vispārinājums
Mitohondriju DNS vai mtDNS ir dezoksiribonukleīnskābe, kas atrodas mitohondriju iekšienē, ti, eukariotu šūnu organelēs, kas atbild par ļoti svarīgu oksidatīvās fosforilācijas šūnu procesu.
Tomēr tai ir arī dažas strukturālas un funkcionālas īpatnības, kas padara to unikālu savā ziņā. Šīs iezīmes ietver: nukleotīdu dubultās daļas apļveida apriti, gēnu saturu (kas ir tikai 37 elementi) un gandrīz pilnīgi nekodējošu nukleotīdu sekvences neesamību.
Mitohondriju DNS ir būtiska loma šūnu izdzīvošanā: tā rada fermentus, kas nepieciešami oksidatīvās fosforilācijas realizācijai.
Kas ir mitohondriju DNS?
Mitohondriju DNS vai mtDNS ir DNS, kas atrodas mitohondrijās .
Mitohondriji ir tie lielie šūnu organelīši, kas raksturīgi eukariotiskiem organismiem, kas pārvērš pārtikā esošo ķīmisko enerģiju ATP, kas ir enerģijas veids, ko var izmantot šūnas.
ATGĀDINA MITOCHONDERS STRUKTŪRU UN DARBĪBU
No cauruļveida, pavedienu vai granulu formas mitohondriji atrodas citoplazmā, kas aizņem gandrīz 25% no pēdējās tilpuma.
Tām ir divas fosfolipīdu divslāņu membrānas, vēl viena ārēja un vēl viena iekšējā.
Attālākā membrāna, kas pazīstama kā ārējā mitohondriju membrāna, attēlo katra mitohondrijas perimetru, un tai ir transporta olbaltumvielas (porīns un ne tikai), kas padara to caurlaidīgu molekulām, kuru izmērs ir vienāds ar vai mazāks par 5000 daltoniem.
Visdziļākā membrāna, kas pazīstama kā iekšējā mitohondriju membrāna, satur visus fermentu komponentus (vai fermentus) un koenzīma komponentus, kas nepieciešami ATP sintēzei, un norobežo centrālo telpu, ko sauc par matricu .
Atšķirībā no visattālākās membrānas, iekšējai mitohondriju membrānai ir daudzas invaginācijas - tā sauktie crests -, kas palielina tās kopējo platību.
Starp divām mitohondriju membrānām ir gandrīz 60-80 Angstroms (A). Šo telpu sauc par starpmembrānu telpu . Starpmembrānu telpu sastāvs ir ļoti līdzīgs citoplazmas sastāvam.
ATP sintēze, ko darbina mitohondriji, ir ļoti sarežģīts process, ko biologi identificē ar terminu " oksidatīvā fosforilācija" .
PIEEJAMĀ MITOCHONDRIĀLĀ DNS VIETA UN DAUDZUMS
Attēls: cilvēka mitohondriji.
Mitohondriju DNS atrodas mitohondriju matricā, ti, telpā, ko norobežo iekšējā mitohondriju membrāna.
Pamatojoties uz uzticamiem zinātniskiem pētījumiem, katrs mitohondrijs var saturēt no 2 līdz 12 mitohondriju DNS kopijām.
Ņemot vērā to, ka cilvēka ķermenī dažas šūnas var saturēt vairākus tūkstošus mitohondriju, kopējais mitohondriju DNS kopiju skaits vienā cilvēka šūnā var sasniegt pat 20 000 vienību.
Piezīme: mitohondriju skaits cilvēka šūnās ir atkarīgs no šūnu veida. Piemēram, hepatocīti (ti, aknu šūnas) var saturēt no 1000 līdz 2 000 mitohondriju, bet eritrocīti (ti, sarkanās asins šūnas) ir pilnīgi bez tiem.
struktūra
Mitohondriju DNS molekulas vispārējā struktūra atgādina kodolvielas DNS vispārējo struktūru, proti, ģenētisko mantojumu, kas atrodas eukariotu šūnu kodolā .
