keluasan
DNA mitokondria, atau mtDNA, adalah asid deoksiribonukleik yang berada di dalam mitokondria, iaitu organel sel-sel eukariotik yang bertanggungjawab terhadap proses selular fosforilasi oksigen yang sangat penting.
Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai beberapa keunikan, baik struktur dan fungsian, yang menjadikannya unik semacamnya. Ciri-ciri ini termasuk: peredaran dua helai nukleotida, kandungan gen (yang hanya 37 elemen) dan ketiadaan hampir tiada urutan nukleotida bukan kod.
DNA mitokondria memainkan peranan penting dalam survival sel: ia menghasilkan enzim yang diperlukan untuk merealisasikan fosforilasi oksidatif.
Apakah DNA mitokondria?
DNA mitokondria, atau mtDNA, adalah DNA yang terletak di dalam mitokondria .
Mitokondria adalah organel selular yang besar, yang tipikal dari organisma eukariotik, yang menukar tenaga kimia yang terkandung dalam makanan ke ATP, yang merupakan bentuk tenaga yang boleh digunakan oleh sel.
MENERIMA STRUKTUR DAN FUNGSI MITOCHONDERS
Daripada bentuk tiub, filamen atau berbutir, mitokondria berada di sitoplasma, menduduki hampir 25% daripada jumlah yang kedua.
Mereka mempunyai dua membran membran fosfolipid, satu lagi luaran dan satu lagi dalaman.
Membran paling luar, yang dikenali sebagai membran mitokondria luar, mewakili perimeter setiap mitokondria dan mempunyai protein pengangkutan (porine dan bukan sahaja), yang menjadikannya telap ke dalam molekul saiz sama dengan atau kurang daripada 5, 000 dalton.
Membran yang paling dalam, yang dikenali sebagai membran mitokondria dalaman, mengandungi semua komponen enzim (atau enzim) dan komponen coenzyme yang diperlukan untuk sintesis ATP, dan membatasi ruang tengah, dipanggil matriks .
Tidak seperti membran terluar, membran mitokondria dalaman mempunyai banyak invaginasi - yang disebut sebagai puncak - yang meningkatkan jumlah kawasannya.
Antara kedua-dua membran mitokondria, terdapat ruang hampir 60-80 Angstroms (A). Ruang ini dipanggil ruang intermembrane . Ruang intermembrane mempunyai komposisi yang sangat mirip dengan sitoplasma.
Sintesis ATP, yang dikendalikan oleh mitokondria, adalah proses yang sangat kompleks, yang mana ahli biologi mengenal pasti dengan istilah fosforilasi oksidatif .
LOKASI DNA DAN KUANTITI MITOCHONDRIAL TUMPAHKAN
Rajah: mitokondria manusia.
DNA mitokondria berada dalam matriks mitokondria, iaitu di ruang yang dibatasi oleh membran mitokondria dalaman.
Berdasarkan kajian ilmiah yang boleh dipercayai, setiap mitokondria dapat mengandungi 2 hingga 12 naskhah DNA mitokondria.
Memandangkan fakta bahawa, di dalam tubuh manusia, beberapa sel boleh mengandungi dalamnya beberapa ribu mitokondria, jumlah salinan DNA mitochondrial, dalam satu sel manusia, bahkan boleh mencapai 20, 000 unit.
Nota: bilangan mitokondria dalam sel manusia berbeza-beza bergantung kepada jenis sel. Contohnya, hepatosit (iaitu sel hati) boleh mengandungi antara 1, 000 dan 2, 000 mitokondria, manakala erythrocyte (iaitu sel darah merah) tidak ada.
struktur
Struktur umum molekul DNA mitokondria menyerupai struktur umum DNA nuklear, iaitu warisan genetik yang terdapat dalam nukleus sel eukariotik.
Malah, sama seperti DNA nuklear:
- DNA mitokondria adalah biopolimer, yang terdiri daripada dua helai nukleotida yang panjang . Nukleotida adalah molekul organik, yang disebabkan oleh kesatuan tiga unsur: gula dengan 5 atom karbon (dalam kes DNA, deoxyribose ), asas nitrogenous dan kumpulan fosfat .
- Setiap nukleotida DNA mitokondria mengikat ke nukleotida seterusnya filamen yang sama, melalui ikatan fosfodiester di antara karbon 3 deoksiribosa dan kumpulan fosfat nukleotida yang serta-merta.
- Dua helai DNA mitokondria mempunyai orientasi yang berlawanan, dengan kepala yang berinteraksi dengan ujung yang lain dan sebaliknya. Susunan ini dikenali sebagai susunan antiparallel (atau orientasi antiparallel ).
