علاوه بر پاهای بلند: دسته فلامینگو فلامینگو پا دراز است، حتی پاهای بسیار بلندی دارد و به طور غیرمعمولی پا دراز است. اما به دلایل معقولی که در اینجا به آن نمی پردازیم، اکنون از ترتیب منقارهای مچ پا خارج شده است (همچنین از منشورهای لایه ای که فلامینگوها نیز در آن گنجانده شده بودند)

ژنوم نئاندرتال تا همین اواخر، آرزوی نهایی دیرین‌شناسان جداسازی DNA میتوکندری از استخوان‌های باستانی بود. این بخش کوچک از ژنوم که از طریق خط مادر منتقل می شود، در صدها نسخه در هر سلول وجود دارد و همچنین دارای

اضافه شدن به تلقیحات پاستور یک افزودنی جدید و مهم به تلقیحات پاستور توسط دانشمندان در قرن بیستم ایجاد شد. چندین سال پیش، دانشمندان شوروی گاما گلوبولین ضد هاری ایجاد کردند. با در دسترس بودن این دارو، پیشگیری از هاری بیش از پیش شده است

فصل 14 اولین ژنوم انسان دورنمای پیشی گرفتن از شما در یک مسابقه علمی معمولا باعث ناامیدی و امید دیوانه وار می شود - اگر خوش شانس باشید و رقیب شما فردا بمیرد چه می شود. گاهی اوقات شما فقط می خواهید همه چیز را رها کنید، اما پس از آن سال ها کار سخت هدر می رود

1.5. ژنوم ناپایدار ایده‌های سنتی در مورد پایداری ژنوم‌ها که در چارچوب ژنتیک کلاسیک ایجاد شده بود، پس از کشف عناصر ژنتیکی متحرک (مهاجری) (MGE) به شدت متزلزل شد. MGE ها ساختارهایی هستند که می توانند درون ژنوم حرکت کنند

معرفی

یک ربع قرن از زمان کشف مولکول های DNA در میتوکندری می گذرد تا اینکه نه تنها زیست شناسان مولکولی و سیتولوژیست ها، بلکه ژنتیک دانان، تکامل شناسان و همچنین دیرینه شناسان و جرم شناسان به آنها علاقه مند شوند. این علاقه گسترده توسط کار A. Wilson از دانشگاه کالیفرنیا برانگیخته شد. در سال 1987، او نتایج تجزیه و تحلیل مقایسه ای DNA میتوکندری را منتشر کرد که از 147 نماینده از گروه های قومی مختلف از تمام نژادهای انسانی ساکن در پنج قاره گرفته شده بود. بر اساس نوع، محل و تعداد جهش‌های فردی، مشخص شد که تمام DNA میتوکندری از یک توالی نوکلئوتیدی اجدادی از طریق واگرایی به وجود آمده‌اند. در مطبوعات شبه علمی، این نتیجه گیری به روشی بسیار ساده تفسیر شد - تمام بشریت از یک زن به نام حوای میتوکندری (از آنجایی که هم دختران و هم پسران فقط از مادرشان میتوکندری دریافت می کنند) که در شمال شرق آفریقا زندگی می کرد، سرچشمه گرفته است. 200 هزار سال پیش. 10 سال بعد، می‌توان قطعه‌ای از DNA میتوکندری را که از بقایای یک نئاندرتال جدا شده بود، رمزگشایی کرد و وجود آخرین جد مشترک انسان و نئاندرتال را 500 هزار سال پیش تخمین زد.

امروزه، ژنتیک میتوکندری انسان هم از نظر جمعیت و هم از نظر پزشکی به شدت در حال توسعه است. ارتباط بین تعدادی از بیماری های ارثی شدید و نقص در DNA میتوکندری ایجاد شده است. تغییرات ژنتیکی مرتبط با افزایش سن در میتوکندری بارزتر است. ژنوم میتوکندری که در انسان و سایر حیوانات از نظر اندازه، شکل و ظرفیت ژنتیکی با گیاهان، قارچ‌ها و تک یاخته‌ها متفاوت است چیست؟ نقش آن چیست، چگونه کار می کند و چگونه ژنوم میتوکندری در گونه های مختلف به طور کلی و در انسان به طور خاص بوجود آمده است؟ این در مقاله "کوچک و متواضعانه" من مورد بحث قرار خواهد گرفت.

علاوه بر DNA، ماتریکس میتوکندری حاوی ریبوزوم های خاص خود است که در بسیاری از ویژگی ها با ریبوزوم های یوکاریوتی واقع در غشای شبکه آندوپلاسمی متفاوت است. با این حال، بیش از 5٪ از تمام پروتئین های موجود در ترکیب آنها بر روی ریبوزوم های میتوکندری تشکیل نمی شود. بیشتر پروتئین هایی که اجزای ساختاری و عملکردی میتوکندری را تشکیل می دهند توسط ژنوم هسته ای کدگذاری می شوند، روی ریبوزوم های شبکه آندوپلاسمی سنتز می شوند و از طریق کانال های آن به محل مونتاژ منتقل می شوند. بنابراین، میتوکندری ها نتیجه تلاش های ترکیبی دو ژنوم و دو دستگاه رونویسی و ترجمه هستند. برخی از آنزیم های زیر واحد زنجیره تنفسی میتوکندری از پلی پپتیدهای مختلفی تشکیل شده اند که برخی از آنها توسط ژنوم هسته ای و برخی توسط ژنوم میتوکندری کدگذاری می شوند. به عنوان مثال، آنزیم کلیدی فسفوریلاسیون اکسیداتیو، سیتوکروم c اکسیداز در مخمر، شامل سه زیرواحد رمزگذاری شده و سنتز شده در میتوکندری، و چهار زیرواحد کدگذاری شده در هسته سلول و سنتز شده در سیتوپلاسم است. بیان بیشتر ژن های میتوکندری توسط ژن های هسته ای خاص کنترل می شود.

نظریه همزیستی منشا میتوکندری

فرضیه منشا میتوکندری ها و پلاستیدهای گیاهی از باکتری های درون سلولی درون سلولی توسط R. Altman در سال 1890 بیان شد. در طول قرن توسعه سریع بیوشیمی، سیتولوژی، ژنتیک و زیست شناسی مولکولی، که نیم قرن پیش ظاهر شد، این فرضیه وجود دارد. تبدیل به یک نظریه مبتنی بر مقدار زیادی از مطالب واقعی است. ماهیت آن این است: با ظهور باکتری های فتوسنتزی، اکسیژن در جو زمین انباشته می شود - محصول جانبی متابولیسم آنها. با افزایش غلظت آن، عمر هتروتروف های بی هوازی پیچیده تر شد و برخی از آنها برای به دست آوردن انرژی از تخمیر بدون اکسیژن به فسفوریلاسیون اکسیداتیو روی آوردند. چنین هتروتروف های هوازی می توانند با کارایی بیشتر از باکتری های بی هوازی، مواد آلی تشکیل شده در نتیجه فتوسنتز را تجزیه کنند. برخی از هوازی‌های آزاد توسط بی‌هوازی‌ها دستگیر شدند، اما «هضم» نشدند، بلکه به‌عنوان ایستگاه‌های انرژی، میتوکندری‌ها ذخیره شدند. نباید به میتوکندری ها به عنوان برده نگاه کرد که به اسارت گرفته می شوند تا مولکول های ATP را به سلول هایی که توانایی تنفس ندارند تامین کنند. آنها نسبتاً "موجوداتی" هستند که در دوران پروتروزوئیک بهترین پناهگاه ها را برای خود و فرزندانشان یافتند، جایی که می توانستند کمترین تلاش را صرف کنند بدون اینکه خطر خورده شدن را تهدید کنند.

حقایق متعددی به نفع نظریه همزیستی صحبت می کنند:

اندازه و شکل میتوکندری ها و باکتری های هوازی آزاد با هم مطابقت دارند. هر دو حاوی مولکول های DNA دایره ای هستند که با هیستون ها مرتبط نیستند (برخلاف DNA هسته ای خطی).

از نظر توالی نوکلئوتیدی، RNA های ریبوزومی و انتقالی میتوکندری ها با هسته های هسته ای متفاوت است، در حالی که شباهت شگفت انگیزی را با مولکول های مشابه برخی از یوباکتری های گرم منفی هوازی نشان می دهد.

RNA پلیمرازهای میتوکندری، اگرچه در هسته سلول کدگذاری می شوند، مانند انواع باکتریایی توسط ریفامپیسین مهار می شوند و RNA پلیمرازهای یوکاریوتی نسبت به این آنتی بیوتیک حساس نیستند.

سنتز پروتئین در میتوکندری ها و باکتری ها توسط همان آنتی بیوتیک هایی که بر ریبوزوم های یوکاریوت ها تأثیر نمی گذارند، سرکوب می شود.

ترکیب چربی غشای داخلی میتوکندری و غشای پلاسمایی باکتری مشابه است، اما بسیار متفاوت از غشای بیرونی میتوکندری است که همولوگ با غشای دیگر سلول‌های یوکاریوتی است.

cristae تشکیل شده توسط غشای میتوکندری داخلی آنالوگ تکاملی غشاء مزوزومی بسیاری از پروکاریوت ها هستند.

هنوز ارگانیسم هایی وجود دارند که در مسیر تشکیل میتوکندری از باکتری ها (آمیب اولیه) از اشکال میانی تقلید می کنند. پلومیکسامیتوکندری ندارد، اما همیشه حاوی باکتری های درون همزیستی است).

این ایده وجود دارد که پادشاهی های مختلف یوکاریوت ها اجداد متفاوتی داشته اند و درون همزیستی باکتریایی در مراحل مختلف تکامل موجودات زنده به وجود آمده است. این نیز با تفاوت در ساختار ژنوم میتوکندری تک یاخته‌ها، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران بالاتر مشهود است. اما در همه موارد، بخش اصلی ژن‌های پرومیتوکندری احتمالاً با کمک عناصر ژنتیکی متحرک وارد هسته می‌شوند. وقتی بخشی از ژنوم یکی از همزیست ها در ژنوم دیگری قرار می گیرد، ادغام همزیست ها برگشت ناپذیر می شود. ژنوم جدید می‌تواند مسیرهای متابولیکی ایجاد کند که منجر به تشکیل محصولات مفیدی می‌شود که توسط هیچ یک از طرفین به صورت جداگانه قابل سنتز نیستند. بنابراین، سنتز هورمون های استروئیدی توسط سلول های قشر آدرنال زنجیره پیچیده ای از واکنش ها است که برخی از آنها در میتوکندری و برخی در شبکه آندوپلاسمی رخ می دهد. با گرفتن ژن های پرومیتوکندریایی، هسته قادر به کنترل قابل اعتماد عملکردهای همزیست بود. هسته تمام پروتئین ها و سنتز چربی غشای خارجی میتوکندری، بیشتر پروتئین های ماتریکس و غشای داخلی اندامک ها را کد می کند. مهمتر از همه، هسته آنزیم هایی را برای تکثیر، رونویسی و ترجمه mtDNA رمزگذاری می کند و در نتیجه رشد و تولید مثل میتوکندری را کنترل می کند. سرعت رشد شرکای همزیستی باید تقریباً یکسان باشد. اگر میزبان سریع‌تر رشد کند، با هر نسل تعداد همزیست‌ها در هر فرد کاهش می‌یابد و در نهایت، فرزندان بدون میتوکندری ظاهر می‌شوند. ما می دانیم که هر سلول ارگانیسمی که از نظر جنسی تولید مثل می کند حاوی میتوکندری های زیادی است که DNA آنها را بین بخش های میزبان تکثیر می کند. این تضمین می کند که هر یک از سلول های دختر حداقل یک نسخه از ژنوم میتوکندری را دریافت می کند.

نقش هسته سلول در بیوژنز میتوکندری

نوع خاصی از مخمرهای جهش یافته دارای حذف زیادی در DNA میتوکندری است که منجر به توقف کامل سنتز پروتئین در میتوکندری می شود. در نتیجه، این اندامک ها قادر به انجام عملکرد خود نیستند. از آنجایی که چنین جهش‌یافته‌هایی هنگام رشد در محیطی با گلوکز پایین، کلنی‌های کوچکی را تشکیل می‌دهند، آنها نامیده می‌شوند مو سیتوپلاسمیتانتامیریزه.

اگرچه جهش یافته های کوچک سنتز پروتئین میتوکندری ندارند و بنابراین میتوکندری طبیعی تشکیل نمی دهند، با این وجود چنین جهش یافته ای حاوی پرومیتوکندری،که تا حدودی شبیه میتوکندری های معمولی هستند، دارای یک غشای خارجی طبیعی و یک غشای داخلی با کریستای ضعیف هستند. پرومیتوکندری ها حاوی آنزیم های زیادی هستند که توسط ژن های هسته ای کدگذاری شده و روی ریبوزوم های سیتوپلاسمی سنتز می شوند، از جمله DNA و RNA پلیمرازها، تمام آنزیم های چرخه اسید سیتریک و بسیاری از پروتئین هایی که غشای داخلی را می سازند. این به وضوح نقش غالب ژنوم هسته ای را در بیوژنز میتوکندری نشان می دهد.

جالب است بدانید که اگرچه قطعات DNA از دست رفته 20 تا بیش از 99.9 درصد از ژنوم میتوکندری را تشکیل می دهند، اما مقدار کل DNA میتوکندری در جهش یافته های کوچک همیشه در همان سطح با نوع وحشی باقی می ماند. این به دلیل روند کمی مطالعه شده در تقویت DNA است که در نتیجه آن یک مولکول DNA تشکیل می شود که از تکرارهای پشت سر هم از همان بخش و از نظر اندازه برابر با یک مولکول معمولی است. به عنوان مثال، DNA میتوکندری یک جهش کوچک که 50٪ از توالی نوکلئوتیدی DNA نوع وحشی را حفظ می کند از دو تکرار تشکیل شده است، در حالی که مولکولی که فقط حفظ می کند. 0,1% ژنوم نوع وحشی از 1000 نسخه از قطعه باقی مانده ساخته خواهد شد. بنابراین، جهش‌های کوچک می‌توانند برای به دست آوردن مقادیر زیادی از بخش‌های خاص DNA میتوکندری استفاده شوند، که می‌توان گفت توسط خود طبیعت شبیه‌سازی شده‌اند.

اگرچه بیوژنز اندامک‌ها عمدتاً توسط ژن‌های هسته‌ای کنترل می‌شود، خود اندامک‌ها، با قضاوت بر اساس برخی داده‌ها، نوعی تأثیر تنظیمی بر اصل بازخورد نیز دارند. حداقل این مورد در مورد میتوکندری است. اگر سنتز پروتئین در میتوکندری سلول های دست نخورده مسدود شود، آنزیم های دخیل در سنتز میتوکندری DNA، RNA و پروتئین ها شروع به تشکیل بیش از حد در سیتوپلاسم می کنند، گویی سلول در تلاش است بر اثر عامل مسدود کننده غلبه کند. اما، اگرچه وجود برخی سیگنال از میتوکندری بدون شک وجود دارد، ماهیت آن هنوز ناشناخته است.