Faktiski, līdzīgi kodolenerģijas DNS:
- Mitohondriju DNS ir biopolimērs, kas sastāv no divām garām nukleotīdu virknēm. Nukleotīdi ir organiskas molekulas, kas rodas, savienojot trīs elementus: cukuru ar 5 oglekļa atomiem (DNS, dezoksiribozes gadījumā ), slāpekļa bāzi un fosfātu grupu .
- Katrs mitohondriju DNS nukleotīds saistās ar nākamā tā paša pavediena nukleotīdu, izmantojot fosfodiestera saiti starp tās dezoksiribozes oglekļa 3 un tūlīt pēc šādas nukleotīdu fosfāta grupas.
- Abiem mitohondriju DNS virzieniem ir pretēja orientācija, kur viena galva mijiedarbojas ar otras puses galu un otrādi. Šī īpašā vienošanās ir pazīstama kā pretparalēles izkārtojums (vai pretparalēles orientācija ).
- Divi mitohondriju DNS pavedieni savstarpēji mijiedarbojas ar slāpekļa bāzēm .
Konkrēti, katras kvēldiega slāpekļa bāzes izveido ūdeņraža saites ar vienu un tikai vienu slāpekļa bāzi, kas atrodas otrajā kvēldiegā.
Šāda veida mijiedarbību sauc par "savienošanu starp slāpekļa bāzēm" vai "slāpekļa bāzu pāri".
- Mitohondriju DNS slāpekļa bāzes ir adenīns, timīns, citozīns un guanīns .
Pāra savienojums, kuram rodas šīs slāpekļa bāzes, nav nejauša, bet ļoti specifiska: adenīns mijiedarbojas tikai ar timīnu, bet citozīns tikai ar guanīnu.
- Mitohondriju DNS ir mājvieta gēniem (vai gēnu sekvencēm). Gēni ir vairāk vai mazāk garu nukleotīdu sekvences ar labi definētu bioloģisko nozīmi. Vairumā gadījumu tie rada proteīnus.
MITOCHONDRIAL DNS STRUKTURĀLIE DATI
Papildus iepriekšminētajām analīzēm cilvēka mitohondriju DNS ir dažas strukturālas īpatnības, kas to ievērojami atšķir no cilvēka kodolenerģijas DNS.
Pirmkārt, tā ir apļveida molekula, bet kodola DNS ir lineāra molekula.
Tādējādi tajā ir 16 569 slāpekļa bāzu pāri, savukārt kodolenerģijas DNS ir 3, 3 miljardi.
Tā satur 37 gēnus, savukārt kodolvielas DNS satur 20 000 līdz 25 000.
Tas nav organizēts hromosomās, savukārt kodolenerģijas DNS ir sadalīta līdz pat 23 hromosomām un ar dažiem specifiskiem proteīniem veido vielu, ko sauc par hromatīnu.
Visbeidzot, tajā ietilpst virkne nukleotīdu, kas vienlaicīgi piedalās divos gēnos, bet kodolvielas DNS ir gēni, kuru nukleotīdu sekvences ir labi definētas un atšķirīgas viena no otras.
izcelšanās
Mitohondriju DNS ir ļoti bakteriāla .
Patiešām, balstoties uz daudziem neatkarīgiem pētījumiem, molekulārie biologi uzskata, ka mitohondriju DNS šūnu klātbūtne ir tāda, ka senči eukariotu šūnas iekļauj neatkarīgus baktēriju organismus, kas ir ļoti līdzīgi mitohondrijiem.
Šis ziņkārīgais atklājums ir tikai daļēji pārsteigts zinātnieku aprindās, jo baktērijās esošā DNS parasti ir apļveida nukleotīdu kvēldiegs, piemēram, mitohondriju DNS.