- Dua filamen DNA mitokondria berinteraksi antara satu sama lain, melalui asas nitrogen .
Khususnya, setiap asas nitrogenus setiap filamen menetapkan bon hidrogen dengan satu dan hanya satu nitrogenous base, terdapat pada filamen lain.
Interaksi jenis ini dipanggil "berpasangan antara asas nitrogenous" atau "sepasang asas nitrogenous".
- Dasar nitrogenous DNA mitokondria adalah adenine, timin, sitosin dan guanine .
Penyusunan yang menaikkan asas nitrogen ini tidak rawak, tetapi sangat spesifik: adenine berinteraksi hanya dengan timina, sementara sitosin hanya dengan guanine.
- DNA mitokondria adalah rumah kepada gen (atau urutan gen). Gen adalah urutan nukleotida yang lebih panjang, dengan makna biologi yang jelas. Dalam kebanyakan kes, mereka menimbulkan protein.
MAKLUMAT STRUKTUR DNA MITOCHONDRIAL
Di luar analogi yang disebutkan di atas, DNA mitokondria manusia mempunyai beberapa kekhususan struktur yang membedakannya dengan ketara daripada DNA nuklear manusia.
Pertama, ia adalah molekul bulat, manakala DNA nuklear adalah molekul linear.
Oleh itu, ia mempunyai 16, 569 pasang nitrogenous bases, manakala DNA nuklear mempunyai keindahan sebanyak 3.3 bilion.
Ia mengandungi 37 gen, manakala DNA nuklear nampaknya mengandungi antara 20, 000 dan 25, 000.
Ia tidak terorganisir dalam kromosom, manakala DNA nuklear dibahagikan kepada 23 kromosom dan bentuk, dengan beberapa protein tertentu, suatu bahan yang dipanggil chromatin.
Akhirnya, ia termasuk satu siri nukleotida yang menyertai dua gen secara serentak, manakala DNA nuklear mempunyai gen yang urutan nukleotida jelas dan berbeza antara satu sama lain.
asal
DNA mitokondria sangat mungkin mempunyai asal bakteria .
Sesungguhnya, berdasarkan pelbagai kajian bebas, ahli biologi molekul percaya bahawa kehadiran sel DNA mitokondria adalah hasil penggabungan, oleh sel-sel eukariotik leluhur, organisma bakteria bebas, sangat mirip dengan mitokondria.
Penemuan yang aneh ini hanya mengherankan masyarakat saintifik sebahagiannya, kerana DNA yang hadir dalam bakteria biasanya filamen nukleotida bulat, seperti DNA mitokondria.
Teori bahawa mitokondria dan DNA mitokondria akan mempunyai asal bakteria dipanggil " teori endosymbiotik ", dari perkataan " endosymbiosis ". Secara ringkas, dalam biologi, istilah "endosymbiosis" menandakan kerjasama antara dua organisma, yang melibatkan penggabungan satu di dalam yang lain, untuk mendapatkan kelebihan tertentu.
rasa ingin tahu
Menurut kajian saintifik yang boleh dipercayai, semasa proses evolusi banyak gen bakteria, yang hadir pada DNA mitokondria masa depan, akan berubah lokasi, bergerak ke dalam DNA nuklear.
Dalam erti kata lain, pada awal endosymbiosis, beberapa gen yang hadir sekarang pada DNA nuklear tinggal di DNA daripada organisma bakteria, yang kemudian menjadi mitokondria.
Teori bahawa gen tertentu berasal dari DNA mitokondria, dalam sesetengah spesies, dan dari DNA nuklear, yang lain, memperkuat teori pergeseran gen antara DNA mitokondria dan DNA nuklear.
fungsi
DNA mitokondria menghasilkan enzim (iaitu protein), yang diperlukan untuk merealisasikan proses halus fosforilasi oksidatif.
Arahan untuk sintesis enzim ini berada dalam 37 gen yang membentuk genom DNA mitokondria.
APA GENE KOD DNA MITOCHONDRIAL: BUTIR-BUTIRAN
37 gen DNA mitokondria yang disandikan untuk: protein, tRNA dan rRNA.
Khususnya:
- 13 kod untuk 13 protein yang bertanggungjawab untuk menjalankan fosforilasi oksidatif
- 22 menyandarkan 22 molekul tRNA
- 2 menyandarkan 2 molekul rRNA
Molekul tRNA dan rRNA adalah asas kepada sintesis protein 13 di atas, kerana mereka membentuk jentera yang mengawal pengeluaran mereka.