به دلایل متعدد، مکانیسم های بیوژنز میتوکندری در حال حاضر در اکثر موارد در فرهنگ ها مورد مطالعه قرار می گیرد. ساکارومایسس carlsbergensis(مخمر آبجو و اس. cerevisiae(مخمر نانوایی). اولاً، این مخمرها هنگام رشد بر روی گلوکز، توانایی منحصر به فردی را از خود نشان می دهند که فقط از طریق گلیکولیز وجود داشته باشند، یعنی بدون عملکرد میتوکندری. این امر امکان مطالعه جهش در DNA میتوکندری و هسته ای را فراهم می کند که در رشد این اندامک ها اختلال ایجاد می کند. چنین جهش هایی تقریباً در تمام موجودات دیگر کشنده هستند. ثانیاً، مخمر - یوکاریوت های تک سلولی ساده - به راحتی قابل کشت و بررسی بیوشیمیایی است. در نهایت، مخمر می تواند در هر دو فاز هاپلوئید و دیپلوئید، معمولاً با جوانه زدن غیرجنسی (میتوز نامتقارن) تکثیر شود. اما در مخمر، فرآیند جنسی نیز اتفاق می‌افتد: هر از گاهی، دو سلول هاپلوئید با هم ترکیب می‌شوند و یک زیگوت دیپلوئیدی تشکیل می‌دهند که سپس یا با میتوز تقسیم می‌شود یا تحت میوز قرار می‌گیرد و دوباره سلول‌های هاپلوئید تولید می‌کند. با کنترل تجربی تناوب تولید مثل غیرجنسی و جنسی، می توان چیزهای زیادی در مورد ژن های مسئول عملکرد میتوکندری یاد گرفت. با استفاده از این روش‌ها، به ویژه می‌توان فهمید که آیا چنین ژن‌هایی در DNA هسته‌ای یا در DNA میتوکندری قرار دارند، زیرا جهش در ژن‌های میتوکندری بر اساس قوانین مندل که بر وراثت ژن‌های هسته‌ای حاکم است به ارث نمی‌رسند.

سیستم های حمل و نقل میتوکندری

بیشتر پروتئین های موجود در میتوکندری ها و کلروپلاست ها از سیتوزول به این اندامک ها وارد می شوند. این دو سؤال را ایجاد می کند: چگونه سلول پروتئین ها را به اندامک مناسب هدایت می کند و چگونه این پروتئین ها وارد سلول می شوند؟

یک پاسخ جزئی با مطالعه انتقال زیرواحد کوچک (S) آنزیم به استرومای کلروپلاست به دست آمد. ریبولوز-1،5-بیس فسفات-کربوکسیمنهول هااگر mRNA از سیتوپلاسم یک جلبک تک سلولی جدا شود کلامیدوموناسیا از برگ های نخود، که به عنوان یک ماتریکس به یک سیستم سنتز پروتئین در شرایط آزمایشگاهی معرفی می شود، سپس یکی از بسیاری از پروتئین های حاصل توسط یک آنتی بادی ضد S خاص متصل می شود. پروتئین S سنتز شده در شرایط آزمایشگاهی ppo-S نامیده می شود زیرا تقریباً 50 باقی مانده اسید آمینه بزرگتر از پروتئین S معمولی است. هنگامی که پروتئین pro-S با کلروپلاست های دست نخورده انکوبه می شود، به درون اندامک ها نفوذ می کند و در آنجا توسط پپتیداز به پروتئین S تبدیل می شود. سپس پروتئین S به زیر واحد بزرگ ریبولوز-1،5-بیس فسفات کربوکسیلاز که روی ریبوزوم های کلروپلاست سنتز می شود، متصل می شود و با آن یک آنزیم فعال در استرومای کلروپلاست تشکیل می دهد.

مکانیسم انتقال پروتئین S ناشناخته است. اعتقاد بر این است که pro-S به یک پروتئین گیرنده واقع در غشای خارجی کلروپلاست یا در محل اتصال غشای بیرونی و داخلی متصل می شود و سپس در نتیجه فرآیندی که نیاز به انرژی دارد از طریق کانال های گذرنده به استروما منتقل می شود. مخارج

انتقال پروتئین به میتوکندری به روشی مشابه انجام می شود. اگر میتوکندری مخمر خالص شده با عصاره سلولی حاوی پروتئین های مخمر رادیواکتیو تازه سنتز شده انکوبه شود، می توان مشاهده کرد که پروتئین های میتوکندری کدگذاری شده توسط ژنوم هسته ای از پروتئین های غیر میتوکندری در سیتوپلاسم جدا شده و به طور انتخابی در میتوکندری گنجانده می شوند - همانطور که در سیتوپلاسم اتفاق می افتد. سلول دست نخورده در این حالت، پروتئین های غشای بیرونی و داخلی، ماتریکس و فضای بین غشایی راه خود را به بخش مربوطه میتوکندری پیدا می کنند.

بسیاری از پروتئین های تازه سنتز شده برای غشای داخلی، ماتریکس و فضای بین غشایی دارای یک پپتید رهبر در انتهای N خود هستند که در حین انتقال توسط یک پروتئاز خاص واقع در ماتریکس جدا می شود. انتقال پروتئین ها به این سه بخش میتوکندری به انرژی یک گرادیان پروتون الکتروشیمیایی ایجاد شده در غشای داخلی نیاز دارد. مکانیسم انتقال پروتئین برای غشای خارجی متفاوت است: در این مورد، نه مصرف انرژی و نه برش پروتئولیتیک یک پروتئین پیش ساز طولانی تر مورد نیاز نیست. این مشاهدات و مشاهدات دیگر نشان می‌دهند که هر چهار گروه از پروتئین‌های میتوکندری با مکانیسم زیر به اندامک منتقل می‌شوند: فرض بر این است که همه پروتئین‌ها، به جز پروتئین‌هایی که برای غشای خارجی تعیین شده‌اند، در نتیجه فرآیندی که نیاز به غشای داخلی دارند، وارد غشای داخلی می‌شوند. مصرف انرژی و در مکان های تماس بین غشاهای بیرونی و داخلی رخ می دهد. ظاهراً، پس از این ادغام اولیه پروتئین در غشاء، تحت شکاف پروتئولیتیک قرار می گیرد که منجر به تغییر در ساختار آن می شود. بسته به نحوه تغییر ساختار، پروتئین یا در غشاء لنگر انداخته یا به داخل ماتریکس یا فضای بین غشایی "هل" می شود.

انتقال پروتئین ها از طریق غشاهای میتوکندری و کلروپلاست، در اصل، مشابه انتقال آنها از طریق غشای شبکه آندوپلاسمی است. با این حال، چندین تفاوت مهم وجود دارد. اول، هنگامی که پروتئین به داخل ماتریکس یا استروما منتقل می شود، از هر دو غشای بیرونی و داخلی اندامک عبور می کند، در حالی که وقتی به مجرای شبکه آندوپلاسمی منتقل می شود، مولکول ها تنها از یک غشاء عبور می کنند. علاوه بر این، انتقال پروتئین ها به شبکه با استفاده از مکانیسم انجام می شود انتشار هدفمند(تخلیه برداری) - زمانی شروع می شود که پروتئین هنوز به طور کامل از ریبوزوم خارج نشده باشد (واردات همزمان با ترجمه)،و انتقال به میتوکندری و کلروپلاست پس از اتمام کامل سنتز مولکول پروتئین رخ می دهد. (واردات پس از ترجمه).

با وجود این تفاوت ها، در هر دو مورد سلول پروتئین های پیش ساز حاوی یک توالی سیگنال را سنتز می کند که تعیین می کند پروتئین به کدام غشاء هدایت می شود. ظاهراً در بسیاری از موارد این توالی پس از تکمیل فرآیند انتقال از مولکول پیش ساز جدا می شود. با این حال، برخی از پروتئین ها بلافاصله در شکل نهایی خود سنتز می شوند. اعتقاد بر این است که در چنین مواردی توالی سیگنال در زنجیره پلی پپتیدی پروتئین نهایی موجود است. توالی‌های سیگنال هنوز به خوبی شناخته نشده‌اند، اما احتمالاً انواع مختلفی از این توالی‌ها وجود دارد که هر کدام از آنها انتقال یک مولکول پروتئین به ناحیه خاصی از سلول را تعیین می‌کنند. به عنوان مثال، در یک سلول گیاهی، برخی از پروتئین ها که سنتز آنها در سیتوزول آغاز می شود، سپس به میتوکندری، برخی دیگر به کلروپلاست، برخی دیگر به پراکسی زوم ها و برخی دیگر به شبکه آندوپلاسمی منتقل می شوند. فرآیندهای پیچیده ای که منجر به توزیع صحیح پروتئین ها در داخل سلولی می شود، اکنون درک شده است.

علاوه بر اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها، لیپیدها نیز برای ساختن میتوکندری های جدید مورد نیاز هستند. برخلاف کلروپلاست ها، میتوکندری ها بیشتر لیپیدهای خود را از خارج به دست می آورند. در سلول های حیوانی، فسفولیپیدهای سنتز شده در شبکه آندوپلاسمی با استفاده از پروتئین های خاص به غشای خارجی میتوکندری منتقل می شوند و سپس به غشای داخلی وارد می شوند. اعتقاد بر این است که این در نقطه تماس بین دو غشا رخ می دهد. واکنش اصلی بیوسنتز لیپیدها که توسط خود میتوکندری ها کاتالیز می شود، تبدیل اسید فسفاتیدیک به کاردیولیپین فسفولیپید است که عمدتاً در غشای داخلی میتوکندری یافت می شود و حدود 20٪ از کل لیپیدهای آن را تشکیل می دهد.

اندازه و شکل ژنوم های میتوکندری

تا به امروز، بیش از 100 ژنوم مختلف میتوکندری خوانده شده است. مجموعه و تعداد ژن های آنها در DNA میتوکندری، که توالی نوکلئوتیدی به طور کامل برای آنها تعیین شده است، در بین گونه های مختلف حیوانات، گیاهان، قارچ ها و تک یاخته ها بسیار متفاوت است. بیشترین تعداد ژن در ژنوم میتوکندری تک یاخته‌های تاژکدار یافت شد Rectinomo-nas americana- 97 ژن، از جمله تمام ژن های کد کننده پروتئین موجود در mtDNA موجودات دیگر. در بیشتر حیوانات عالی، ژنوم میتوکندری شامل 37 ژن است: 13 ژن برای پروتئین های زنجیره تنفسی، 22 ژن برای tRNA و دو ژن برای rRNA (برای زیر واحد ریبوزومی بزرگ 16S rRNA و برای 12S rRNA کوچک). در گیاهان و تک یاخته‌ها، بر خلاف حیوانات و بیشتر قارچ‌ها، ژنوم میتوکندری نیز برخی از پروتئین‌هایی را که ریبوزوم‌های این اندامک‌ها را تشکیل می‌دهند، رمزگذاری می‌کند. آنزیم های کلیدی سنتز پلی نوکلئوتید الگو، مانند DNA پلیمراز (تکثیر DNA میتوکندری) و RNA پلیمراز (رونویسی ژنوم میتوکندری)، در هسته رمزگذاری شده و بر روی ریبوزوم های سیتوپلاسم سنتز می شوند. این واقعیت نشان دهنده نسبیت استقلال میتوکندری در سلسله مراتب پیچیده یک سلول یوکاریوتی است.

ژنوم های میتوکندری گونه های مختلف نه تنها در مجموعه ژن ها، ترتیب مکان و بیان آنها، بلکه در اندازه و شکل DNA متفاوت است. اکثریت قریب به اتفاق ژنوم‌های میتوکندری که امروزه توصیف می‌شوند، مولکول‌های DNA دو رشته‌ای ابرپیچ‌پیچ دایره‌ای هستند. در برخی از گیاهان به همراه اشکال دایره ای شکل های خطی نیز وجود دارد و در برخی از تک یاخته ها مانند مژک داران تنها DNA خطی در میتوکندری یافت می شود.

به عنوان یک قاعده، هر میتوکندری حاوی چندین نسخه از ژنوم خود است. بنابراین، در سلول های کبد انسان حدود 2 هزار میتوکندری وجود دارد و هر یک از آنها حاوی 10 ژنوم یکسان است. در فیبروبلاست های موش 500 میتوکندری حاوی دو ژنوم و در سلول های مخمر وجود دارد. S. cerevisiae- تا 22 میتوکندری که هر کدام چهار ژنوم دارند.

https://pandia.ru/text/78/545/images/image002_21.jpg" align="left" width="386 height=225" height="225"> شکل 2.طرح تشکیل الیگومرهای mtDNA خطی (A)، دایره ای (B)، زنجیره ای (C). ori ناحیه ای است که همانندسازی DNA آغاز می شود.

اندازه ژنوم میتوکندری موجودات مختلف از کمتر از 6 هزار جفت نوکلئوتید در پلاسمودیوم فالسیپاروم (علاوه بر دو ژن rRNA، فقط شامل سه ژن کد کننده پروتئین است) تا صدها هزار جفت نوکلئوتید در گیاهان خشکی متغیر است. مثال، آرابیدوپسیس تالیانااز خانواده صلیبی 366924 جفت نوکلئوتیدی). علاوه بر این، تفاوت های 7-8 برابری در اندازه mtDNA گیاهان عالی حتی در یک خانواده یافت می شود. طول mtDNA مهره داران کمی متفاوت است: در انسان - 16569 جفت نوکلئوتیدی، در خوک ها - 16350، در دلفین ها - 16330، در قورباغه های پنجه دار Xenopus laevis- 17533، در کپور - 16400. این ژنوم ها همچنین از نظر محلی سازی ژن ها مشابه هستند، که بیشتر آنها از انتها به انتها قرار دارند. در برخی موارد، آنها حتی معمولاً توسط یک نوکلئوتید همپوشانی دارند، به طوری که آخرین نوکلئوتید یک ژن اولین نوکلئوتید در ژن بعدی است. برخلاف مهره‌داران، در گیاهان، قارچ‌ها و تک یاخته‌ها، mtDNA تا 80 درصد شامل توالی‌های غیر کدکننده است. ترتیب ژن ها در ژنوم های میتوکندری در گونه ها متفاوت است.

