fermentinius (arba fermentinius) ir koenziminius komponentus, reikalingus ATP sintezei, ir riboja centrinę erdvę, vadinamą matrica .
Skirtingai nuo išorinės membranos, vidinė mitochondrijų membrana turi daugybę invaginacijų - vadinamųjų griovelių, kurie padidina jo bendrą plotą.
Tarp dviejų mitochondrijų membranų yra beveik 60-80 angstrumų (A) erdvė. Ši erdvė užima intermembraninės erdvės pavadinimą . Tarpmembraninės erdvės sudėtis labai panaši į citoplazmos.
Mitochondrijos atlikta ATP sintezė yra labai sudėtingas procesas, kurį biologai identifikuoja su terminu „ oksidacinis fosforilinimas“ .
MITOCHONDRIINĖS DNR IR KIEKYBĖS TIKSLAS
Paveikslas: žmogaus mitochondrija.
Mitochondrijų DNR yra mitochondrijų matricoje, ty erdvėje, kurią riboja vidinė mitochondrijų membrana.
Remiantis patikimais moksliniais tyrimais, kiekvienoje mitochondrijoje gali būti 2–12 mitochondrijų DNR kopijų.
Atsižvelgiant į tai, kad žmogaus organizme kai kurios ląstelės gali turėti kelis tūkstančius mitochondrijų, bendras mitochondrijų DNR kopijų skaičius vienoje žmogaus ląstelėje gali pasiekti net 20 000 vienetų.
Pastaba: mitochondrijų skaičius žmogaus ląstelėse skiriasi priklausomai nuo ląstelių tipo. Pavyzdžiui, hepatocitai (ty kepenų ląstelės) gali turėti nuo 1 000 iki 2 000 mitochondrijų, o eritrocitai (ty raudonieji kraujo kūneliai) yra visiškai be jų.
struktūra
Bendra mitochondrijų DNR molekulės struktūra primena bendrą branduolinės DNR struktūrą, ty genetinę paveldą, esančią eukariotinių ląstelių branduolyje .
Iš tiesų, analogiška branduolinei DNR:
- Mitochondrijų DNR yra biopolimeras, sudarytas iš dviejų ilgų nukleotidų sekcijų. Nukleotidai yra organinės molekulės, susidarančios iš trijų elementų jungties: cukraus su 5 anglies atomais (DNR, deoksiribozės atveju ), azoto bazės ir fosfato grupės .
- Kiekvienas mitochondrijų DNR nukleotidas prisijungia prie kito to paties gijos nukleotido, naudojant fosfodiesterio ryšį tarp jo deoksiribozės anglies 3 ir iš karto po nukleotido fosfato grupės.
- Dviejų mitochondrijų DNR krypčių orientacija yra priešinga, o vieno galo galva sąveikauja su kito galu ir atvirkščiai. Šis konkretus išdėstymas yra žinomas kaip priešparalelinis išdėstymas (arba priešparalelinė orientacija ).
- Dvi mitochondrijų DNR krypties tarpusavyje sąveikauja naudodamos azoto bazes .
Konkrečiai, kiekviena kiekvienos kaitinamosios medžiagos azoto bazė sukuria vandenilio jungtis su vienu ir tik vienu azoto pagrindu, esančiu ant kito kaitinamojo siūlo.
Šio tipo sąveika vadinama „azoto bazių susiejimu“ arba „azoto bazių pora“.
- Azoto bazės mitochondrijų DNR yra adeninas, timinas, citozinas ir guaninas .
Susiejimas, kuriuo šios azoto bazės sukelia, nėra atsitiktinės, bet labai specifinės: adeninas sąveikauja tik su timinu, o citozinas sąveikauja tik su guaninu.
- Mitochondrijų DNR gyvena genai (arba genų sekos). Genai yra daugiau ar mažiau ilgų nukleotidų sekos, turinčios gerai apibrėžtą biologinę reikšmę. Daugeliu atvejų jie sukelia baltymus.
MITOCHONDRIAL DNR STRUKTŪRINIAI DUOMENYS
Be minėtų analogijų, žmogaus mitochondrijų DNR pasižymi kai kuriais struktūriniais ypatumais, kurie labai skiriasi nuo žmogaus branduolinės DNR.