Jadi, dengan kata lain, DNA mitokondria mempunyai maklumat untuk menghasilkan satu set protein dan alat yang diperlukan untuk sintesis yang kedua.
Apakah RNA, tRNA dan rRNA?
RNA, atau asid ribonukleat, adalah asid nukleik yang memainkan peranan penting dalam penjanaan protein, bermula dari DNA.
Secara umumnya single-stranded, RNA boleh wujud dalam pelbagai bentuk (atau jenis), bergantung kepada fungsi khusus yang mana ia adalah timbalan.
TRNA dan rRNA adalah dua daripada bentuk yang mungkin.
TRNA digunakan untuk penambahan asid amino, semasa proses membuat protein. Asid amino adalah unit molekul yang membentuk protein.
RRNA membentuk ribosom, iaitu struktur selular di mana sintesis protein berasaskan.
Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai RNA dan fungsinya, pembaca boleh klik di sini.
MAKLUMAT FUNGSI DNA MITOCHONDRIAL
Dari sudut pandangan fungsional, DNA mitokondria mempunyai beberapa ciri khas yang jelas membezakannya daripada DNA nuklear.
Berikut adalah ciri-ciri tertentu yang terdiri daripada:
- DNA mitokondria adalah semi-bebas dalam erti kata bahawa ia memerlukan campur tangan beberapa protein yang disintesis daripada DNA nuklear.
Sebaliknya, DNA nuklear sepenuhnya autonomi dan menghasilkan segala yang diperlukan untuk melaksanakan tugasnya dengan betul.
- DNA mitokondria mempunyai kod genetik yang sedikit berbeza daripada DNA nuklear . Ini membawa kepada beberapa perbezaan dalam merealisasikan protein: jika urutan nukleotida tertentu dalam DNA nuklear membawa kepada penciptaan protein tertentu, urutan yang sama dalam DNA mitokondria membawa kepada pembentukan protein yang sedikit berbeza.
- DNA mitokondria mempunyai beberapa urutan nukleotida bukan pengekodan, iaitu, yang tidak menghasilkan sebarang protein, tRNA atau rRNA. Dalam istilah peratusan, hanya 3% daripada DNA mitokondria tidak dapat dikodkan.
Sebaliknya, DNA nuklear adalah pengekodan hanya 7%, jadi ia mengandungi sebilangan besar urutan nukleotida bukan pengekodan (93%).
Jadual: ringkasan perbezaan antara DNA mitokondria manusia dan DNA nuklear manusia. | |
DNA mitokondria | DNA nuklear |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
warisan
Warisan DNA mitokondria adalah keturunan ibu .
Ini bermakna bahawa, dalam beberapa ibu bapa, wanita adalah yang menghantar DNA mitokondria kepada anak (iaitu kanak-kanak).
Dengan cara yang bertentangan sama sekali di atas, warisan DNA nuklear adalah, setengah, ibu dan separuh bapak. Dalam erti kata lain, kedua-dua ibu bapa memberi sumbangan yang sama kepada penghantaran DNA nuklear pada keturunannya.
Nota: Warisan maternal DNA mitokondria juga melibatkan struktur mitokondria. Oleh itu, mitokondria yang terdapat pada individu adalah pada acuan ibu.
Patologi berkaitan
Premis: mutasi genetik adalah perubahan kekal dalam urutan nukleotida, yang membentuk gen DNA nuklear atau mitokondria.
Secara umumnya, kehadiran mutasi genetik membawa kepada perubahan atau kehilangan fungsi normal gen yang terlibat.
Kehadiran mutasi pada tahap gen DNA mitokondria dapat menentukan pelbagai penyakit, termasuk:
- Neuropati optik keturunan Leber
- Sindrom Kearns-Sayre
- Sindrom Leigh
- Kekurangan oksidase Cytochrome C
- Ophthalmoplegia luaran yang progresif
- Sindrom Pearson
- Ensefalomyopathy mitokondria dengan asidosis laktik dan episod seperti stroke (sindrom MELAS)
- Diabetes dengan pekak penghantaran maternal
- Epilepsi mioklonik dengan serat merah yang tidak teratur
Berhubung dengan keadaan patologi yang dikaitkan dengan satu atau lebih mutasi DNA mitokondria, dua aspek mesti dinyatakan.
Pertama, keterukan keadaan morbid bergantung kepada hubungan kuantitatif antara mutasi DNA mitokondria dan DNA mitokondria normal yang sihat. Jika jumlah DNA mitokondria bermutasi jauh lebih tinggi daripada DNA yang sihat, keadaan yang terhasil akan lebih teruk.