غلظت بالای گونه‌های اکسیژن فعال در میتوکندری و یک سیستم ترمیم ضعیف، فراوانی جهش‌های mtDNA را در مقایسه با DNA هسته‌ای افزایش می‌دهد. رادیکال های اکسیژن باعث جانشینی های خاص C®T (دآمیناسیون سیتوزین) و G®T (آسیب اکسیداتیو به گوانین) می شوند که در نتیجه mtDNA احتمالاً غنی از جفت های AT است. علاوه بر این، همه mtDNA ها دارای خاصیت جالبی هستند - آنها برخلاف DNAهای هسته ای و پروکاریوتی متیله نیستند. مشخص شده است که متیلاسیون (اصلاح شیمیایی موقت توالی نوکلئوتیدی بدون ایجاد اختلال در عملکرد کدگذاری DNA) یکی از مکانیسم های غیرفعال سازی برنامه ریزی شده ژن است.

اندازه و ساختار مولکول های DNA در اندامک ها

مقادیر نسبی اندامک های DNA در برخی سلول ها و بافت ها

عملکرد ژنوم میتوکندری

مکانیسم های تکثیر DNA و رونویسی میتوکندری پستانداران چیست؟

مکمل" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">زنجیره‌های مکمل در mtDNA از نظر چگالی خاص به‌طور قابل‌توجهی متفاوت هستند، زیرا حاوی مقادیر نابرابر پورین «سنگین» و نوکلئوتید پیریمیدین «سبک» هستند. زنجیره ای H (سنگین - سنگین) و L (سبک - سبک) در ابتدای تکثیر مولکول mtDNA به اصطلاح D-loop (از حلقه جابجایی انگلیسی - حلقه جابجایی) تشکیل می شود. skop از یک بخش دو رشته ای و یک رشته ای (قسمت جمع شده از زنجیره H) تشکیل شده است. 450-650 (بسته به نوع ارگانیسم) نوکلئوتید، دارای انتهای پرایمر ریبونوکلئوتیدی 5 اینچ که مربوط به نقطه شروع سنتز زنجیره H (oriH) است. سنتز زنجیره L فقط زمانی شروع می شود که زنجیره H دختر به نقطه ori L برسد. این به دلیل این واقعیت است که منطقه شروع تکثیر زنجیره L برای آنزیم های سنتز DNA فقط در یک رشته تک رشته ای قابل دسترسی است. حالت، و بنابراین، تنها در حالت بدون بافته مارپیچ دوگانه در طول سنتز زنجیره H. بنابراین، رشته های دختر mtDNA به طور پیوسته و ناهمزمان سنتز می شوند (شکل 3).

شکل 3.طرح تکثیر mtDNA پستانداران ابتدا حلقه D تشکیل می شود، سپس زنجیره H دختر سنتز می شود، سپس سنتز زنجیره L دختر آغاز می شود.

انتهای ژن 16S rRNA (شکل 4). تعداد این رونوشت های کوتاه 10 برابر بیشتر از متن های طولانی است. در نتیجه بلوغ (پردازش)، 12S rRNA و 16S rRNA از آنها تشکیل می شود که در تشکیل ریبوزوم های میتوکندری و همچنین tRNA فنیل آلانین و والین نقش دارند. tRNA های باقی مانده از رونوشت های طولانی جدا می شوند و mRNA های ترجمه شده تشکیل می شوند، به انتهای 3 اینچی که توالی های پلی آدنیل متصل می شوند. انتهای 5 اینچی این mRNA ها درپوش نیستند، که برای یوکاریوت ها غیرعادی است. پیوند (همجوشی) اتفاق نمی افتد، زیرا هیچ یک از ژن های میتوکندری پستانداران حاوی اینترون نیستند.

شکل 4.رونویسی mtDNA انسانی حاوی 37 ژن. تمام رونوشت ها در ناحیه ori H سنتز می شوند. tRNA و mRNA در نتیجه پردازش از رونوشت های هر دو رشته DNA تشکیل می شوند. ژن های tRNA با رنگ سبز روشن نشان داده شده اند.

آیا می خواهید بدانید که ژنوم میتوکندری چه شگفتی های دیگری می تواند داشته باشد؟ عالی! ادامه مطلب!..

نواحی لیدر و 3 اینچی غیر کدکننده، مانند اکثر mRNA های هسته ای. تعدادی از ژن ها نیز حاوی اینترون هستند. بنابراین، در ژن جعبه ای که سیتوکروم اکسیداز b را کد می کند، دو اینترون وجود دارد. از رونوشت RNA اولیه، به صورت اتوکاتالیستی (بدون مشارکت هر یک یا پروتئین ها) یک کپی از اکثر اینترون های اول بریده می شود اینترون ها آنها را از بین می برد، کپی هایی از اگزون ها به هم متصل می شوند و mRNA برای سیتوکروم اکسیداز تشکیل می شود (شکل 5) ما را مجبور به بررسی مجدد ایده اینترون ها کرد "توالی های غیر کدگذاری."

شکل 5.پردازش (بلوغ) mRNA سیتوکروم اکسیداز b در میتوکندری مخمر. در مرحله اول پیرایش، mRNA تشکیل می شود که ماتاز ​​را سنتز می کند که برای مرحله دوم پیرایش ضروری است.

هنگام مطالعه بیان ژن های میتوکندری تریپانوزوما بروسییک انحراف شگفت‌انگیز از یکی از بدیهیات اساسی زیست‌شناسی مولکولی کشف شد که بیان می‌کند که توالی نوکلئوتیدها در mRNA دقیقاً مطابق با مناطق کدکننده DNA است. معلوم شد که mRNA یکی از زیر واحدهای سیتوکروم c اکسیداز ویرایش شده است، یعنی پس از رونویسی، ساختار اولیه آن تغییر می کند - چهار اوراسیل وارد می شود. در نتیجه، mRNA جدیدی تشکیل می شود که به عنوان ماتریس برای سنتز یک زیرواحد اضافی از آنزیم عمل می کند، توالی اسید آمینه ای که در آن هیچ شباهتی با توالی ویروس ها، قارچ ها، گیاهان و حیوانات ندارد محقق بورل ساختار یکی از ژن‌های میتوکندری گوساله را با توالی اسیدهای آمینه در زیرواحد سیتوکروم اکسیداز کدگذاری شده توسط این ژن مقایسه کرد. یکی "ایده آل" است، یعنی از قانون زیر پیروی می کند: "اگر دو کدون دو نوکلئوتید یکسان داشته باشند، و نوکلئوتید سوم متعلق به یک کلاس باشد (پورین - A، G، یا پیریمیدین - U، C)، در کد جهانی دو استثنا برای ایزولوسین و کدون AUG برای متیونین در کد جهانی وجود دارد. سه گانه UGG فقط تریپتوفان را رمزگذاری می کند و سه گانه UGA یک کدون توقف را رمزگذاری می کند. در کد جهانی، هر دو انحراف به جنبه‌های اساسی سنتز پروتئین مربوط می‌شوند: کدون AUG آغازگر است و کدون توقف UGA سنتز پلی پپتید را متوقف می‌کند. کد ایده آل در همه میتوکندری های توصیف شده ذاتی نیست، اما هیچ یک از آنها کد جهانی ندارند. می توان گفت که میتوکندری ها به زبان های مختلف صحبت می کنند، اما هرگز به زبان هسته صحبت نمی کنند.

تفاوت بین کد ژنتیکی "جهانی" و دو کد میتوکندری

همانطور که قبلا ذکر شد، 22 ژن tRNA در ژنوم میتوکندری مهره داران وجود دارد. چگونه چنین مجموعه ناقصی به تمام 60 کدون برای اسیدهای آمینه خدمت می کند (در کد ایده آل 64 سه قلو چهار کدون توقف وجود دارد، در کد جهانی سه کدون وجود دارد)؟ واقعیت این است که در طول سنتز پروتئین در میتوکندری، برهمکنش های کدون-آنتیکودون ساده می شود - دو نوکلئوتید از سه آنتی کدون برای شناسایی استفاده می شود. بنابراین، یک tRNA هر چهار عضو خانواده کدون را تشخیص می دهد که تنها در نوکلئوتید سوم متفاوت است. به عنوان مثال، tRNA لوسین با آنتی کدون GAU روی ریبوزوم در مقابل کدون‌های TsU، TsUC، TsUA و Tsug قرار می‌گیرد و از ترکیب غیرقابل انکار لوسین در زنجیره پلی پپتیدی اطمینان می‌دهد. دو کدون لوسین دیگر، UUA و UUG، توسط tRNA با آنتی کدون AAU شناسایی می شوند. در مجموع، هشت مولکول tRNA مختلف، هشت خانواده از چهار کدون را تشخیص می‌دهند، و 14 tRNA، جفت‌های مختلف کدون را شناسایی می‌کنند که هر کدام یک اسید آمینه را کد می‌کنند.

مهم است که آنزیم های آمینواسیل-tRNA سنتتاز، که مسئول افزودن اسیدهای آمینه به tRNA های میتوکندری مربوطه هستند، در هسته سلول کدگذاری شده و بر روی ریبوزوم های شبکه آندوپلاسمی سنتز شوند. بنابراین، در مهره داران، تمام اجزای پروتئینی سنتز پلی پپتید میتوکندری در هسته رمزگذاری شده است. در این مورد، سنتز پروتئین در میتوکندری توسط سیکلوهگزیمید، که کار ریبوزوم های یوکاریوتی را مسدود می کند، سرکوب نمی شود، اما به آنتی بیوتیک های اریترومایسین و کلرامفنیکل حساس است که سنتز پروتئین را در باکتری ها مهار می کنند. این واقعیت به عنوان یکی از دلایل به نفع منشاء میتوکندری از باکتری های هوازی در طول تشکیل همزیستی سلول های یوکاریوتی است.

اهمیت داشتن سیستم ژنتیکی خود برای میتوکندری

چرا میتوکندری ها به سیستم ژنتیکی خود نیاز دارند، در حالی که سایر اندامک ها، مانند پراکسی زوم ها و لیزوزوم ها، نیازی ندارند؟ این موضوع اصلاً پیش پا افتاده نیست، زیرا با توجه به تعداد ژن های اضافی مورد نیاز در ژنوم هسته ای، حفظ یک سیستم ژنتیکی جداگانه برای سلول گران تمام می شود. در اینجا، پروتئین های ریبوزومی، آمینواسیل-tRNA سنتتازها، DNA و RNA پلیمرازها، آنزیم های پردازش و اصلاح RNA و غیره باید کدگذاری شوند. دلیلی وجود دارد که باور کنیم در این اندام ها پروتئین های بسیار کمی وجود دارد که می توان در جاهای دیگر یافت. این بدان معنی است که فقط برای حفظ سیستم ژنتیکی میتوکندری، باید چندین ده ژن اضافی در ژنوم هسته وجود داشته باشد. دلایل این "اسراف" نامشخص است و امید به یافتن پاسخ در توالی نوکلئوتیدی DNA میتوکندری محقق نشد. تصور اینکه چرا پروتئین های تشکیل شده در میتوکندری باید لزوماً در آنجا سنتز شوند، و نه در سیتوزول، دشوار است.

به طور معمول، وجود یک سیستم ژنتیکی در اندامک های انرژی با این واقعیت توضیح داده می شود که برخی از پروتئین های سنتز شده در اندامک برای عبور از غشای میتوکندری از خارج، آبگریزتر از آن هستند. با این حال، مطالعات مجتمع سنتتاز ATP نشان داده است که چنین توضیحی غیرقابل قبول است. اگرچه زیرواحدهای پروتئینی منفرد ATP سنتتاز در طول تکامل بسیار محافظت می شوند، مکان های سنتز آنها تغییر می کند. در کلروپلاست ها، چندین پروتئین نسبتاً آبدوست، از جمله چهار زیرواحد از پنج زیرواحد F1-ATPase مجموعه، بر روی ریبوزوم های درون اندامک تولید می شوند. برعکس، قارچ نوروسپوراو در سلول های حیوانی، یک جزء بسیار آبگریز (زیر واحد 9) از قسمت غشایی ATPase بر روی ریبوزوم های سیتوپلاسم سنتز می شود و تنها پس از آن به اندامک منتقل می شود. با استفاده از هر فرضیه ای که مزایای تکاملی خاص سیستم های ژنتیکی مدرن میتوکندری ها و کلروپلاست ها را فرض می کند، مکان یابی متفاوت ژن های کدکننده زیر واحدهای پروتئین های عملکردی معادل در موجودات مختلف، دشوار است.

با در نظر گرفتن همه موارد فوق، ما فقط می توانیم فرض کنیم که سیستم ژنتیکی میتوکندری نشان دهنده یک بن بست تکاملی است. در چارچوب فرضیه اندوسیمبیوتیک، این بدان معناست که فرآیند انتقال ژن‌های درون همزیستی به ژنوم هسته میزبان قبل از تکمیل کامل متوقف شد.

وراثت سیتوپلاسمی

پیامدهای انتقال ژن سیتوپلاسمی برای برخی از حیوانات از جمله انسان جدی تر از مخمر است. دو سلول مخمری هاپلوئید ادغام شده به اندازه یکسان هستند و به همان میزان DNA میتوکندریایی را به زیگوت ایجاد شده کمک می کنند. بنابراین، در مخمر، ژنوم میتوکندری از هر دو والد به ارث می رسد، که به طور مساوی در مخمر ژنی فرزندان نقش دارند (اگرچه، پس از چندین نسل جداگانه، مجزافرزندان اغلب حاوی میتوکندری تنها یکی از انواع والدین هستند). در مقابل، در حیوانات بالاتر، تخمک بیشتر از اسپرم به زیگوت سیتوپلاسم کمک می کند، و در برخی از حیوانات ممکن است اسپرم اصلاً در سیتوپلاسم مشارکت نداشته باشد. بنابراین، می توان فکر کرد که در حیوانات بالاتر، ژنوم میتوکندری تنها از یکی از والدین (یعنی توسط مادریخطوط)؛ و در واقع، این توسط آزمایشات تایید شده است. به عنوان مثال، مشخص شد که هنگام تلاقی موش‌های دو سویه آزمایشگاهی با DNA میتوکندریایی که از نظر توالی نوکلئوتیدی کمی متفاوت هستند (نوع A و B)، فرزندان حاوی

حاوی DNA میتوکندری فقط از نوع مادری است.

وراثت سیتوپلاسمی، برخلاف هسته ای، از قوانین مندل تبعیت نمی کند. این به خاطر این واقعیت است که در حیوانات و گیاهان بالاتر، گامت‌های جنس‌های مختلف حاوی مقادیر متفاوتی از میتوکندری هستند. بنابراین، در یک تخمک موش 90 هزار میتوکندری وجود دارد، اما در یک اسپرم تنها چهار میتوکندری وجود دارد. بدیهی است که در یک تخمک بارور شده، میتوکندری ها عمدتاً یا فقط از فرد ماده هستند، یعنی ارث همه ژن های میتوکندری مادری است. تجزیه و تحلیل ژنتیکی توارث سیتوپلاسمی به دلیل فعل و انفعالات هسته ای-سیتوپلاسمی دشوار است. در مورد عقیمی نر سیتوپلاسمی، ژنوم میتوکندری جهش یافته با ژن‌های هسته‌ای خاصی که آلل‌های مغلوب آن‌ها برای رشد این صفت ضروری هستند، برهمکنش می‌کند. آلل‌های غالب این ژن‌ها، چه در حالت‌های همنوع و چه در حالت هتروزیگوت، بدون توجه به وضعیت ژنوم میتوکندری، باروری گیاه را بازیابی می‌کنند.