Visų pirma, tai yra apykaitinė molekulė, o branduolinė DNR - linijinė molekulė.
Taigi ji turi 16.569 porų azoto bazių, o branduolinė DNR turi 3, 3 mlrd.
Jame yra 37 genai, o branduolinė DNR yra tarp 20 000 ir 25 000.
Jis nėra organizuojamas chromosomose, o branduolinė DNR skirstoma į 23 chromosomas ir su kai kuriais specifiniais baltymais formuoja medžiagą, vadinamą chromatinu.
Galiausiai, jis apima keletą nukleotidų, kurie vienu metu dalyvauja dviejuose genuose, o branduolinė DNR turi genus, kurių nukleotidų sekos yra gerai apibrėžtos ir skiriasi viena nuo kitos.
kilmė
Labai tikėtina, kad mitochondrijų DNR yra bakterinė .
Iš tiesų, remiantis daugybe savarankiškų tyrimų, molekuliniai biologai mano, kad mitochondrijų DNR ląstelių buvimas priklauso nuo protėvių eukariotinių ląstelių įtraukimo į nepriklausomus bakterinius organizmus, labai panašius į mitochondrijas.
Šis įdomus atradimas iš dalies nustebino mokslinę bendruomenę, nes bakterijose esanti DNR paprastai yra apykaitinių nukleotidų, pavyzdžiui, mitochondrijų DNR, gijinys.
Teorija, kad mitochondrijos ir mitochondrijų DNR turi bakterinę kilmę, vadinama „ endosymbiotine teorija “ iš žodžio „ endosymbiosis “. Trumpai tariant, biologijoje terminas „endosymbiozė“ reiškia dviejų organizmų bendradarbiavimą, kuris apima vienos įtraukimą į kitą, siekiant įgyti tam tikrą pranašumą.
smalsumas
Remiantis patikimais moksliniais tyrimais, evoliucijos metu daugelis bakterijų genų, esančių būsimojoje mitochondrijų DNR, pasikeitė vietą, persikėlę į branduolinę DNR.
Kitaip tariant, endosymbiozės pradžioje kai kurie genai, esantys dabar branduolinėje DNR, gyveno tų bakterinių organizmų DNR, kurie vėliau tapo mitochondrijomis.
Siekiant remti genų perėjimo tarp mitochondrijų DNR ir branduolinės DNR teoriją, yra stebėjimas, kad kai kurie genai kyla iš mitochondrijų DNR, kai kuriose rūšyse ir iš branduolinės DNR, kitose.
funkcija
Mitochondrijų DNR gamina fermentus (ty baltymus), reikalingus teisingam oksidacinio fosforilinimo procesui.
Šių fermentų sintezės instrukcijos yra 37 genuose, sudarančiuose mitochondrijų DNR genomą.
KAS KODAS MITOCHONDRIALIOS DNR GENESAS: DUOMENYS
37 mitochondrijų DNR genai koduoja: baltymus, tRNR ir rRNR.
Konkrečiai:
- 13 koduoja 13 baltymų, atsakingų už oksidacinio fosforilinimo realizavimą
- 22 kodo 22 tRNR molekulėms
- 2 kodas dviem rRNR molekulėms
TRNR ir rRNR molekulės yra esminės šių 13 baltymų sintezei, nes jos sudaro mašiną, reguliuojančią jo gamybą.
Kitaip tariant, mitochondrijų DNR turi informaciją, reikalingą tam tikram baltymų rinkiniui ir įrankiams, reikalingiems pastarųjų sintezei.
Kas yra RNR, tRNR ir rRNR?
RNR, arba ribonukleino rūgštis, yra nukleino rūgštis, kuri vaidina esminį vaidmenį baltymų gamyboje, pradedant nuo DNR.
Paprastai vienos grandinės, RNR gali egzistuoti įvairiomis formomis (arba tipais), priklausomai nuo specifinės funkcijos, kuriai ji yra deleguota.
TRNR ir rRNR yra dvi iš šių galimų formų.
TRNR naudojamas aminorūgščių pridėjimui baltymų kūrimo proceso metu. Amino rūgštys yra molekuliniai vienetai, kurie sudaro baltymus.
RRNS sudaro ribosomas, ty ląstelių struktūras, kuriose yra baltymų sintezė.