Teoriju, ka mitohondrijām un mitohondriju DNS varētu būt baktēriju izcelsme, sauc par " endosimbiotisko teoriju " no vārda " endosimbioze ". Īsi sakot, bioloģijā termins "endosimbioze" norāda uz sadarbību starp diviem organismiem, kas ietver sevī iekļaušanu otrā, lai iegūtu noteiktu priekšrocību.
ziņkāre
Saskaņā ar uzticamiem zinātniskiem pētījumiem evolūcijas gaitā daudzi baktēriju gēni, kas atrodas uz nākotnes mitohondriju DNS, būtu mainījuši vietu, pārceļoties uz kodolenerģijas DNS.
Citiem vārdiem sakot, endosimbiozes sākumā daži šobrīd esošie gēni, kas atrodas uz kodoliekārtas DNS, atradās šo baktēriju organismu DNS, kas tad kļūtu par mitohondrijiem.
Teorija, ka daži gēni ir iegūti no mitohondriju DNS, dažās sugās, un no kodola DNS, citos gadījumos apstiprina teoriju par gēnu novirzīšanos starp mitohondriju DNS un kodolu DNS.
funkcija
Mitohondriju DNS ražo fermentus (ti, olbaltumvielas), kas nepieciešami, lai pareizi īstenotu oksidatīvā fosforilēšanas delikātu procesu.
Šo fermentu sintēzes instrukcijas atrodas 37 gēnos, kas veido mitohondriju DNS genomu.
KAS IR MITOCHONDRIĀLĀ DNS KODU ĢEJA: DETALIZĒTI
37 mitohondriju DNS gēni kodē: proteīnus, tRNS un rRNS.
Konkrēti:
- 13 kodi 13 olbaltumvielām, kas atbild par oksidatīvo fosforilāciju
- 22 kodē 22 tRNS molekulas
- 2 kodē 2 rRNS molekulas
TRNS un rRNS molekulas ir būtiskas iepriekš minēto 13 proteīnu sintēzes procesā, jo tās veido mašīnu, kas regulē to ražošanu.
Citiem vārdiem sakot, mitohondriju DNS ir informācija, kas ļauj iegūt noteiktu proteīnu kopumu un instrumentus, kas nepieciešami pēdējo sintezēšanai.
Kas ir RNS, tRNS un rRNS?
RNS vai ribonukleīnskābe ir nukleīnskābe, kurai ir būtiska nozīme proteīnu veidošanā, sākot no DNS.
Parasti vienvirziena, RNS var pastāvēt dažādos veidos (vai veidos) atkarībā no īpašās funkcijas, kurai tas ir deputāts.
TRNA un rRNS ir divas no šīm iespējamām formām.
TRNA tiek izmantots aminoskābju pievienošanai proteīnu veidošanas procesā. Aminoskābes ir molekulārās vienības, kas veido olbaltumvielas.
RRNS veido ribosomas, ti, šūnu struktūras, kurās ir proteīnu sintēze.
Lai uzzinātu vairāk par RNS un tā funkcijām, lasītāji var noklikšķināt šeit.
MITOCHONDRIAL DNS FUNKCIONĀLIE DATI
No funkcionālā viedokļa mitohondriju DNS ir dažas īpatnības, kas to skaidri atšķir no kodolvielas DNS.
Lūk, kādi ir šie īpašie elementi:
- Mitohondriju DNS ir daļēji neatkarīga tādā nozīmē, ka tai ir nepieciešama dažu proteīnu, kas ir sintezētas no kodola DNS, iejaukšanās.
Turpretī kodolenerģijas DNS ir pilnīgi autonoma un rada visu nepieciešamo, lai pienācīgi veiktu savus uzdevumus.
- Mitohondriju DNS ģenētiskais kods nedaudz atšķiras no kodola DNS . Tas noved pie virknes atšķirību proteīnu realizācijā: ja noteiktā nukleotīdu secība kodolajā DNS noved pie noteiktas olbaltumvielas veidošanās, tā pati secība mitohondriju DNS noved pie nedaudz atšķirīga proteīna veidošanās.