من می خواهم با ذکر یک مثال خاص روی مکانیسم وراثت مادری ژن ها صحبت کنم. به منظور درک نهایی و غیرقابل برگشت مکانیسم توارث غیر مندلی (سیتوپلاسمی) ژن های میتوکندری، اجازه دهید در نظر بگیریم که وقتی دو سلول هاپلوئید با هم ادغام می شوند و یک زیگوت دیپلوئیدی را تشکیل می دهند، برای چنین ژن هایی چه اتفاقی می افتد. در موردی که یک سلول مخمر حامل جهشی است که مقاومت سنتز پروتئین میتوکندری در برابر کلرامفنیکل را تعیین می کند و دیگری که یک سلول از نوع وحشی است به این آنتی بیوتیک حساس است: ژن های جهش یافته را می توان به راحتی با رشد مخمر در محیطی با گلیسرول، که فقط سلول های دارای میتوکندری سالم می توانند از آن استفاده کنند. بنابراین، در حضور کلرامفنیکل، تنها سلول های حامل ژن جهش یافته می توانند در چنین محیطی رشد کنند. زیگوت دیپلوئید ما در ابتدا دارای میتوکندری جهش یافته و نوع وحشی خواهد بود. در نتیجه میتوز، یک سلول دختر دیپلوئیدی از زیگوت جوانه می‌زند که تنها حاوی تعداد کمی میتوکندری است. پس از چندین چرخه میتوزی، در نهایت یکی از سلول‌های جدید تمام میتوکندری‌ها را، اعم از جهش یافته یا وحشی، دریافت می‌کند. بنابراین، همه فرزندان چنین سلولی از نظر ژنتیکی میتوکندری یکسان خواهند داشت. چنین فرآیند تصادفی، که در نتیجه آن فرزندان دیپلوئیدی حاوی تنها یک نوع میتوکندری تشکیل می شود، نامیده می شود. میتوتیکهفتم ببینیدتجمعهفتم. هنگامی که یک سلول دیپلوئید با تنها یک نوع میتوکندری دچار میوز می شود، هر چهار سلول هاپلوئید دختر همان ژن های میتوکندری را دریافت می کنند. به این نوع ارث می گویند nemendeیک شیر لاغرییا سیتوپلاسمیبرخلاف ارث مندلی ژن های هسته ای. انتقال ژن سیتوپلاسمی به این معنی است که ژن های مورد مطالعه در میتوکندری قرار دارند.

مطالعه ژنوم های میتوکندری، تکامل آنها، که از قوانین خاص ژنتیک جمعیت پیروی می کند، و روابط بین سیستم های ژنتیکی هسته ای و میتوکندری، برای درک سازمان پیچیده سلسله مراتبی سلول یوکاریوتی و ارگانیسم به عنوان یک کل ضروری است.

برخی از بیماری های ارثی و پیری انسان با جهش های خاصی در DNA میتوکندری یا ژن های هسته ای که عملکرد میتوکندری را کنترل می کنند، مرتبط هستند. داده ها در مورد دخالت نقص mtDNA در سرطان زایی در حال جمع آوری هستند. بنابراین، میتوکندری ممکن است هدف شیمی درمانی سرطان باشد. حقایقی در مورد تعامل نزدیک ژنوم های هسته ای و میتوکندری در ایجاد تعدادی از آسیب شناسی های انسانی وجود دارد. حذف های متعدد mtDNA در بیماران مبتلا به ضعف شدید عضلانی، آتاکسی، ناشنوایی و عقب ماندگی ذهنی که به روش اتوزومال غالب به ارث رسیده بودند، مشاهده شد. دیمورفیسم جنسی در تظاهرات بالینی بیماری عروق کرونر قلب ایجاد شده است که به احتمال زیاد به دلیل اثر مادری - وراثت سیتوپلاسمی است. توسعه ژن درمانی امیدی برای اصلاح نقص در ژنوم میتوکندری در آینده قابل پیش بینی می دهد.

همانطور که مشخص است، برای بررسی عملکرد یکی از اجزای یک سیستم چند جزئی، حذف این جزء با تجزیه و تحلیل بعدی تغییرات رخ داده ضروری است. از آنجایی که موضوع این چکیده نشان دادن نقش ژنوم مادر در رشد فرزندان است، منطقی است که با پیامدهای اختلالات در ترکیب ژنوم میتوکندری ناشی از عوامل مختلف آشنا شویم. ابزار مطالعه نقش فوق فرآیند جهش بود و پیامدهای عمل آن که به ما علاقه داشت به اصطلاح بود. بیماری های میتوکندری

بیماری‌های میتوکندری نمونه‌ای از وراثت سیتوپلاسمی در انسان یا به‌طور دقیق‌تر «وراثت ارگانل» هستند. این شفاف سازی باید انجام شود زیرا وجود، حداقل در برخی ارگانیسم‌ها، تعیین‌کننده‌های ارثی سیتوپلاسمی که با اندامک‌های سلولی مرتبط نیستند - سیتوژن‌ها اکنون ثابت شده است (-Vechtomov، 1996).

بیماری‌های میتوکندری گروهی ناهمگن از بیماری‌ها هستند که در اثر نقص‌های ژنتیکی، ساختاری و بیوشیمیایی میتوکندری و اختلال در تنفس بافتی ایجاد می‌شوند. برای تشخیص بیماری میتوکندری، تجزیه و تحلیل جامع تبارشناسی، بالینی، بیوشیمیایی، مورفولوژیکی و ژنتیکی مهم است. علامت اصلی بیوشیمیایی آسیب شناسی میتوکندری، ایجاد اسیدوز لاکتیک در ترکیب با اسیدمی هیپرپیرواتیک است. تعداد گزینه های مختلف به 120 فرم رسید. افزایش پایدار در غلظت اسیدهای لاکتیک و پیروویک در مایع مغزی نخاعی وجود دارد.

بیماری های میتوکندری (MD) یک مشکل مهم برای پزشکی مدرن است. با توجه به روش های انتقال ارثی، MD ها شامل بیماری هایی هستند که به صورت تک ژنی بر اساس نوع مندلی به ارث می رسند که در آنها به دلیل جهش ژن های هسته ای، یا ساختار و عملکرد پروتئین های میتوکندری مختل می شود و یا بیان DNA میتوکندری نیز تغییر می کند. به عنوان بیماری های ناشی از جهش ژن های میتوکندری، که عمدتا از طریق خط مادر به فرزندان منتقل می شود.

داده‌های حاصل از مطالعات مورفولوژیکی نشان‌دهنده آسیب‌شناسی شدید میتوکندری‌ها: تکثیر غیرطبیعی میتوکندری‌ها، چندشکلی میتوکندری‌ها با اختلال در شکل و اندازه، بهم ریختگی کریستاها، تجمع میتوکندری‌های غیرطبیعی در زیر سارکولم، وجود انکلوزیون‌های پاراکریستالی در میتوکندری‌ها،

انواع بیماری های میتوکندری

1 . بیماری های میتوکندریایی ناشی از جهش در DNA میتوکندری

1.1.بیماری های ناشی از حذف DNA میتوکندری

1.1.1. سندرم کایرنز-سایر

این بیماری در سنین 4 تا 18 سالگی خود را نشان می دهد، افتالموپلژی خارجی پیشرونده، رتینیت پیگمانتوزا، آتاکسی، لرزش قصدی، بلوک دهلیزی بطنی، افزایش سطح پروتئین در مایع مغزی نخاعی بیش از 1 گرم در لیتر، الیاف قرمز "پاره" در اسکلتی. بیوپسی عضلانی

1.1.2. سندرم پیرسون

شروع بیماری از بدو تولد یا در ماه های اول زندگی است، گاهی اوقات ممکن است انسفالومیوپاتی، آتاکسی، زوال عقل، افتالموپلژی خارجی پیشرونده، کم خونی هیپوپلاستیک، اختلال در عملکرد برون ریز پانکراس، سیر پیشرونده ایجاد شود.

2 .بیماری های ناشی از جهش نقطه ای در DNA میتوکندری

نوع وراثت مادر، کاهش حاد یا تحت حاد حدت بینایی در یک یا هر دو چشم، ترکیب با اختلالات عصبی و استئوآرتیکولی، میکروآنژیوپاتی شبکیه، سیر پیشرونده با امکان بهبود یا ترمیم حدت بینایی، شروع بیماری در سن 20 سالگی -30 سال

2.2. سندرم NAPR (نوروپاتی، آتاکسی، رتینیت پیگمانتوزا)

نوع توارث مادری، ترکیبی از نوروپاتی، آتاکسی و رتینیت پیگمانتوزا، تاخیر در رشد روانی حرکتی، زوال عقل، وجود الیاف قرمز "پاره" در نمونه برداری بافت عضلانی

2.3. سندرم MERRF (میوکلونوس-صرع، الیاف قرمز "پاره شده")

نوع توارث مادری، شروع بیماری در سنین 65-3 سالگی، صرع میوکلونیک، آتاکسی، زوال عقل همراه با ناشنوایی حسی عصبی، آتروفی اعصاب بینایی و اختلالات حساسیت عمیق، اسیدوز لاکتیک، معاینات EEG صرع عمومی حمام را نشان می دهد. کمپلکس‌ها، الیاف قرمز "پاره‌دار" در بیوپسی عضله اسکلتی، سیر پیشرونده

2.4 سندرم MELAS (انسفالومیوپاتی میتوکندری، اسیدوز لاکتیک، قسمت های مشابه سکته مغزی)

نوع وراثت مادری، شروع بیماری قبل از 40 سالگی، عدم تحمل ورزش، سردردهای شبیه میگرن همراه با حالت تهوع و استفراغ، دوره‌های سکته مانند، تشنج، اسیدوز لاکتیک، فیبرهای قرمز "پاره‌دار" در بیوپسی عضلانی، سیر پیشرونده.

3 آسیب شناسی مرتبط با نقص در ارتباطات بین ژنومی

3.1. سندرم های حذف چندگانه DNA میتوکندریایی

بلفاروپتوز، افتالموپلژی خارجی، ضعف عضلانی، ناشنوایی حسی عصبی، آتروفی عصب بینایی، سیر پیشرونده، فیبرهای قرمز "پاره شده" در بیوپسی عضله اسکلتی، کاهش فعالیت آنزیم های زنجیره تنفسی.

3.2. سندرم حذف DNA میتوکندری

حالت توارث اتوزومال مغلوب

اشکال بالینی:

3.2.1.نوزاد کشنده

الف) نارسایی شدید کبدی ب) هپاتوپاتی ج) افت فشار خون عضلانی

اولین در دوره نوزادی

3.2.2.میوپاتی مادرزادی

ضعف شدید عضلانی، افت فشار خون عمومی، کاردیومیوپاتی و تشنج، آسیب کلیه، گلیکوزوری، آمینواسیدوپاتی، فسفاتوری

3.2.3.میوپاتی نوزادی

در 2 سال اول زندگی، ضعف پیشرونده عضلانی، آتروفی گروه های عضلانی پروگزیمال و از دست دادن رفلکس های تاندون، سیر سریع پیشرونده، مرگ در 3 سال اول زندگی رخ می دهد.

4 بیماری های میتوکندری ناشی از جهش های DNA هسته ای

4.1.بیماری های مرتبط با نقص در زنجیره تنفسی

4.1.1. کمبود کمپلکس 1 (NADH:CoQ ردوکتاز)

شروع بیماری قبل از 15 سالگی، سندرم میوپاتی، تاخیر در رشد روانی حرکتی، اختلالات سیستم قلبی عروقی، تشنج های مقاوم به درمان، اختلالات عصبی متعدد، سیر پیشرونده

4.1.2. کمبود کمپلکس 2 (سوکسینات-کوکیو ردوکتاز)

با سندرم انسفالومیوپاتی، سیر پیشرونده، تشنج، ایجاد احتمالی پتوز مشخص می شود.

4.1.3. کمبود کمپلکس 3 (CoQ-سیتوکروم C اکسیدوردوکتاز)

اختلالات چند سیستمی، آسیب به اندام ها و سیستم های مختلف، شامل سیستم عصبی مرکزی و محیطی، سیستم غدد درون ریز، کلیه ها، دوره پیش رونده

4.1.4. کمبود کمپلکس (سیتوکروم C اکسیداز)

4.1.4.1.اسیدوز لاکتیک مادرزادی نوزادی کشنده

میوپاتی میتوکندری با نارسایی کلیوی یا کاردیومیوپاتی، شروع در سن نوزادی، اختلالات تنفسی شدید، افت فشار خون منتشر عضلانی، سیر پیشرونده، مرگ در سال اول زندگی.

4.1.4.2.ضعف عضلانی خوش خیم نوزاد

آتروفی، با درمان کافی و به موقع، تثبیت سریع روند و بهبودی تا 1-3 سال زندگی امکان پذیر است.

5 سندرم منکس (تریکوپلیودیستروفی)

تاخیر شدید در رشد روانی حرکتی، توقف رشد، اختلال در رشد و تغییرات دیستروفیک در مو،

6 . انسفالومیوپاتی های میتوکندریایی

6.1.سندرم لی(آنسفالومیلوپاتی عصبی روان‌ساز تحت حاد)

پس از 6 ماه زندگی ظاهر می شود، هیپوتونی عضلانی، آتاکسی، نیستاگموس، علائم هرمی، افتالمپلژی، آتروفی عصب بینایی، اضافه شدن کاردیومیوپاتی و اسیدوز متابولیک خفیف اغلب مشاهده می شود.

