MITOCHONDRIAL DNA: MGA KATANGIAN, PAG-ANDAR, PAMANA, SAKIT - BIOLOGY - 2025

Ang mitochondrial DNA ay isang maliit na pabilog na molekula ng DNA na matatagpuan sa loob ng mga organelles na ito sa mga eukaryotic cells. Ang maliit na genome code para sa isang napaka-limitadong bilang ng mga protina at amino acid sa loob ng mitochondria. Karaniwan ang paghahanap ng pangalang "mitochondrial DNA" na pinaikling sa maraming mga aklat-aralin at mga artikulo sa agham bilang "mtDNA" o sa Ingles na "mtDNA".

Ang mitochondria ay mga mahahalagang organelles para sa mga eukaryotic cells, dahil responsable sila sa pagbabago ng enerhiya mula sa pagkain na natupok sa form ng mga sugars sa isang form ng enerhiya na maaaring magamit ng mga cell (ATP, halimbawa).

Mitochondrial DNA (Pinagmulan? National Human Genome Research Institute, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang lahat ng mga cell sa eukaryotic organismo ay may hindi bababa sa isang mitochondrion sa loob nila. Gayunpaman, mayroong mga cell tulad ng mga cell ng kalamnan ng puso at mga cell ng kalamnan ng kalansay na maaaring magkaroon ng daan-daang mitochondria sa loob nito.

Ang mitochondria ay may sariling protina na apparatus ng protina na independyente ng cell apparatus, na may mga ribosom, ilipat ang mga RNA, at isang aminoacyl RNA transferase-synthetase mula sa interior ng organelle; bagaman ang ribosomal RNA ay mas maliit kaysa sa cell na pinapaloob sa kanila.

Ang ganitong isang patakaran ng pamahalaan ay nagpapakita ng mahusay na pagkakapareho sa patakaran ng pamahalaan ng protina synthesis ng bakterya. Bukod dito, tulad ng sa prokaryotes, ang patakaran ng pamahalaan na ito ay lubos na sensitibo sa mga antibiotics, ngunit ibang-iba mula sa synthesis ng protina sa mga eukaryotic cells.

Ang salitang "mitochondria" ay ipinakilala ni Benda sa pagtatapos ng ika-12 siglo at ang teorya ng "endosymbiosis" ay ang pinaka-tinanggap tungkol sa pinagmulan nito. Ito ay nai-publish noong 1967 ni Lynn Margulis, sa Journal of Theoretical Biology.

Ang teorya ng "endosymbiosis" ay naglalagay ng pinagmulan ng mitochondria milyon-milyong taon na ang nakalilipas. Ipinagbabawal na ang isang cellular ninuno ng eukaryotic cells na "napuspos" at isinama ang isang organismo na tulad ng bakterya sa metabolismo nito, na sa kalaunan ay naging alam natin ngayon bilang mitochondria.

katangian

Sa mga mamalya, sa pangkalahatan ang buong genome na binubuo ng mitochondrial DNA ay isinaayos sa isang pabilog na kromosom na 15,000 hanggang 16,000 pares ng mga nucleotide o, kung ano ang pareho, ng 15 hanggang 16 Kb (kilobases).

Sa loob ng karamihan sa mitochondria maaari kang makakuha ng maraming mga kopya ng chromosome ng mitochondrial. Sa mga somatic cells (mga di-sex cells) karaniwan na makahanap ng hindi bababa sa 100 na kopya ng mitochondrial chromosome.

Sa mas mataas na mga halaman (angiosperma) ang mitochondrial DNA ay kadalasang mas malaki, halimbawa, sa halaman ng mais ang pabilog na kromosom ng mitochondrial DNA ay maaaring masukat hanggang sa 570 Kb.

Ang Mitokondrial na DNA ay sinakop ang tungkol sa 1% ng kabuuang DNA ng mga somatic cells ng karamihan sa mga hayop na vertebrate. Ito ay isang lubos na napagtibay na DNA sa kaharian ng hayop, taliwas sa kung ano ang sinusunod sa mga halaman, kung saan mayroong isang malawak na pagkakaiba-iba.

Sa ilang mga "higanteng" eukaryotic cells tulad ng ovules (mga babaeng sex cells) ng mga mammal o sa mga cell na naglalaman ng maraming mitochondria, ang mitochondrial DNA ay maaaring gumawa ng hanggang sa 1/3 ng kabuuang cellular DNA.