- Mitohondriju DNS ir ļoti maz nekodējošu nukleotīdu sekvences, tas ir, kas neražo proteīnu, tRNS vai rRNS. Procentuālā izteiksmē tikai 3% mitohondriju DNS nav kodēta.
Pretstatā tam, kodolvielas DNS kodē tikai 7%, tātad tā satur lielu skaitu nekodējošu nukleotīdu secību (93%).
Tabula: kopsavilkums par atšķirībām starp cilvēka mitohondriju DNS un cilvēka kodolu DNS. | |
Mitohondriju DNS | Kodolenerģijas DNS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mantojums
Mitohondriju DNS mantojums ir tikai mātes .
Tas nozīmē, ka pāris vecākiem sieviete, kas pārnes mitohondriju DNS pēcnācējiem (ti, bērniem).
Pilnībā pretēji iepriekš minētajam, kodolenerģijas DNS mantojums ir puse no mātes un pusi. Citiem vārdiem sakot, abi vecāki vienlīdz veicina kodolenerģijas pārnešanu pēcnācējiem.
Piezīme: mitohondriju DNS mātes mantojums ietver arī mitohondriju struktūru. Tādējādi indivīdā esošie mitohondriji atrodas uz mātes pelējuma.
Saistītās patoloģijas
Pielietojums: ģenētiska mutācija ir nemainīga nukleotīdu secības izmaiņas, kas veido kodolu vai mitohondriju DNS gēnu.
Parasti ģenētiskās mutācijas klātbūtne izraisa iesaistītā gēna normālas funkcijas izmaiņas vai zudumu.
Mutāciju klātbūtne mitohondriju DNS gēnu līmenī var noteikt plašu slimību klāstu, tostarp:
- Leberas iedzimta optiskā neiropātija
- Kearns-Sayre sindroms
- Leigh sindroms
- Citohroma C oksidāzes deficīts
- Progresīvi ārējie oftalmopēdi
- Pīrsona sindroms
- Mitohondriju encefalomyopātija ar laktātacidozi un insultu līdzīgām epizodēm (MELAS sindroms)
- Diabēts ar mātes transmisijas kurlumu
- Miokloniska epilepsija ar neregulārām sarkanām šķiedrām
Attiecībā uz patoloģiskajiem apstākļiem, kas saistīti ar vienu vai vairākām mitohondriju DNS mutācijām, ir jānorāda divi aspekti.
Pirmkārt, saslimstības stāvokļa smagums ir atkarīgs no kvantitatīvās saiknes starp mutēto mitohondriju DNS un veselīgu, normālu mitohondriju DNS. Ja mutēto mitohondriju DNS skaits ir daudz lielāks nekā veselīgas DNS, tad rezultāts būs smagāks.
Otrkārt, mutācijas mitohondriju DNS ietekmē tikai dažus ķermeņa audus, jo īpaši tos, kas prasa lielu ATP daudzumu, ko izraisa oksidatīvās fosforilācijas process. Tas ir pilnīgi saprotams: šūnas, kurām ir vislielākā vajadzība pēc funkcijas, kurai parasti darbojas mitohondriju DNS, visvairāk ietekmē traucēta mitohondriju DNS.
HERATITĀRIS LEBER OPTISKĀ NEUROPATHIJA
Leberas iedzimta optiskā neiropātija rodas sakarā ar četru mitohondriju DNS gēnu mutāciju. Šie gēni satur informāciju, kas noved pie tā sauktā kompleksā I (vai NADH oksīda-reduktāzes), kas ir viens no dažādajiem oksidatīvās fosforilēšanas procesā iesaistītajiem fermentiem, sintēzes.
Patoloģijas izpausmes ir pakāpeniska redzes nerva deģenerācija un pakāpeniska redzes zudums.