6.2.سندرم آلپر(پلی دیستروفی اسکلروزان پیشرونده)

دژنراسیون ماده خاکستری مغز همراه با سیروز کبدی، کمبود کمپلکس 5 (ATP سنتتاز)، تاخیر در رشد روانی حرکتی، آتاکسی، زوال عقل، ضعف عضلانی، سیر پیشرونده بیماری، پیش آگهی نامطلوب

6.3. کمبود کوآنزیم کیو

بحران های متابولیک، ضعف و خستگی عضلانی، چشمی، ناشنوایی، کاهش بینایی، حملات مشابه سکته مغزی، آتاکسی، صرع میوکلونوس، آسیب کلیوی: گلوکوزوری، آمینواسیدوپاتی، فسفاتوری، اختلالات غدد درون ریز، سیر پیشرونده، کاهش فعالیت زنجیره تنفسی

7 .بیماری های مرتبط با اختلالات متابولیک اسیدهای لاکتیک و پیروویک

7.1 کمبود پیرووات کربوکسیلاز نوع توارث اتوزومی مغلوب، شروع بیماری در دوره نوزادی، کمپلکس علائم "کودک شل"، تشنج مقاوم به درمان، غلظت بالای اجسام کتون در خون، هیپرآمونمی، هایپرلیزینمی، کاهش فعالیت پیرووات در کربوکسیلاز. ماهیچه های اسکلتی

7.2. کمبود پیروات دهیدروژناز

تظاهرات در دوره نوزادی، دیسمورفی جمجمه-صورتی، تشنج های مقاوم به درمان، اختلالات تنفسی و مکیدن، کمپلکس علائم "کودک شل"، دیسژنزی مغزی، اسیدوز شدید با سطوح بالای لاکتات و پیرووات

7.3. کاهش فعالیت پیروات دهیدروژناز

شروع در سال اول زندگی، میکروسفالی، تاخیر در رشد روانی حرکتی، آتاکسی، دیستونی عضلانی، کرئوآتتوز، اسیدوز لاکتیک با محتوای پیرووات بالا

7.4 کمبود دی هیدرولیپوئیل ترانس استیلاز

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در دوره نوزادی، میکروسفالی، تاخیر در رشد روانی حرکتی، هیپوتونی عضلانی با افزایش متعاقب تون عضلانی، آتروفی دیسک بینایی، اسیدوز لاکتیک، کاهش فعالیت دی هیدرولیپویل ترانس استیلاز

7.5 کمبود دی هیدرولیپویل دهیدروژناز

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در سال اول زندگی، کمپلکس علائم "کودک شل"، بحران های متابولیک با استفراغ و اسهال، تاخیر در رشد روانی حرکتی، آتروفی دیسک های بینایی، اسیدوز لاکتیک، افزایش سطح آلانین در سرم خون، α-کتوگلوتارات، اسیدهای آلفا کتو با زنجیره شاخه ای، کاهش فعالیت دی هیدرولیپویل دهیدروژناز

8 .بیماری های ناشی از نقص در بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب

8.1. کمبود استیل کوآ دهیدروژناز با زنجیره کربن طولانی

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در ماه های اول زندگی، بحران های متابولیک همراه با استفراغ و اسهال، کمپلکس علائم کودک شل، هیپوگلیسمی، اسیدوری دی کربوکسیلیک، کاهش فعالیت استیل کوآ دهیدروژناز چربی با زنجیره بلند کربن اسیدها

8.2 کمبود استیل-کربن دهیدروژناز با زنجیره متوسط

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در دوره نوزادی یا ماه های اول زندگی، بحران های متابولیک همراه با استفراغ و اسهال،

ضعف عضلانی و افت فشار خون، سندرم مرگ ناگهانی اغلب ایجاد می شود، هیپوگلیسمی، اسیدوری دی کربوکسیلیک، کاهش فعالیت استیل کوآ دهیدروژناز اسیدهای چرب با زنجیره متوسط ​​کربن

8.3. کمبود اسید چرب استیل کوآ دهیدروژناز با زنجیره کوتاه

نوع توارث اتوزومال مغلوب، سنین مختلف شروع بیماری، کاهش تحمل ورزش، بحران متابولیک همراه با استفراغ و اسهال، ضعف عضلانی و افت فشار خون، افزایش دفع ادراری متیل سوکسینیک اسید، استیل کوآ دهیدروژناز اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه کربنی

8.4 کمبود چندگانه استیل کوآ دهیدروژنازهای اسیدهای چرب

فرم نوزادی: بدشکلی جمجمه-صورتی، دیس ژنزی مغز، هیپوگلیسمی و اسیدوز شدید، دوره بدخیم، کاهش فعالیت تمام استیل کوآ دهیدروژنازهای اسیدهای چرب،

شکل نوزادی:مجموعه علائم "کودک شل"، کاردیومیوپاتی، بحران های متابولیک، هیپوگلیسمی و اسیدوز

8.5. کاهش فعالیت تمام اسیدهای چرب استیل کوآ دهیدروژنازها

فرم شروع دیرهنگام:دوره های دوره ای ضعف عضلانی، بحران های متابولیک، هیپوگلیسمی و اسیدوز کمتر مشخص می شود، هوش حفظ می شود،

9 آنزیموپاتی های چرخه کربس

9.1.کمبود فوماراز

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در دوره نوزادی یا نوزادی، میکروسفالی، ضعف عمومی عضلانی و افت فشار خون، دوره‌های بی‌حالی، انسفالوپاتی با پیشرفت سریع، پیش آگهی ضعیف

9.2 کمبود سوکسینات دهیدروژناز

یک بیماری نادر که با آنسفالومیوپاتی پیشرونده مشخص می شود

9.3 کمبود آلفا کتوگلوتارات دهیدروژناز

نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع بیماری در نوزادان، میکروسفالی، کمپلکس علائم "کودک شل"، دوره‌های بی‌حالی، اسیدوز لاکتیک، سیر سریع پیشرونده، کاهش محتوای آنزیم‌های چرخه کربس در بافت‌ها.

9.4. سندرم های کمبود کارنیتین و آنزیم های متابولیسم آن

کمبود کارنیتین پالمیتوئیل ترانسفراز-1، نوع توارث اتوزومال مغلوب، شروع زودرس بیماری، دوره های کمای هیپوگلیسمی غیر کتونمی، هپاتومگالی، هیپرتری گلیسریدمی و هیپرآمونمی متوسط، کاهش فعالیت کارنیتین پالمیتوئیل ترانسفراز-1 در سلول های فیبروبلاست و

9.5. کمبود کارنیتین آسیل کارنیتین ترانس لوکاز

شروع زودهنگام بیماری، اختلالات قلبی عروقی و تنفسی، مجموعه علائم "کودک شل"، دوره های بی حالی و کما، افزایش غلظت استرهای کارنیتین و زنجیره های کربنی طولانی در پس زمینه کاهش کارنیتین آزاد در سرم خون، کاهش فعالیت کارنیتین آسیل کارنیتین ترانسلوکاز

9.6. کمبود کارنیتین پالمیتویل ترانسفراز-2

نوع توارث اتوزومال مغلوب، ضعف عضلانی، میالژی، میوگلوبینوری، کاهش فعالیت کارنیتین پالمیتوئیل ترانسفراز-2 در عضلات اسکلتی

نوع توارث اتوزومال مغلوب، کمپلکس علائم میوپاتیک، دوره‌های بی‌حالی و بی‌حالی، کاردیومیوپاتی، دوره‌های هیپوگلیسمی، کاهش سطح کارنیتین سرم و افزایش دفع ادراری.

پس از تجزیه و تحلیل چنین لیست "وحشتناک" آسیب شناسی مرتبط با تغییرات خاصی در عملکرد ژنوم میتوکندری (و نه تنها) ، سوالات خاصی مطرح می شود. محصولات ژن های میتوکندری چیست و در کدام فرآیندهای سلولی فوق حیاتی شرکت دارند؟

همانطور که مشخص شد، برخی از آسیب شناسی های فوق می توانند به دلیل اختلال در سنتز 7 زیر واحد کمپلکس NADH دهیدروژناز، 2 زیر واحد سنتتاز ATP، 3 زیر واحد سیتوکروم c اکسیداز و 1 زیر واحد یوبی کوینول-سیتوکروم سی ردوکتاز (سیتوتوکروم) رخ دهند. ب) که محصولات ژنی میتوکندری هستند. بر این اساس می توان نتیجه گرفت که این پروتئین ها نقش کلیدی در فرآیندهای تنفس سلولی، اکسیداسیون اسیدهای چرب و سنتز ATP، انتقال الکترون در سیستم انتقال الکترون غشای MT داخلی، عملکرد سیستم آنتی اکسیدانی و غیره دارند.

با قضاوت بر اساس آخرین داده ها در مورد مکانیسم های آپوپتوز، بسیاری از دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که یک مرکز کنترل آپوپتوز وجود دارد...

نقش پروتئین های میتوکندری نیز در استفاده از آنتی بیوتیک هایی که سنتز میتوکندری را مسدود می کنند نشان داده شده است. اگر سلول های انسانی در کشت بافت با آنتی بیوتیکی مانند تتراسایکلین یا کلرامفنیکل درمان شوند، رشد آنها پس از یک یا دو تقسیم متوقف می شود. این به دلیل مهار سنتز پروتئین میتوکندری است که منجر به ظهور میتوکندری های معیوب و در نتیجه تشکیل ناکافی ATP می شود. پس چرا می توان از آنتی بیوتیک ها برای درمان عفونت های باکتریایی استفاده کرد؟ چندین پاسخ برای این سوال وجود دارد:

1. برخی از آنتی بیوتیک ها (مانند اریترومایسین) از غشای داخلی میتوکندری پستانداران عبور نمی کنند.

2. بیشتر سلول های بدن ما خیلی آهسته تقسیم یا تقسیم نمی شوند، بنابراین جایگزینی میتوکندری های موجود با میتوکندری های جدید به همین آرامی اتفاق می افتد (در بسیاری از بافت ها، نیمی از میتوکندری ها در حدود پنج روز یا حتی بیشتر جایگزین می شوند). بنابراین، تعداد میتوکندری‌های نرمال تنها در صورتی به حد بحرانی کاهش می‌یابد که انسداد سنتز پروتئین میتوکندری برای چندین روز حفظ شود.

3. شرایط خاصی در بافت مانع از ورود داروهای خاص به میتوکندری حساس ترین سلول ها می شود. برای مثال، غلظت بالای Ca2+ در مغز استخوان منجر به تشکیل کمپلکس Ca2+-tetracycline می‌شود که نمی‌تواند به پیش‌سازهای سلولی خونی که به سرعت تقسیم می‌شوند (و در نتیجه آسیب‌پذیرترین) نفوذ کند.

این عوامل امکان استفاده از داروهایی را که سنتز پروتئین میتوکندریایی را مهار می کنند به عنوان آنتی بیوتیک در درمان حیوانات بالاتر ممکن می سازد. تنها دو مورد از این داروها دارای عوارض جانبی هستند: درمان طولانی مدت با دوزهای زیاد کلرامفنیکل می تواند منجر به اختلال در عملکرد خون ساز مغز استخوان (سرکوب تشکیل گلبول های قرمز و سفید خون) شود و استفاده طولانی مدت از تتراسایکلین می تواند منجر به اختلال در عملکرد خون ساز مغز استخوان شود. به اپیتلیوم روده آسیب برساند. اما در هر دو مورد، هنوز کاملاً مشخص نیست که آیا این عوارض جانبی ناشی از مسدود شدن بیوژنز میتوکندری است یا دلیل دیگری.

نتیجه

ویژگی های ساختاری و عملکردی ژنوم mt به شرح زیر است. اولاً مشخص شده است که mtDNA از مادر به همه او منتقل می شود

فرزندان و از دختران او به تمام نسل های بعدی، اما پسران DNA خود را (ارث مادری) منتقل نمی کنند. شخصیت مادرانه

وراثت mtDNA احتمالاً با دو مورد مرتبط است: یا نسبت mtDNA پدری بسیار کم است (نه

بیش از یک مولکول DNA در هر 25 هزار mtDNA مادری) که با روش های موجود قابل شناسایی نیستند یا پس از لقاح، تکثیر میتوکندری های پدری مسدود می شود. ثانیاً، عدم وجود تنوع ترکیبی - mtDNA تنها به یکی از والدین تعلق دارد، بنابراین، رویدادهای نوترکیبی مشخصه DNA هسته ای در میوز وجود ندارد و توالی نوکلئوتیدی از نسلی به نسل دیگر تنها به دلیل جهش تغییر می کند. ثالثاً mtDNA اینترون ندارد

(احتمال زیادی که یک جهش تصادفی بر منطقه کد کننده DNA تأثیر می گذارد)، هیستون های محافظ و یک سیستم ترمیم DNA موثر - همه اینها نرخ جهش را 10 برابر بیشتر از DNA هسته ای تعیین می کند. چهارم، mtDNA طبیعی و جهش یافته می توانند به طور همزمان در یک سلول وجود داشته باشند - پدیده هتروپلاسمی (وجود mtDNA فقط نرمال یا فقط جهش یافته هموپلاسمی نامیده می شود). در نهایت، هر دو زنجیره در mtDNA رونویسی و ترجمه می‌شوند، و در تعدادی از ویژگی‌ها، کد ژنتیکی mtDNA با کد جهانی متفاوت است (UGA تریپتوفان را کد می‌کند، AUA متیونین را رمز می‌کند، AGA و AGG را متوقف می‌کند.

کدون ها).

این ویژگی ها و عملکردهای فوق ژنوم mt، مطالعه تغییرپذیری توالی نوکلئوتیدی mtDNA را به ابزاری ارزشمند برای پزشکان، دانشمندان پزشکی قانونی، زیست شناسان تکاملی تبدیل کرده است.

نمایندگان علم تاریخی در حل مشکلات خاص خود.

از سال 1988، زمانی که کشف شد جهش‌های ژن mtDNA زمینه میوپاتی‌های میتوکندریایی (J. Y. Holt و همکاران، 1988) و نوروپاتی ارثی بینایی Leber (D. C. Wallace, 1988) را تشکیل می‌دهند، شناسایی سیستماتیک بیشتر جهش‌ها در تشکیل ژن mt انسانی انجام شد. مفهوم بیماری های میتوکندری (MD). در حال حاضر، جهش های پاتولوژیک mtDNA در هر نوع ژن میتوکندری کشف شده است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. اسکولاچف، میتوکندری و اکسیژن، سوروس. تحصیلات مجله

2. مبانی بیوشیمی: در سه جلد، م.: میر، .

3. Nicholes D. G. Bioenergetics, An Introd. به شیمی. Th., Acad. مطبوعات، 1982.

4. Styer L. Biochemistry, 2nd ed. سانفرانسیسکو، فریمن، 1981.

5. غشاهای بیولوژیکی Skulachev. م.، 1989.

6. شبکه چنتسف: ساختار و برخی کارکردها // نتایج علم. مشکلات عمومی زیست شناسی 1989

7. سیتولوژی چنتسف. M.: انتشارات دانشگاه دولتی مسکو، 1995

8. , محدوده صلاحیت ژنوم میتوکندری // Vestn. RAMS، 2001. ‹ 10. P. 31-43.

9. Holt I. J.، Harding A. E.، Morgan-Hughes I. A. حذف DNA میتوکندری عضلانی در بیماران مبتلا به میوپاتی میتوکندریایی. طبیعت 1988، 331:717-719.

10. و غیره.ژنوم انسان و ژن های مستعد. سن پترزبورگ، 2000

11. , ژنوم میتوکندری. نووسیبیرسک، 1990.