Norėdami sužinoti daugiau apie RNR ir jos funkcijas, skaitytojai gali spustelėti čia.
MITOCHONDRIAL DNR FUNKCINIAI DUOMENYS
Funkciniu požiūriu mitochondrijų DNR turi tam tikras savybes, kurios jį aiškiai atskiria nuo branduolinės DNR.
Štai ką šie ypatingi bruožai sudaro:
- Mitochondrijų DNR yra pusiau nepriklausoma ta prasme, kad tam reikia tam tikrų baltymų, sintetintų iš branduolinės DNR.
Kita vertus, branduolinė DNR yra visiškai savarankiška ir pati gamina viską, ko reikia tinkamai atlikti savo užduotis.
- Mitochondrijų DNR genetinis kodas šiek tiek skiriasi nuo branduolinės DNR . Tai lemia daugybę baltymų gamybos skirtumų: jei tam tikra nukleotidų seka branduolinėje DNR sukelia tam tikro baltymo sukūrimą, ta pati seka mitochondrijoje DNR sukelia šiek tiek skirtingo baltymo susidarymą.
- Mitochondrijų DNR turi labai nedaug koduojančių nukleotidų sekų, tai yra, jie nesukuria baltymų, tRNR arba rRNR. Procentiniu požiūriu tik 3% mitochondrijų DNR nekoduoja.
Atvirkščiai, branduolinė DNR yra tik 7% kodavimo, todėl jame yra daug koduojamų nukleotidų sekų (net 93%).
Lentelė: žmogaus mitochondrijų DNR ir žmogaus branduolinės DNR skirtumų santrauka. | |
Mitochondrijų DNR | Branduolinė DNR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
paveldėjimas
Mitochondrijų DNR paveldėjimas yra tik motina .
Tai reiškia, kad pora tėvų yra moteris, kuri perduoda mitochondrijų DNR palikuonims (ty vaikams).
Visiškai priešingai nei pirmiau minėta, branduolinės DNR paveldėjimas yra pusė motinos ir pusės tėvo. Kitaip tariant, abu tėvai vienodai prisideda prie branduolinės DNR perdavimo palikuonims.
Atkreipkite dėmesį: mitochondrijų DNR motinos paveldėjimas taip pat apima mitochondrijų struktūrą. Taigi, individo esančios mitochondrijos yra motinos pagrindu.
Susijusios ligos
Priemoka: genetinė mutacija yra nuolatinis nukleotidų sekos pokytis, kuris sudaro branduolinį arba mitochondrijų DNR geną.
Paprastai genetinės mutacijos buvimas lemia normalios genų funkcijos pasikeitimą arba praradimą.
Mutacijų buvimas mitochondrijų DNR genuose gali nustatyti platų patologijų spektrą, įskaitant:
- Leberio paveldima optinė neuropatija
- Kearns-Sayre sindromas
- Leigho sindromas
- Citochromo C oksidazės trūkumas
- Progresyvi išorinė oftalmoplegija
- Pearsono sindromas
- Mitochondrijų encefalomyopatija su pieno rūgšties acidoze ir insulto tipo epizodais (MELAS sindromas)
- Diabetas su motinos perdavimo kurtumu
- Miokloninė epilepsija su netaisyklingais raudonais pluoštais
Kalbant apie patologines sąlygas, susijusias su viena ar daugiau mitochondrijų DNR mutacijų, reikia atkreipti dėmesį į du aspektus.
Pirma, ligos būklės sunkumas priklauso nuo kiekybinio ryšio tarp mutavusios mitochondrijų DNR ir normalios, sveikos mitochondrijos DNR. Jei mutuotų mitochondrijų DNR skaičius yra daug didesnis nei sveikos DNR, gauta būsena bus sunkesnė.
Antra, mitochondrijų DNR mutacijos turi poveikį tik kai kuriems organizmo audiniams, ypač tiems, kuriems reikalingas didelis ATP kiekis, atsirandantis dėl oksidacinio fosforilinimo proceso. Tai gana suprantama: norint nukentėti daugiau nei mitochondrijų DNR gedimas yra ląstelės, kurioms labiausiai reikalinga funkcija, kuriai mitochondrijų DNR veikia normaliai.