KEARNS-SAYRE SYNDROME
Kearns-Sayre sindroms parādās, jo trūkst atsevišķas mitohondriju DNS daļas (NB: noteiktas nukleotīdu sekvences trūkumu sauc par izdzēšanu ).
Kearns-Sayre sindroma slimniekiem rodas ophthalmoplegia (ti, okulomotorisko muskuļu pilnīga vai daļēja paralīze), retinopātijas forma un patoloģisks sirds ritms (atrioventrikulārs bloks).
LEIGH SYNDROME
Leigh sindroms rodas mitohondriju DNS mutāciju rezultātā, kas var ietvert ATP-sintāzes proteīnu (ko sauc arī par V kompleksu) un / vai dažus tRNS.
Leigh sindroms ir progresējoša neiroloģiska slimība, kas parādās bērnībā vai bērnībā, un ir atbildīga par attīstības kavēšanos, muskuļu vājumu, perifēro neiropātiju, motoriskiem traucējumiem, apgrūtinātu elpošanu un oftalmopēdiju.
CYTOKROME C OXIDĀZES DEFICĪTS
Citohroma C oksidāzes deficīts parādās sakarā ar vismaz 3 mitohondriju DNS gēnu mutāciju. Šie gēni ir fundamentāli pareizai citohroma C oksidāzes (vai kompleksa IV) fermenta sintezei, kas iesaistīta oksidatīvās fosforilācijas procesā.
Citohroma C oksidāzes deficīta tipiskās izpausmes ir: skeleta muskuļu disfunkcija, sirds disfunkcija, nieru disfunkcija un aknu disfunkcija.
PROGRESSIVE ĀRĒJĀ OPTALMOPIJA
Progresīvi ārējie oftalmopēdijas gadījumi rodas tādēļ, ka nav daudz mitohondriju DNS nukleotīdu (svītrojums)
Ar progresējošu raksturu (kā jūs varat uzminēt no nosaukuma), šī patoloģija izraisa okulomotorisko muskuļu paralīzi ar sekojošu ptozi un ievērojamām redzes problēmām.
PEARSON SYNDROME
Pīrsona sindroms parādās pēc lielas mitohondriju DNS dzēšanas, līdzīgi kā progresējoša ārējā ophthalmoplegia un Kearns-Sayre sindroms.
Pērsonas sindroma tipiskās izpausmes ir: sideroblastiskā anēmija, aizkuņģa dziedzera darbības traucējumi (piem., Insulīnatkarīgais diabēts), neiroloģiskie deficīti un muskuļu traucējumi.
Parasti Pīrsona sindroms izraisa skartā subjekta nāvi jaunā vecumā. Faktiski tie, kurus skārusi šī patoloģija, reti sasniedz pieaugušo vecumu.
MELAS SYNDROME
MELAS sindroms, kas pazīstams arī kā mitohondriju encefalomyopātija ar laktātacidozi un insultu līdzīgām epizodēm, rodas vismaz 5 mitohondriju DNS gēnu mutācijas rezultātā.
Šie gēni veicina NADH oksīda-reduktāzes vai I kompleksa un dažu tRNS sintēzi.
MELAS sindroms ir saistīts ar neiroloģiskiem traucējumiem, muskuļu traucējumiem, neparastu pienskābes uzkrāšanos audos (ar visiem radītajiem simptomiem), elpošanas problēmām, zarnu funkciju kontroles zaudējumiem, atkārtotu nogurumu, nieru darbības traucējumiem, sirds problēmām, diabētu., epilepsija un koordinācijas trūkums.
CITI PATOLOGI
Saskaņā ar vairākiem zinātniskiem pētījumiem pat tādām slimībām kā cikliska vemšana, retinīts, pigmentoze, ataksija, Parkinsona slimība un Alcheimera slimība varētu redzēt mitohondriju DNS un dažas mutācijas.