12. // سوروس. تحصیلات مجله 1999. شماره 10. ص 11-17.

13. نقش همزیستی در تکامل سلولی م.، 1983.

14. // سوروس. تحصیلات مجله 1998. شماره 8. ص.2-7.

15. // سوروس. تحصیلات مجله 2000. شماره 1. ص 32-36.

دانشگاه ملی کیف به نام. تاراس شوچنکو

گروه زیست شناسی

انشا

با موضوع:

نقش ژنوم مادر در رشد فرزندان

باآنجاهnta IVدوره

گروه بیوشیمی

فرولووا آرتم

کیف 2004

طرح:

معرفی................................................. ................................1

نظریه همزیستی منشا میتوکندری......2

نقش هسته سلول در بیوژنز میتوکندری .............................. ..........5

سیستم های انتقال میتوکندری ................................................ ...................... 7

اندازه و شکل ژنوم های میتوکندری................................................10

عملکرد ژنوم میتوکندری ...................14

اهمیت داشتن سیستم ژنتیکی خاص خود برای میتوکندری .............................. ...................................................19

وراثت سیتوپلاسمی ...................................20

رونوشت ارائه

سندرم Leber: LHON (1871) از دست دادن بینایی ارثی مادر در افراد 20-30 ساله به دلیل آتروفی عصب بینایی و تحلیل لایه سلول گانگلیونی شبکیه رخ می دهد. این بیماری با جهش منتقل شده از مادر در DNA میتوکندری در ارتباط است. یکی از ژن های ND (کمپلکس I). در 70٪ موارد G11778A (ND4) و در ژاپن در 90٪ موارد، در 13٪ موارد G3460A (ND1) است. در 14% موارد T14484C (ND6) جهش در حالت هموپلاسمی است.

634 جفت باز تشخیص DNA سندرم Leber در خانواده N توسط ما برای اولین بار در سال 2006 انجام شد.

در 80-85٪ موارد، مردان مبتلا می شوند (کروموزوم X حامل نوعی مکان حساس است؟) فقط 50٪ از مردان و 10٪ از زنانی که جهش های پیچیده I بیماری زا را حمل می کنند، در واقع از دست دادن بینایی را تجربه می کنند؟ اغلب، جهش های منجر به سندرم Leber در mtDNA هاپلوگروپ J رخ می دهد. این گروه را حدود 15 درصد اروپایی ها حمل می کنند ?? آیا عوامل اضافی در شکل گیری بیماری دخیل هستند (؟؟؟)

شایع‌ترین جهش نقطه‌ای: A3243G در tRNA لوسین در اکثر بیماران مبتلا به سندرم MELAS یافت می‌شود دوره‌های مشابه سکته مغزی میوپاتی اسیدوز لاکتیک آنسفالوپاتی این جهش منحصراً در حالت هتروپلاسمی رخ می‌دهد در برخی خانواده‌ها A3243G عمدتاً باعث کاردیومیوپاتی، در برخی دیگر دیابت و نارسایی PEO می‌شود. ، چهارم - انسفالوپاتی؟؟؟

ما سندرم MELAS را در سال 2007 آزمایش کردیم. مرگ ناگهانی پس از آسیب میتوکندریوپاتی یک جهش MELAS در پسر (80٪ مولکول های جهش یافته در خون) و در مادر (40٪) کشف شد.

RNA (ادامه) جهش A8344G در ژن tRNA لیزین در سطحی از مولکول های جهش یافته 85% منجر به سندرم MERRF می شود: Myoclonus-epilepsy. فیبرهای عضلانی قرمز "پاره"؛ عقب ماندگی ذهنی؛ آتاکسی آتروفی عضلانی و غیره. مادران بیماران معمولاً از نظر فنوتیپی سالم هستند یا علائم خفیفی دارند.

شایع ترین جهش ژن 12S rRNA A1555G باعث کاهش شنوایی غیر سندرمی به دلیل حساسیت ناقلان جهش به آمینوگلیکوزیدهای اتوتوکسیک می شود.

NARP (نوروپاتی آتاکسی و رتینیت پیگمانتوزا) جهش در ژن ATPase6 - انتقال T - G در نوکلئوتید 8993 (70-90 درصد DNA جهش یافته) T8993G: لوسین در ATPase6 با آرژنین جایگزین می شود که منجر به اختلال در سنتز ATP می شود. mtDNA بیش از 90٪ است، تظاهرات بالینی زودتر مشاهده می شود و علائم شدیدتر است: انسفالوپاتی نکروزان تحت حاد با ویژگی های سندرم لی (LS)

بیماری نورودژنراتیو: - ضایعات نکروز متقارن در نواحی زیر قشری سیستم عصبی مرکزی - عقده های قاعده ای، تالاموس، ساقه مغز، طناب نخاعی. - دمیلیناسیون، تکثیر عروقی و "گلیوز"؛ - رگرسیون حرکتی و ذهنی، آتاکسی، دیستونی، تنفس غیر طبیعی این بیماری در اوایل دوران کودکی شروع می شود، به ندرت در بزرگسالی. مرگ معمولاً دو سال پس از شروع بیماری رخ می دهد

DNA (MILS) 7/10 موارد - جهش مغلوب ژن های اتوزومی هسته ای کد کننده زیر واحدهای زنجیره تنفسی یا پروتئین های دخیل در مونتاژ آن ATPase 6 LS 1/10 موارد - جهش های کروموزوم X PDHC

علت حذف بزرگ 5 کیلوبایت است. 5 ژن tRNA و 5 ژن پروتئین از بین می روند KSS - یک آسیب شناسی چند سیستمی کشنده، در سن 4-18 سالگی ظاهر می شود: CPEO، رتینیت پیگمانتوزا، آتاکسی، ناشنوایی، اختلال عملکرد غدد درون ریز، بلوک قلب دهلیزی، افزایش سطح پروتئین در مایع مغزی نخاعی. بیش از 100 میلی گرم در دسی لیتر، فیبرهای "ضخیم" در عضلات اسکلتی حذف ارثی نیست

2 سندرم: سندرم پیرسون - کم خونی هیپوپلاستیک PS، اختلال در عملکرد برون ریز پانکراس سندرم PEO - چشمی پیشرونده خارجی هر سه سندرم پراکنده هستند و بسته به جداسازی mtDNA جهش یافته با تجمع در بافت های مختلف تشکیل می شوند.

پ.ن. به جای KSS کشنده، PEO ممکن است مشاهده شود افتالمپلژی خارجی پیشرونده، پتوز آسیب شناسی با فلج عضلات خارج چشمی همراه است. درصد مولکول های جهش یافته در این مورد کمتر از سندرم KSS است، سندرم با تهدیدی برای زندگی بیمار از نظر بیوشیمیایی، نقص در آنزیم های زنجیره تنفسی در عضلات، به ویژه سیتوکروم اکسیداز مشاهده می شود.

کاهش -MDS 1 - 30 درصد از مقدار طبیعی mtDNA در سلول ها باقی می ماند. میوپاتی همراه با افت فشار خون عمومی؛ کاردیومیوپاتی همراه با تشنج (سندرم de-Toni-Debreu-Fanconi)؛ آتروفی گروه های عضلانی پروگزیمال؛ از دست دادن رفلکس های تاندون مرگ در موارد شدید در سال اول زندگی رخ می دهد

ژن های زنجیره تنفسی LHON LHON+دیستونی میوپاتی پراکنده میوپاتی پراکنده آنسفالومیوپاتی میوپاتی پراکنده NARP MILS FBSN M I سندرم لی Leukodystrophy سندرم لی سندرم Ley's Cardioencephalopathy Leukodystrophy/Tubulopathy Leukodystrophy/tubulopathy

ناهنجاری میتوکندری؟ اگر علائم واضح هستند، خون را از ورید خارج کنید و آزمایش PCR را برای جهش یا حذف نقطه ای انجام دهید، اگر نتیجه آزمایش خون منفی است، این به معنای عدم وجود بیماری (هتروپلاسمی!) نیست. یک آزمایش عضلانی یا پوستی در بزرگسالان در کودکان برای آزمایش غیر تهاجمی از رسوب ادرار، خراشیدن سطح داخلی گونه، کمتر فولیکول های مو استفاده کنید.

ناهنجاری میتوکندری؟ (2) عضله تازه از نظر بافت شناسی و هیستوشیمیایی تجزیه و تحلیل می شود. اگر نقصی در یک پیوند تشخیص داده شود، این نشان دهنده جهش زیر واحد مربوطه (i یا m) است، اگر نقص ها متعدد باشند، نقص در mt tRNA یا ژن های هسته ای درگیر در عملکرد میتوکندری ممکن است.

ناهنجاری میتوکندری؟ (3) گاهی اوقات نقص خود را در حین ورزش نشان می دهد (سندرم NARP به دلیل جهش ژن ATPase6) - آزمایش بالینی مورد نیاز است: ورزش بدنی با اندازه گیری لاکتات، رزونانس مغناطیسی یا طیف سنجی مادون قرمز در نهایت، در موردی که هنوز توضیح داده نشده است، نادر است جهش های "خصوصی"، توالی یابی مستقیم mtDNA انجام می شود

بیماری‌های درگیر ارگان‌های مختلف و تظاهرات همزمان ناهنجاری‌های ظاهراً نامرتبط افتالموپلژی خارجی همراه با اختلالات هدایت عضلانی قلبی و آتاکسی مخچه میگرن همراه با ضعف عضلانی انسفالومیوپاتی همراه با دیابت تهوع، استفراغ همراه با آتروفی‌بیتایی اپتیکال و اختلالات قلبی عروقی پتوز و رتینوپاتی کوتاه قد با میوپاتی و حملات مشابه سکته مغزی اختلال عملکرد پانکراس اگزوکرین با کم خونی سیدروبلاستیک تاخیر در رشد یا از دست دادن مهارت ها و افتالموپلژی، افتالموپارزی

بیماری های میتوکندری؟ فراوانی انسفالوپاتی های میتوکندری تقریباً 1: 11000 تعیین شده است. فراوانی کلی بیماری های میتوکندری 1: 8000 است سن بروز بیماری های میتوکندری بسیار متفاوت است ~ 50٪ بعد از 5 سال ~ 50٪ قبل از 5 سال مرگ و میر ناشی از 5 بیماری میتوکندری است. -20% در سال از تاریخ تجلی

میتوکندریوپاتی، پس از ابتلا به بیماری های عفونی، وضعیت او می تواند به شدت بدتر شود، استرس، ناشتا بودن، بی حرکتی طولانی مدت، مصرف داروهای آرام بخش با احتیاط.

بیماری ها - این چقدر واقع بینانه است؟ رویکرد فارماکولوژیک ویتامین ها، کوفاکتورها، پاک کننده های رادیکال آزاد - برای جلوگیری از آسیب به زنجیره تنفسی موفق ترین نمونه دی کلرواستات است که برای کاهش اسیدوز لاکتیک در بیماران مبتلا به MELAS استفاده می شود. موفقیت جزئی و موقت است، اغلب درمان بی اثر است.

بیماری ها (2) رویکرد دیگر کاهش نسبت mtDNA جهش یافته به طبیعی است. افزایش تعداد مولکول های غیر جهش یافته با "تغییر ژن" معمولاً سلول های ماهواره ای در پاسخ به استرس یا ورزش با میوفیبریل های اسکلتی تکثیر می شوند درصد کمتری از mtDNA جهش یافته در سلول های ماهواره ای نسبت به ماهیچه های اسکلتی دارند نسبت مولکول های mtDNA طبیعی در عضله افزایش یافته، نقص اصلاح شد تکثیر سلول های ماهواره ای در عضلات اسکلتی القا می شود.

بیماری ها (3) II کاهش تعداد مولکول های mtDNA جهش یافته توسعه مولکول های مصنوعی که به طور انتخابی به DNA جهش یافته متصل می شوند و تکثیر آنها را مسدود می کنند.

بیماری ها (4) "بازسازی درون سلولی مولکولی" واردات tRNA های طبیعی از سیتوپلاسم به جای میتوکندری های معیوب جایگزینی مجتمع تنفسی معیوب. زنجیر به یک طبیعی به دست آمده از ارگانیسم دیگر (مخمر) پیوند هسته سلول تخم از سیتوپلاسم جهش یافته به سیتوپلاسم طبیعی همه این رویکردها در مرحله توسعه تجربی هستند.

بیماری ها - این چقدر واقع بینانه است؟ درمان بیماری میتوکندری امروزه غیرممکن است: فیزیوتراپی فیزیکی، ژیمناستیک هوازی، ورزش متوسط ​​و سبک داروهای ضد صرع، هورمون‌ها، ویتامین‌ها، متابولیت‌ها، کوفاکتورها بلفاروپلاستی فارماکولوژیک، کاشت سرپیچ، قلب، کلیه، پیوند زیر بریدگی کبد، گاستروتومی آندوسکوپی، میوتومی کریکوفارنکس جراحی

بیماری های میتوکندری یا تشدید دوره آنها والپروات: فراوانی تشنج را در MELAS افزایش می دهد، آسپرین کبدی سمی، کورتیکواستروئیدهای فنوباربیتال تتراسایکلین، کلرامفنیکل آمینوگلیکوزید استرپتومایسین، جنتامایسین، آمیکاسین، نئومایسین، کانامایسین - تظاهرات ototoxices MELAS) داروهای ضد رتروویروسی: AZT – زیدوودین، دوکسوروبیسین باعث کاهش mtDNA می‌شوند. فهرست هنوز کامل نیست!

بارگذاری بیشتر...

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

ژنتیک میتوکندری

1. ژنتیک رسمی میتوکندری

برخلاف پلاستیدها، میتوکندری ها در همه یوکاریوت ها یافت می شوند: گیاهان، حیوانات و قارچ ها. میتوکندری ها در هر سه پادشاهی عملکرد یکسانی دارند و ساختار آنها به طور کلی مشابه است. میتوکندری ها ساختارهای گردی هستند که اندازه آنها از 1 میکرون متغیر است (شکل 1).