Kedua, mutasi dalam DNA mitokondria hanya mempengaruhi tisu tertentu di dalam badan, terutamanya yang memerlukan ATP yang banyak disebabkan oleh proses fosforilasi oksidatif. Ini agak difahami: sel-sel yang mempunyai keperluan terbesar untuk fungsi yang biasanya dilakukan oleh DNA mitokondria paling banyak dipengaruhi oleh DNA mitokondria yang tidak berfungsi.
KEBERKESANAN OPTICAL KEBERHASILAN LEBER
Neuropati optik keturunan Leber timbul kerana mutasi sebanyak empat gen DNA mitokondria. Gen ini mengandungi maklumat yang membawa kepada sintesis yang disebut kompleks I (atau NADH oxide-reductase), salah satu daripada pelbagai enzim yang terlibat dalam proses fosforilasi oksidatif.
Manifestasi patologi terdiri daripada kemerosotan progresif saraf optik dan kehilangan penglihatan secara beransur-ansur.
KEARNS-SAYRE SYNDROME
Sindrom Kearns-Sayre muncul disebabkan oleh kekurangan bahagian DNA mitokondria yang diskret (NB: kekurangan urutan nukleotida tertentu dipanggil pemadaman ).
Pesakit sindrom Kearns-Sayre membangunkan ophthalmoplegia (iaitu lumpuh total atau separa otot oculomotor), satu bentuk retinopati dan irama jantung yang tidak normal (blok atrioventricular).
LEIGH SYNDROME
Sindrom Leigh timbul akibat mutasi DNA mitokondria, yang mungkin melibatkan protein ATP-sintase (juga dikenali sebagai kompleks V) dan / atau sesetengah tRNA.
Sindrom Leigh adalah penyakit neurologi progresif yang muncul semasa bayi atau kanak-kanak dan bertanggungjawab untuk: kelewatan perkembangan, kelemahan otot, neuropati periferal, gangguan motor, kesukaran bernafas dan ophthalmoplegia.
PERTUBUHAN CYTOKROME C OXIDASE
Kekurangan oksidase sitokrom C muncul disebabkan oleh mutasi sekurang-kurangnya 3 gen DNA mitokondria. Gen ini adalah asas untuk sintesis yang betul daripada enzim sitokrom C oxidase (atau kompleks IV) yang terlibat dalam proses fosforilasi oksidatif.
Manifestasi tipikal kekurangan oksidase sitokrom C terdiri daripada: disfungsi otot rangka, disfungsi jantung, disfungsi buah pinggang dan disfungsi hati.
OPHTHALMOPHY EXTERNAL PROGRESSIVE
Ophthalmoplegia luaran yang progresif berlaku kerana kekurangan bilangan nukleotida DNA mitochondrial (penghapusan)
Dengan watak progresif (seperti yang anda boleh meneka dari nama), patologi ini menyebabkan kelumpuhan otot oculomotor, dengan ptosis yang timbul dan masalah visual yang besar.
PEARSON SYNDROME
Sindrom Pearson muncul berikutan penghapusan DNA mitokondria yang besar, sama seperti ophthalmoplegia luar progresif dan sindrom Kearns-Sayre.
Pengenalan tipikal sindrom Pearson terdiri dari: anemia sideroblastik, disfungsi pankreas (mis. Kencing manis insulin), defisit neurologi dan gangguan otot.
Secara umum, sindrom Pearson menyebabkan kematian subjek yang terjejas pada usia muda. Malah, mereka yang terjejas oleh patologi ini jarang mencapai usia dewasa.
MELAS SYNDROME
Sindrom MELAS, yang juga dikenali sebagai encephalomyopathy mitokondria dengan asidosis laktik dan episod seperti stroke, berlaku akibat mutasi sekurang-kurangnya 5 gen DNA mitokondria.
Gen ini menyumbang kepada sintesis NADH oksida-reduktase, atau kompleks I, dan beberapa tRNA.
Sindrom MELAS melibatkan kehadiran gangguan neurologi, gangguan otot, pengumpulan asid laktik dalam tisu (dengan semua gejala yang timbul), masalah pernafasan, kehilangan kawalan fungsi usus, keletihan berulang, masalah buah pinggang, masalah jantung, diabetes, epilepsi dan kekurangan koordinasi.
PATHOLOGI LAIN
Menurut beberapa kajian saintifik, walaupun penyakit seperti sindrom muntah kitaran, retinitis pigmentosa, ataxia, penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer akan melihat DNA mitokondria dan beberapa mutasi yang terlibat.