Ang Mitokondrial DNA ay may ilang magkakaibang katangian kaysa sa nuklear na DNA: mayroon itong ibang density at ratio ng guanine-cytosine (GC) at mga pares ng base ng adenine-thymine (AT).

Ang density ng pares ng GC base sa DNA ng mitochondrial ay 1.68 g / cm3 at ang nilalaman ay 21%; habang sa nuclear DNA ang density na ito ay 1.68 g / cm3 at ang nilalaman ay nasa paligid ng 40%.

Mga Tampok

Ang Mitokondrial DNA ay nagtataglay ng hindi bababa sa 37 mga gene na mahalaga para sa normal na pag-andar ng mitochondria. Sa mga 37, 13 ang nagtataglay ng impormasyon upang makagawa ng mga enzymes na kasangkot sa oxidative phosphorylation.

Ang 13 na gene na ito ay naka-encode para sa 13 mga sangkap na polypeptide ng mga komplikadong enzyme na kabilang sa chain ng transportasyon ng elektron at matatagpuan sa panloob na lamad ng mitochondria.

Sa kabila ng 13 polypeptides na ang mitochondrial DNA ay nag-aambag sa chain ng transportasyon ng elektron, binubuo ito ng higit sa 100 iba't ibang mga polypeptides. Gayunpaman, ang mga 13 sangkap na ito ay mahalaga para sa oxidative phosphorylation at ang electron transport chain.

Scheme ng mitochondrial DNA (Pinagmulan: Mikibc ~ commonswiki, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Kabilang sa 13 polypeptides na synthesized mula sa mitochondrial DNA, ang I, II at III subunits ng cytochrome C oxidase complex at ang VI subunit ng ATPase pump na naka-embed sa panloob na lamad ng organelle.

Ang impormasyong kinakailangan para sa synthesis ng natitirang bahagi ng mga sangkap na bumubuo sa mitochondria ay na-encode ng mga nuklear na nuklear. Ang mga ito ay synthesized sa cytoplasm tulad ng natitirang bahagi ng mga cellular protein at pagkatapos ay na-import sa mitochondria salamat sa mga tiyak na signal.

Sa oxidative phosphorylation, ang mga atomo ng oxygen at asukal tulad ng glucose ay ginagamit para sa synthesis o pagbuo ng adenosine triphosphate (ATP), na siyang mga species ng kemikal na ginagamit ng lahat ng mga cell bilang isang mapagkukunan ng enerhiya.

Ang natitirang mga mitochondrial gen ay may mga tagubilin para sa synthesizing transfer RNAs (tRNAs), ribosomal RNAs, at ang enzyme aminoacyl-RNA transferase-synthetase (tRNA), na kinakailangan para sa synthesis ng protina sa loob ng mitochondria.

Pamana

Hanggang sa kamakailan lamang naisip na ang mitochondrial DNA ay ipinadala nang eksklusibo sa pamamagitan ng pamana sa ina, iyon ay, sa pamamagitan ng direktang pag-anak mula sa ina.

Gayunpaman, ang isang artikulo na inilathala ni Shiyu Luo at mga kasamahan sa journal Proceedings of National Academy of Sciences ng Estados Unidos ng Amerika (PNAS) noong Enero 2019, natagpuan na sa mga bihirang kaso ang mitochondrial DNA ay maaaring magmana mula sa parehong mga magulang, pareho ng ama bilang ng ina.

Bago ang paglathala ng artikulong ito, isang katotohanan para sa mga siyentipiko na ang Y chromosome at mitochondrial DNA ay minana nang buo mula sa ama at ina, ayon sa pagkakabanggit, sa mga supling.

Ang "buo" na pamana ng mga gene ng Y chromosome ng mitochondrial gen ay nagpapahiwatig na nagsabing ang genetic material ay hindi sumasailalim sa mga pagbabago sa pamamagitan ng recombination at, sa mga nakaraang taon, nag-iiba lamang dahil sa kusang mga mutasyon, kaya ang pagkakaiba-iba ay medyo mababa .

Dahil dito, ang karamihan sa mga pag-aaral ng pagpapakilos ng populasyon ay ginagawa batay sa mga gene na ito, dahil, halimbawa, madali para sa mga geneticist na magtayo ng mga puno ng pamilya gamit ang mitochondrial DNA.