برنج. 1 میکروگراف الکترونی میتوکندری مزوفیل برگ

با این حال، در برخی موارد، میتوکندری ها را می توان به یک ساختار منحنی لوله ای نسبتا طولانی ترکیب کرد. به محتویات داخلی میتوکندری ماتریکس می گویند. ماتریکس حاوی فیبرهای نازک و گرانول است. مشخص شد که گرانول ها ریبوزوم های میتوکندری هستند که از نظر اندازه و چگالی با ریبوزوم های سیتوپلاسم متفاوت هستند. میتوکندری ها مانند سایر اندامک ها توسط یک غشای دوگانه بیرونی احاطه شده اند. غشای خارجی میتوکندری شبیه به غشای خارجی پلاستیدها، هسته و غشای شبکه آندوپلاسمی است. غشای داخلی میتوکندری انواژیناسیون ها - cristae را تشکیل می دهد. در سطح غشای داخلی است که تمام مجموعه های آنزیمی اصلی که عملکرد میتوکندری را فراهم می کنند قرار دارند. روش هایی برای جداسازی غشای داخلی و خارجی میتوکندری وجود دارد. از آنجایی که غشای خارجی میتوکندری چگالی کمتری دارد و به طور غیرقابل برگشتی در محلول فسفات متورم می شود، این امر منجر به پارگی و جدا شدن آن از غشای داخلی می شود. پس از درمان میتوکندری های جدا شده با فسفات، می توان غشای خارجی و داخلی این اندامک ها را با سانتریفیوژ جدا کرد. اگر با میکروسکوپ الکترونی به آنها نگاه کنید، مانند کره های توخالی شفاف به نظر می رسند و حجم کره ای که توسط غشای داخلی تشکیل شده است بسیار بیشتر از حجم کره غشای خارجی است. بنابراین، ساختار حجمی میتوکندری را به راحتی می توان به عنوان یک توپ بزرگ در داخل یک توپ کوچک تصور کرد. در این حالت چین های متعددی به نام cristae در غشای داخلی ظاهر می شود. فعالیت فرآیندهایی که در میتوکندری اتفاق می‌افتد مستقیماً با تعداد و اندازه کریستاها مرتبط است. هرچه سطح کریستا و در نتیجه سطح غشای داخلی بزرگتر باشد، این فرآیندها فعالتر هستند. در نتیجه، اندازه غشای داخلی میتوکندری بسته به وضعیت عملکردی اندامک‌ها تغییر می‌کند.

غشاهای داخلی و خارجی از نظر چگالی (غشا داخلی متراکم تر است)، از نظر نفوذپذیری (غشا داخلی دارای نفوذپذیری بسیار ویژه، غشای خارجی دارای نفوذپذیری غیراختصاصی)، ترکیب آنزیم های مختلف و نسبت های متفاوت پروتئین ها به لیپیدها هستند.

غشای داخلی میتوکندری در ساختار خود منحصر به فرد است. این شامل کمپلکس‌های پروتئین-آنزیم چند جزئی است که انتقال الکترون، فسفولاسیون اکسیداتیو، سنتز زنجیره اسیدهای چرب و همچنین پروتئین‌هایی را انجام می‌دهند که انتقال مولکول‌های کوچک را به داخل حفره داخلی میتوکندری تنظیم می‌کنند.

میتوکندری ها، مانند پلاستیدها، هرگز به صورت "د نو" به وجود نمی آیند. حتی موجوداتی که در شرایط بی هوازی زندگی می کنند ساختارهایی شبیه به میتوکندری دارند. به عنوان مثال، اگر همان سویه مخمر در شرایط هوازی و بی هوازی رشد کند، در سلول هایی که در شرایط بی هوازی رشد می کنند، اندازه میتوکندری تغییر می کند، اما تعداد آنها کاهش نمی یابد.

تقسیم میتوکندری، درست مانند پلاستیدها، با استفاده از آمیتوز، با تشکیل فیگورهای دمبلی شکل و بستن بعدی آنها انجام می شود.

در برخی موارد، می توان همزمانی تقسیم میتوکندری با هسته سلول و توزیع نسبتاً دقیق آنها را در بین سلول های دختر در برخی از اشیاء بیولوژیکی نشان داد. بنابراین، در مژک داران، همزمانی کامل تقسیم میتوکندری همراه با هسته سلول نشان داده شده است. در سلول های گیاهی که به صورت میتوزی تقسیم می شوند و اسپرماتوسیت های کرم گرد تقسیم می شوند، نشان داده شده است که میتوکندری ها کاملاً دقیق در امتداد دوک توزیع شده اند.

از نظر تاریخی، تقریباً تمام ژنتیک های رسمی میتوکندری در قارچ ها و عمدتاً در مخمرها مورد مطالعه قرار گرفته است. در موجودات دیگر فقط حقایق جدا شده ای از ارتباط ویژگی های خاص با میتوکندری وجود دارد. چرخه زندگی مخمر در شکل نشان داده شده است

برنج. 2 چرخه زندگی ساکارومایسس cerevisiae

مخمر موجودی تک سلولی اما چند هسته ای است. آنها بخش قابل توجهی از زندگی خود را در هاپلوفاز می گذرانند و بنابراین هسته آنها هاپلوئید است. کلون های هاپلوئید دارای فاکتورهای جنس مخالف (یا انواع آمیختگی)، آو آ،می توانند با یکدیگر ادغام شوند. کلون های هاپلوئید با همان نوع تقاطع نمی توانند در لقاح شرکت کنند. پس از لقاح، هسته ها با هم ترکیب می شوند و کلون های دیپلوئیدی تشکیل می شوند. در کلون‌های دیپلوئید، اسپورزایی و میوز رخ می‌دهد، آسکوس تشکیل می‌شود که منجر به ایجاد کلون‌های هاپلوئیدی با دو نوع متقابل متقابل می‌شود. آو آبه نسبت مساوی به طور طبیعی، ژن‌های ساده مندلی مانند ژنی که عامل جنسی را کنترل می‌کند، تقسیم می‌شود. تقسیم 1:1 می دهد.

مخمر در فاز زیگوت هتروزیگوت است و به دو صورت رویشی و زایشی می تواند تولید مثل کند. در طی تکثیر رویشی، آنها به سادگی تقسیم می شوند و چندین هسته دیپلوئید وارد سلول های حاصل می شوند. علاوه بر این، تکثیر رویشی نیز می تواند از طریق جوانه زدن رخ دهد. در جوانه های تشکیل شده، هسته ها نیز دیپلوئید هستند. به طور طبیعی، در طی تولید مثل رویشی، هیچ شکافی از ژن های هسته ای رخ نمی دهد - هتروزیگوت ها هتروزیگوت باقی می مانند.

در طی تولید مثل زاینده، میوز رخ می دهد و سلول هایی با هسته های هاپلوئید به نام آسکوسپور تشکیل می شوند. آسکوسپورها هاپلوئید هستند و به تعداد مساوی آسکوسپور با آلل های غالب و مغلوب تقسیم می شوند. 1:1.

بنابراین، اگر جداسازی 1:1 مشاهده نشود، آنگاه این می تواند به ما نشان دهد که این ژن ها احتمالاً غیر مندلی هستند و بنابراین احتمالاً سیتوپلاسمی هستند.

وجود یک جهش یافته خارج هسته ای در مخمر برای اولین بار توسط محقق فرانسوی B. Effrussi در سال 1949 نشان داده شد. این جهش یافته ها نقص تنفسی و رشد ضعیفی داشتند. آنها حاوی مقداری سیتوکروم نبودند. چنین جهش یافته ای را می توان در مقادیر زیاد (گاهی تا 100٪) تحت تأثیر رنگ های آکریدین به دست آورد. اما آنها همچنین می توانند به طور خود به خود با فراوانی تا 1٪ رخ دهند. این جهش یافته ها " ریزه"، از کلمه فرانسوی "کوچک".

وقتی این جهش‌یافته‌ها با سویه‌های معمولی تلاقی داده شدند، همه فرزندان بدون استثنا طبیعی بودند. اگرچه برای سایر نشانگرهای ژنتیکی، مانند نیاز به آدنین و تیامین، تقسیم به فاکتورهای جنسیتی طبیعی بود - 1:1.

اگر سلول های نسل اول هیبرید را به طور تصادفی انتخاب کنید و دوباره آنها را با جهش یافته ها تلاقی کنید ریزه، همه فرزندان دوباره طبیعی بودند، اگرچه گاهی اوقات فرزندان جهش یافته نادر با فراوانی کمتر از 1٪ ظاهر می شوند. آن ها آنها تقریباً با همان فرکانس ظهور خود به خودی این جهش یافته ها ظاهر شدند. امکان انتخاب مجدد این هیبریدها و تلاقی آنها با نمونه های معمولی با همان نتیجه وجود داشت. اگر فرض کنیم که اینها جهش ژن‌های هسته‌ای هستند، آنگاه می‌توان آن را نتیجه تقسیم در 20 مکان مستقل نشان داد. ظهور یک جهش یافته با جهش همزمان در 20 جایگاه یک اتفاق تقریباً باورنکردنی است.

R. Wright و D. Lederberg شواهد قانع کننده ای به دست آوردند که این جهش یافته ها هسته ای نیستند. طرح آزمایش آنها به شرح زیر بود. وقتی سلول‌های مخمر با هم ترکیب می‌شوند، هسته‌ها بلافاصله با هم ترکیب نمی‌شوند، و در این لحظه جوانه‌هایی می‌توانند رسوب کنند که همچنان حاوی هسته‌های هاپلوئیدی از هر دو والدین دیگر هستند. چنین جوانه های هاپلوئیدی خود به خود دیپلوئید می شوند (A --> AA؛ a --> aa). اگر یک سویه، برای مثال، دارای جهش باشد ریزهمشخص شده با ناتوانی در رشد آرژنین، و دوم - نه ریزه، با ناتوانی در رشد روی تریپتوفان مشخص می شود، سپس با انتخاب جوانه ها از چنین هیبریدهایی، سویه های والدین را بر اساس ژن های هسته ای انتخاب می کنیم. چه اتفاقی برای سیتوپلاسمی ها می افتد؟ در نتیجه آزمایش R. Wright و D. Lederberg موارد زیر آشکار شد. از 91 کلون، 6 کلون یافت شد که دارای هسته مشابه با غیرکلون ها بودند. ریزهجهش یافته، اما فنوتیپ معمولی است ریزه. در نتیجه، این فنوتیپ نه توسط هسته، بلکه مستقل از آن تعیین می شود و این جهش را می توان غیر هسته ای نامید.

جهش های هسته ای بعدها کشف شد ریزه. در مجموع، حدود 20 جهش یافته کشف شد که همه آنها به طور طبیعی مندل شدند و نتاج آسکوسپورها شکاف طبیعی 2:2 دادند، اگرچه از نظر فنوتیپی بسیار شبیه به جهش یافته های سیتوپلاسمی بودند. هنگام عبور از سیتوپلاسمی ریزهبا هسته های هسته ای، کشف شد که زیگوت ها توانایی تنفس طبیعی را به دست می آورند و سپس شکافتن اتفاق می افتد 2: بنابراین، آزمایش تکمیلی ثابت کرد که ما با جهش یافته های محلی سازی متفاوت سروکار داریم. کشف جهش‌های هسته‌ای و سیتوپلاسمی با اختلال عملکرد میتوکندری نیز نشان داد که همه عملکردهای این اندامک‌ها توسط ژن‌های سیتوپلاسمی کدگذاری نمی‌شوند. برخی از آنها ژن های هسته ای را رمزگذاری می کنند.

متعاقباً، B. Effrussi فنوتیپ مشابه دیگری را کشف کرد ریزه، اما وراثت این جهش به روش دیگری رخ داده است. هنگام عبور از جهش یافته ها ریزهبا سلول های طبیعی، همه نتاج خاصیت رشد آهسته را به دست آوردند و تقسیم 0:4 بود. بنابراین نوع اول جهش سیتوپلاسمی که فقط فرزندان طبیعی تولید می کرد خنثی و نوع دوم که فقط جهش یافته تولید می کرد سرکوب کننده یا غالب نامیده می شد. ریزه. سرکوبگری در این مورد نوعی تسلط است. اما این نوع خاصی از تسلط است، زمانی که آلل مغلوب نه تنها در هتروزیگوت پنهان شود، بلکه کاملاً ناپدید می شود. آزمایش های متعدد نشان داده است که جهش یافته های سرکوب کننده ریزههمچنین سیتوپلاسمی هستند، زیرا عوامل ایجاد کننده ظاهر آنها همراه با هسته به ارث نمی رسند.

مطالعات مولکولی بعدی نشان داد که جهش‌های سرکوب‌کننده ریزهبرخلاف مولکول‌های خنثی، مولکول‌های DNA میتوکندری کوتاه‌تری دارند که تقریباً منحصراً از جفت‌های AT تشکیل شده‌اند. به احتمال زیاد، اثر سرکوبگر مبتنی بر تکثیر سریعتر چنین DNA میتوکندری و در نتیجه جابجایی DNA میتوکندری طبیعی است.

بنابراین، در جهش سیتوپلاسمی از نوع ریزه حذف های نسبتاً کوچکی در DNA میتوکندری وجود دارد (جهش یافته های خنثی). ریزه) یا بازآرایی کامل ژنوم میتوکندری - (جهش های سرکوب کننده ریزه).

علاوه بر این، جهش یافته ها با سرکوب ناقص کشف شدند، یعنی. توانایی تولید درصد معینی از افراد از نوع طبیعی - 10، 20، 30 و حتی حدود 50 درصد.

معلوم شد که درجه سرکوب به تأثیرات محیط خارجی - دما، بستر و غیره بستگی دارد. جهش‌یافته‌های هسته‌ای چنین وابستگی را نشان نمی‌دهند، که باعث می‌شود بین سیتوپلاسمی سرکوب‌کننده ناقص تمایز قائل شود. ریزهاز هسته ای

پس از به دست آوردن اطلاعات در مورد جهش یافته های مقاومت آنتی بیوتیکی سیتوپلاسمی در کلامیدوموناس، جهش های مقاومت آنتی بیوتیکی در مخمر شروع به به دست آمد. تعدادی از این جهش‌یافته‌ها نیز سیتوپلاسمی هستند. هنگام تلاقی، برای مثال، حساس به اریترومایسین با مقاوم به اریترومایسین اورژانسایکسخطا, همه فرزندان به اریترومایسین حساس بودند ارس(یعنی همان نوع وحشی) و هیچ شکافی رخ نداد. همین نتیجه با جهش یافته های مقاوم به آنتی بیوتیک های دیگر نشان داده شد. با این حال، اگر جوانه ها بلافاصله پس از تشکیل زیگوت انتخاب شوند، فنوتیپ های جهش یافته را می توان در میان آنها یافت.