ŠVENTĖS OPERACINĖ NEUROPATIJA
Leberio paveldėta optinė neuropatija atsiranda dėl keturių mitochondrijų DNR genų mutacijos. Šie genai turi informaciją, kuri veda prie vadinamojo komplekso I (arba NADH oksido reduktazės), vienos iš įvairių oksidacinio fosforilinimo procesų dalyvaujančių fermentų, sintezės.
Ligos apraiškos susideda iš progresinio regos nervo degeneracijos ir laipsniško regėjimo praradimo.
KEARNS-SAYRE SYNDROME
Kearns-Sayre sindromas atsiranda dėl to, kad trūksta atskiros mitochondrijų DNR dalies (NB: tam tikros nukleotidų sekos nebuvimas vadinamas ištrynimu ).
Tiems, kurie kenčia nuo Kearns-Sayre sindromo, atsiranda ophthalmoplegia (ty visiškai ar iš dalies paralyžiuojama okulomotoriniai raumenys), retinopatija ir širdies ritmo sutrikimai (atrioventrikulinė blokas).
LEIGH SYNDROME
Leigho sindromas atsiranda po mitochondrijų DNR mutacijų, kurios gali paveikti ATP-sintazės baltymą (dar vadinamą V kompleksu) ir (arba) kai kurias tRNR.
Leigh sindromas yra progresuojanti neurologinė liga, kuri atsiranda vaikystėje ar vaikystėje ir yra atsakinga už: vėlesnį vystymąsi, raumenų silpnumą, periferinę neuropatiją, motorinius sutrikimus, kvėpavimo sutrikimus ir oftalmoplegiją.
CITOKROMO C OSSIDASIO NUSTATYMAS
Citochromo C oksidazės trūkumas atsiranda dėl bent 3 mitochondrijų DNR genų mutacijos. Šie genai yra būtini norint teisingai sintezuoti citochromo C oksidazę (arba kompleksą IV), dalyvaujantį oksidacinio fosforilinimo procese.
Tipinės citochromo C oksidazės trūkumo apraiškos yra: skeleto raumenų funkcijos sutrikimas, širdies funkcijos sutrikimas, inkstų funkcijos sutrikimas ir kepenų funkcijos sutrikimas.
PROGRESSIVE IŠORĖS OFTHALMOPLEGIJA
Progresyvi išorinė oftalmoplegija atsiranda dėl to, kad trūksta daug mitochondrijų DNR nukleotidų (išbraukta)
Nuo progresyvaus pobūdžio (kaip galite atspėti iš pavadinimo), ši patologija sukelia akių ląstelių raumenų paralyžius, sukeldama ptozę ir reikšmingas regėjimo problemas.
PEARSON SYNDROME
Pearsono sindromas atsiranda po to, kai išnyksta mitochondrijų DNR, panašus į progresyvią išorinę ophthalmoplegia ir Kearns-Sayre sindromą.
Tipines Pearsono sindromo apraiškas sudaro: sideroblastinė anemija, kasos sutrikimas (pvz., Nuo insulino priklausomas diabetas), neurologiniai trūkumai ir raumenų sutrikimai.
Paprastai Pearsono sindromas sukelia nukentėjusio asmens mirtį jauname amžiuje. Retai tie patologijos patyrę asmenys pasiekia suaugusiųjų amžių.
MELAS SYNDROME
MELAS sindromas, taip pat žinomas kaip mitochondrijų encefalomyopatija su pieno rūgšties acidoze ir insultu panašiais epizodais, atsiranda dėl bent 5 mitochondrijų DNR genų mutacijos.
Šie genai prisideda prie NADH oksido reduktazės arba I komplekso ir kai kurių tRNR sintezės.
MELAS sindromas apima neurologinius sutrikimus, raumenų sutrikimus, neįprastą pieno rūgšties kaupimąsi audiniuose (su visais požymiais), kvėpavimo sutrikimus, žarnyno funkcijų kontrolės praradimą, pasikartojantį nuovargį, inkstų sutrikimus, širdies sutrikimus, diabetą. epilepsija ir koordinavimo stoka.
KITOS PATOLOGIJOS
Remiantis keliais moksliniais tyrimais, net ir tokiomis ligomis kaip ciklinis vėmimas, piginozės retinitas, ataksija, Parkinsono liga ir Alzheimerio liga dalyvautų mitochondrijų DNR ir kai kurios jo mutacijos.