Karamihan sa kasaysayan ng tao ay naayos muli sa pamamagitan ng genetic na kasaysayan ng mitochondrial DNA. Maraming mga bahay sa negosyo ang nag-aalok kahit na linawin ang bono ng pamilya ng bawat taong nabubuhay sa kanilang mga ninuno sa pamamagitan ng mga pamamaraan na pinag-aaralan ang mga katangiang ito.

Pagtitiklop

Ang unang modelo ng replika ng mitochondrial DNA ay iminungkahi noong 1972 ni Vinograd at mga tagasuporta at ang modelong ito ay may bisa pa rin, na may ilang mga pagbabago. Malawak, ang modelo ay batay sa isang one-way na pagtitiklop na nagsisimula sa dalawang magkakaibang pinagmulan ng pagtitiklop.

Ang mga siyentipiko ay nag-uuri ng chromosome ng mitochondrial sa dalawang magkakaibang magkakaibang, ang mabibigat na kadena, H o OH, mula sa Ingles na "mabigat" at light chain, L, o OL mula sa Ingles na "ilaw." Natutukoy ang mga ito at matatagpuan sa dalawang hindi nakatakdang bukas na mga frame ng pagbasa (URF) sa chromosome ng mitochondrial.

Ang pagtitiklop ng mitochondrial genome ay nagsisimula sa mabibigat na kadena (OH) at nagpapatuloy sa isang direksyon hanggang sa ang buong haba ng light chain (OL) ay ginawa. Kasunod nito, ang mga protina na tinatawag na "mitochondrial single-stranded DNA na nagbubuklod na mga protina" ay nakakabit upang maprotektahan ang kadena na gumaganap bilang "magulang" o "template."

Ang mga enzyme na responsable para sa paghihiwalay para sa pag-uulit na mangyayari (muling pagdidikit) ay pumasa sa light band (OL) at isang istruktura ng loop ay nabubuo na humarang sa pagbubuklod ng mitochondrial solong-stranded na nagbubuklod na mga protina ng DNA.

Sa loop na ito ang mitochondrial RNA polymerase ay nagbubuklod at nagsisimula ang synthesis ng bagong panimulang aklat. Ang paglipat sa mabibigat na synthesant ng chain (OH) ay nangyayari 25 na mga nucleotide sa paglaon.

Kanan sa oras ng paglipat sa mabibigat na kadena (OH), ang mitochondrial RNA polymerase ay pinalitan ng mitochondrial replicative DNA polymerase sa pagtatapos ng 3 ', kung saan nagsimula ang pagtitiklop.

Sa wakas, ang synthesis ng parehong chain, parehong mabibigat (OH) at ilaw (OL) ay nagpapatuloy hanggang sa hanggang sa dalawang kumpletong pabilog na molekula ng dobleng-stranded (double-stranded) nabuo ang DNA.

Mga kaugnay na sakit

Mayroong maraming mga sakit na nauugnay sa isang madepektong paggawa ng mitochondrial DNA. Karamihan ay sanhi ng mga mutasyon na pumipinsala sa pagkakasunud-sunod o impormasyon na nilalaman sa genome.

Ang pagkawala ng pandinig na nauugnay sa pagtaas ng edad

Ang isa sa mga pinakamahusay na pinag-aralan na sakit na direktang nauugnay sa mga pagbabago sa mitochondrial DNA genome ay ang pagkawala ng pandinig dahil sa pagtaas ng edad.

Ang kundisyong ito ay produkto ng genetic, environment, at lifestyle factor. Tulad ng edad ng mga tao, ang mitochondrial DNA ay nag-iipon ng mga nakakapinsalang mutasyon, tulad ng mga pagtanggal, pag-translate, pagbaligtad, at marami pa.

Ang pinsala sa mitochondrial DNA ay pangunahing sanhi ng akumulasyon ng mga reaktibo na species ng oxygen, ang mga ito ay mga by-product ng paggawa ng enerhiya sa mitochondria.

Ang Mitokondrial DNA lalo na mahina laban sa pinsala, dahil wala itong sistema ng pag-aayos. Samakatuwid, ang mga pagbabago na sanhi ng reaktibo na species ng oxygen ay sumisira sa mitochondrial DNA at nagiging sanhi ng hindi maayos na paggana ang organelle, na nagiging sanhi ng pagkamatay ng cell.

Ang mga cell ng panloob na tainga ay may mataas na demand para sa enerhiya. Ang demand na ito ay ginagawang lalo silang sensitibo sa pagkasira ng mitochondrial DNA. Ang mga pinsala na ito ay maaaring hindi mababago ang pag-andar ng panloob na tainga, na humahantong sa isang kabuuang pagkawala ng pandinig.

Mga Cancer

Ang Mitokondrial DNA lalo na sensitibo sa somatic mutations, mutations na hindi nagmana sa mga magulang. Ang mga ganitong uri ng mutasyon ay nangyayari sa DNA ng ilang mga cell sa buong buhay ng isang tao.

Mayroong katibayan na nag-uugnay sa mga pagbabago sa mitochondrial na DNA na nagreresulta mula sa mga somatic mutations na may ilang mga uri ng kanser, mga bukol sa mga glandula ng mammary, sa colon, sa tiyan, sa atay at sa bato.

Ang mga mutasyon sa mitochondrial DNA ay nauugnay din sa mga cancer sa dugo tulad ng leukemia, at lymphomas (cancer ng mga cells ng immune system).

Iniuugnay ng mga espesyalista ang somatic mutations sa mitochondrial DNA na may pagtaas sa paggawa ng reaktibo na species ng oxygen, mga kadahilanan na nagpapataas ng pagkasira ng mitochondrial DNA at lumikha ng kawalan ng kontrol sa paglaki ng cell.

Maliit ang nalalaman tungkol sa kung paano nadaragdagan ang mga mutations na ito ng hindi makontrol na dibisyon ng mga cell at kung paano nila tinatapos ang pagbuo bilang mga cancer sa cancer.

Cyclic pagsusuka sindrom

Ang ilang mga kaso ng siklo na pagsusuka, tipikal ng pagkabata, ay pinaniniwalaang nauugnay sa mga mutasyon sa mitochondrial DNA. Ang mga mutasyon na ito ay nagdudulot ng paulit-ulit na mga yugto ng pagduduwal, pagsusuka, at pagkapagod o pagod.

Inuugnay ng mga siyentipiko ang mga pagsusuka na ito ng pagsusuka sa katotohanan na ang mitochondria na may nasirang mitochondrial na DNA ay maaaring makaapekto sa ilang mga cell ng autonomic nervous system, na nakakaapekto sa mga pag-andar tulad ng rate ng puso, presyon ng dugo at pagtunaw.

Sa kabila ng mga asosasyong ito, hindi pa malinaw kung paano ang mga pagbabago sa mitochondrial DNA ay nagdudulot ng paulit-ulit na mga yugto ng cyclic vomiting syndrome.

Mga Sanggunian

1. Clayton, D. (2003). Ang replika ng Mitokondrial DNA: kung ano ang nalalaman natin. Ang buhay ng IUBMB, 55 (4-5), 213-217.
2. Falkenberg, M. (2018). Ang replika ng Mitokondrial na DNA sa mga selula ng mammalian: pangkalahatang-ideya ng landas. Mga sanaysay sa biokimika, 62 (3), 287-296.
3. Giles, RE, Blanc, H., Cann, HM, & Wallace, DC (1980). Pamana ng ina ng mitochondrial DNA. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences, 77 (11), 6715-6719
4. Luo, S., Valencia, CA, Zhang, J., Lee, NC, Slone, J., Gui, B, & Chen, SM (2019). Sumagot kay Lutz-Bonengel et al .: Ang paghahatid ng biparental mtDNA ay hindi malamang na ang resulta ng mga segment na DNA mitochondrial. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences, 116 (6), 1823-1824.
5. McWilliams, TG, & Suomalainen, A. (2019). Kapalaran ng mitochondria ng isang ama. Kalikasan, 565 (7739), 296-297.
6. National Library of Medicine. Ang sanggunian sa genetika sa bahay: ang iyong gabay sa pag-unawa sa mga kondisyon ng genetic.
7. Shadel, GS, & Clayton, DA (1997). Ang maintenance ng Mitokondrial na DNA sa mga vertebrates. Taunang pagsusuri ng biochemistry, 66 (1), 409-435.
8. Simmons, MJ, & Snustad, DP (2006). Mga prinsipyo ng genetika. John Wiley at Mga Anak.