در تقاطع دی هیبریدی، یعنی. هنگام تلاقی دو جهش سیتوپلاسمی حساس به آنتی بیوتیک های مختلف، به عنوان مثال، مقاوم به کلرامفنیکل، اما حساس به اریترومایسین با حساس به کلرامفنیکل، اما مقاوم به اریترومایسین CrER هاایکسCsERr, فنوتیپ تنها یکی از والدین در فرزندان غالب بود - CrER ها. در همان زمان، هنگام انتخاب از جوانه ها بلافاصله پس از لقاح، نه تنها کلاس های والدینی از فنوتیپ ها، بلکه نوترکیب ها نیز کشف شد: CrERrوCsER ها, آن ها حساس یا مقاوم به هر دو آنتی بیوتیک حضور نوترکیب‌ها برای اولین بار نشان داد که ژن‌های میتوکندریایی می‌توانند مانند ژن‌های هسته‌ای دوباره ترکیب شوند. در همان زمان، برخلاف آزمایش‌ها بر روی نوترکیبی ژن‌های پلاستید در کلامیدوموناس، قطبیت نوترکیبی در مخمر کشف شد. تعداد نابرابر فنوتیپ های نوترکیب بسته به جهت عبور. قطبیت نوترکیبی به عنوان وجود یک عامل جنسی ژنتیکی خاص در ژنوم میتوکندری توضیح داده شده است. این فاکتور به صورت u+ و u- تعیین شد. شکل والد دارای فاکتور u+، یعنی. والد زن انتقال ترجیحی (فرکانس انتقال بالاتر) نشانگرهای خود را فراهم می کند. هنگام تلاقی والدین همجنس برای این فاکتور میتوکندریایی، قطبیت نوترکیبی مشاهده نمی شود و تعداد مساوی نوترکیب به دست می آید. عامل جنسی خود میتوکندری بدون توجه به جنسیت ارگانیسم به ارث می رسد.

در حقیقت، آیا اندامک‌های سیتوپلاسمی - میتوکندری‌ها به معنای عمومی پذیرفته شده - دارای جنسیت هستند؟ ما می توانیم فرض کنیم که وجود دارد اگر باور کنیم که E. coli آن را دارد.

اما نکته اصلی این بود که با کمک جهش های فراوان به دست آمده و تشخیص نوترکیب ژن های میتوکندریایی، نقشه برداری آنها ممکن شد.

در آزمایشات بر روی جهش های متقاطع مانند ریزهبا جهش های مقاومت آنتی بیوتیکی، مشخص شد که حداقل تمام جهش های سرکوب کننده وجود دارد ریزهژن های مقاومت آنتی بیوتیکی به صورت ضربدری از بین می روند. نشان داده شده است که این به دلیل سرکوب کننده رخ می دهد ریزه مناطق وسیعی از آسیب به DNA میتوکندریایی دارند، و در این مورد انتظار ترکیب مجدد غیرممکن است. هنگامی که جهش نارسایی تنفسی در جهش‌یافته‌های دارای مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌های خاص ایجاد شد، مشخص شد که گاهی اوقات نشانگرهای مقاومت از بین می‌روند. هنگام تولید جهش یافته با نارسایی تنفسی با استفاده از جهش با مقاومت مضاعف به آنتی بیوتیک ها به عنوان شکل اولیه، جهش یافته های ناقص در تنفس می توانند هر دو نشانگر مقاومت یا تنها یکی از آنها را از دست بدهند. این نشان می‌دهد که جهش‌های نارسایی تنفسی درجاتی از حذف DNA میتوکندری را نشان می‌دهند، و بنابراین می‌توان از آن برای نقشه‌برداری ژنوم میتوکندری نیز استفاده کرد.

در نوروسپورا در سال 1952، کی میچل اولین جهش یافته با رشد آهسته را کشف کرد که متعاقباً نامگذاری شد. MI-1 (مخفف انگلیسی "ارثیه مادری" - مادری وراثت). وراثت این جهش بسته به جهت تلاقی رخ می دهد و همه فرزندان از نظر فنوتیپ مشابه شکل مادری بودند. این احتمالاً به این دلیل رخ می دهد که گامت نر در نوروسپورا در طول لقاح به سیتوپلاسم کمک نمی کند. ارتباط این جهش خود به خود با میتوکندری ها نه تنها با وراثت مادری و تفاوت در تلاقی های متقابل نشان داده شد، بلکه با این واقعیت که آنها فاقد سیتوکروم بودند نیز مشخص شد. آو بدر سیستم انتقال الکترون

متعاقبا، سایر سویه‌های با رشد آهسته نوروسپورا مرتبط با نارسایی تنفسی میتوکندری به دست آمد. برخی از آنها، برای مثال، جهش یافته هستند MI-3 و MI-4, همانطور که معلوم شد، آنها به همان روشی که جهش یافته به ارث رسیده بودند MI-1, در حالی که بخش دیگر، برای مثال، جهش یافته هستند S115و S117وراثت تک هیبریدی مندلی طبیعی را نشان داد. این یادآور موارد مشابه دیگری است که در آن فنوتیپ اندامک‌ها، کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها زمانی که جهش‌های هسته‌ای و سیتوپلاسمی رخ می‌دهند تغییر می‌کند، که نشان می‌دهد هر دو سیستم ژنتیکی سیتوپلاسمی و هسته‌ای به طور مشترک عملکردهای خود را کنترل می‌کنند.

متعاقباً چندین ژن سرکوبگر کشف شد که معرفی آنها سرعت رشد را در جهش‌یافته‌های با رشد آهسته بازگرداند. جالب است بدانید که هر یک از این سرکوبگرها تنها در یکی از جهش‌یافته‌ها سرعت رشد را ترمیم کردند. به عنوان مثال، یک ژن سرکوبگر به نام f، سرعت رشد جهش یافته سیتوپلاسمی را بازیابی کرد MI-1, اما نه در جهش سیتوپلاسمی دیگر MI-3 یا MI-4, و نه در جهش یافته های هسته ای S115و S117. سایر سرکوبگران نیز به همین ترتیب عمل کردند. اگر پس از چندین نسل، ژن‌های سرکوب‌کننده با تلاقی از قارچ‌ها حذف شوند، فنوتیپ سیتوپلاسمی جهش یافته دوباره ظاهر می‌شود. تعامل مشابهی از ژن های هسته ای و سیتوپلاسمی را می توان در گیاهان عالی مشاهده کرد، به عنوان مثال، در طول به ارث بردن صفت نازایی نر در بسیاری از گیاهان.

هنگام تلاقی جهش یافته های هسته ای و سیتوپلاسمی با رشد آهسته با یکدیگر، وراثت مستقل ژن های هسته ای و سیتوپلاسمی نشان داده شد.

به عنوان مثال، هنگام عبور از نوع وحشی x (MI-1 xS115) فرزندان F 1 (MI-1 xS115) از نظر فنوتیپی همگن بود - همه افراد کند رشد داشتند و فرزندان تلاقی های برگشتی یا آزمایشی از نوع وحشی x بودند. (MI-1 xS115) دیگر حاوی جهش نیست MI-1 و در امتداد ژن هسته ای تقسیم شد S-115در نسبت 1:1

تلاقی جهش‌های سیتوپلاسمی با یکدیگر هیچ نتیجه جدیدی به همراه نداشت، زیرا جهش‌های سیتوپلاسمی، حداقل در نوروسپورا، وراثت مادری را در طول تولیدمثل جنسی نشان می‌دهند. در همین حال، جهش‌یافته‌های سیتوپلاسمی مختلف، اگرچه اصولاً فنوتیپ یکسانی داشتند - رشد آهسته - تفاوت‌های فنوتیپی بین آنها همچنان قابل تشخیص بود، زیرا آنها درجات مختلف رشد آهسته داشتند. با این حال، وراثت شدید مادری در طول تولیدمثل جنسی اجازه نمی دهد دو جهش سیتوپلاسمی در یک سیتوژت (هتروزیگوت سیتوپلاسمی) ترکیب شوند، که ترکیب مجدد ژن های سیتوپلاسمی و در نتیجه، نقشه برداری آنها را غیرممکن می کند.

راهی برای خروج از این وضعیت از طریق ادغام هیف های نوروسپورا پیدا شد که ترکیب ژنوم های هسته ای و غیرهسته ای مختلف را در یک سلول ممکن کرد.

هنگام ایجاد سیتوژن های مختلف، نتایج زیر به دست آمد:

MI-1 / نوع وحشی -- همه فرزندان فقط نوع وحشی هستند.

MI-3 / نوع وحشی - بخشی از فرزندان نوع وحشی، و بخش دیگر با سرعت مشخصه جهش یافته رشد می کند. MI-3;

MI-1 / MI-Z-- بیشتر فرزندان با فنوتیپ MI-3 و نسبت کمی از فرزندان با فنوتیپ MI-1;

MI-1 / MI-4 - ابتدا یک فنوتیپ از نوع وحشی بود و سپس به فنوتیپ تقسیم شد MI-1 و MI-4.

بنابراین، در مورد دوم، تکمیل جهش های سیتوپلاسمی تشخیص داده شد، که نشان می دهد این جهش ها در مناطق مختلف ژنوم میتوکندری رخ داده است.

متعاقبا، سایر جهش های سیتوپلاسمی نوروسپورا به دست آمد. روش ادغام هیف ها و تولید سیتوژت ها، امید به تولید نوترکیب های مختلف و متعاقب آن ساخت نقشه ژنتیکی نوروسپورا را ممکن ساخت. با این حال، با این واقعیت که نوروسپورا تنوع زیادی از جهش‌های سیتوپلاسمی مانند کلامیدوموناس یا مخمر ایجاد نمی‌کرد، مانع شد.

متعاقباً، جهش‌های مختلف غیر کروموزومی به‌دست‌آمده از نوروسپورا با استفاده از روش‌های زیست‌شناسی مولکولی مورد مطالعه قرار گرفتند و توانستند با ژنوم میتوکندری مرتبط شوند.

در یکی دیگر از قارچ های Podospore، جهشی کشف شد که باعث ایجاد پدیده پیری زودرس می شود. در جهش‌یافته‌ها، زنده‌مانی کشت به تدریج پس از کاشت مجدد کاهش یافت. با تلاقی های متقابل، ماهیت مادری وراثت پدیده پیری روشن شد. با این حال، ارث مادری ناقص بود. این صفت هم از طریق جنسی و هم از طریق پیوند میسلیوم ها منتقل می شود. وجود شکاف، اگرچه نامنظم است، اما نشان دهنده ماهیت جسمی وراثت این صفت است. تحقیقات زیادی انجام شده است تا نشان دهد که این یک عامل عفونی نیست، بلکه یک ژن میتوکندری است. اگرچه داده های مولکولی کامل در حال حاضر در دسترس نیست، از قبل مشخص است که اینها نیز جهش ژنوم میتوکندری هستند. وجود ژن پیری در ژنوم میتوکندری باعث گمانه زنی های زیادی در مورد موضوعات پیری شناسی شده است و برخی از پزشکان معتقدند که پیری در انسان نه تنها با تغییرات در عملکرد میتوکندری، بلکه با تغییرات در ژنوم آنها نیز مرتبط است.

علیرغم ماهیت گمانه‌زنی ایده ارتباط بین فرآیندهای پیری در انسان و تغییرات در DNA میتوکندری، داده‌های جدید در مورد مطالعه تنوع در ژنوم میتوکندری انسان این را تأیید می‌کند.

از زمان های قدیم، تعداد نسبتاً زیادی از بیماری ها در انسان شناخته شده است که در امتداد خط مادر به ارث می رسد - از مادر تا همه فرزندان. این بیماری ها بسیار نادر هستند، احتمالاً به این دلیل که فقط از جنس مونث منتقل می شوند. علاوه بر این، تغییرات حذف بزرگ در DNA میتوکندری، البته، اغلب منجر به مرگ در دوره جنینی یا اختلال در عملکرد تولید مثل می شود. در هر صورت، آنها به طور موثر توسط انتخاب طبیعی از بین می روند.

رویکرد ژنتیکی رسمی، که به خوبی برای مطالعه ژن‌های سیتوپلاسمی در اشیاء مدل (کلامیدوموناس، مخمر، و غیره) به کار گرفته شد، برای تجزیه و تحلیل صفات ارثی سیتوپلاسمی در انسان چندان موفق نبود، و بنابراین بیشترین چیزی که می‌توان آموخت. از تجزیه و تحلیل شجره نامه ها این بود که چنین بیماری های ارثی هنوز وجود دارد.

علاوه بر سندرم معروف آتروفی عصب بینایی (بیماری لبر یا نوروپاتی ارثی بینایی)، بیماری های دیگری نیز وجود دارند که به صورت خارج هسته ای به ارث می رسند. این بیماری ها اول از همه با اختلال در عملکرد عضلات، مغز، قلب، سیستم غدد درون ریز همراه هستند و با عملکرد ناکافی میتوکندری در اندام های خاص همراه هستند. حتی یک نوع دیابت با واسطه میتوکندری وجود دارد.

تنها با کمک روش های مولکولی امکان شناسایی ماهیت این بیماری ها وجود داشت. مطالعه خانواده‌های مختلف مبتلا به بیماری لبر نشان داد که در موارد مختلف جهش‌هایی در بخش‌های مختلف ژنوم میتوکندری وجود دارد.

اغلب، خانواده‌های مبتلا به بیماری‌های سیتوپلاسمی ارثی، هتروپلاسمی را نشان می‌دهند و مادران دارای DNA میتوکندری طبیعی و جهش‌یافته هستند، که در نتیجه فرزندانی با پلاسماتایپ جهش یافته و نرمال دارند.

ارتباط بین سن انسان و DNA میتوکندری نیز با استفاده از تکنیک های زیست شناسی مولکولی نشان داده شده است. مطالعات DNA میتوکندری در افراد در سنین مختلف نشان داده است که در افراد مسن درصد DNA میتوکندری جهش یافته در سلول های مغز و قلب به سرعت افزایش می یابد. علاوه بر این، مطالعات برخی از سندرم‌های ارثی نشان می‌دهد که بیماران مبتلا به این سندرم‌ها، فرکانس بیشتری از جهش‌های DNA میتوکندری دارند که ممکن است دلیل کاهش امید به زندگی باشد.

علاوه بر جهش های ژنوم میتوکندری که منجر به آسیب شناسی های جدی بدن می شود، بسیاری از جهش های نسبتاً خنثی ژنوم میتوکندری در بین جمعیت های مختلف نژادهای انسانی کشف شده است. این مطالعات گسترده بر روی هزاران نفر از تمام قاره ها به بازسازی منشأ و تکامل انسان کمک می کند. با مقایسه DNA میتوکندری انسان با میمون ها (گوریل، اورانگوتان، شامپانزه) و با فرض اینکه واگرایی انسان و میمون ها تقریباً 13 میلیون سال پیش رخ داده است، می توان تعداد سال های لازم برای تغییر یک جفت باز را محاسبه کرد. متعاقباً، با مقایسه واگرایی DNA میتوکندری در نژادهای مختلف انسانی، می‌توان محل تولد اولین زن، شاید بتوان گفت حوا، و زمان استقرار انسان در قاره‌های مختلف را تعیین کرد (شکل 3).

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

برنج. 3 به گفته دی. والاس، سکونت انسان بر اساس تجزیه و تحلیل تنوع DNA میتوکندری. اعداد نشان دهنده زمان استقرار این قلمرو در هزاران سال پیش است.

از آنجایی که متغیرترین DNA میتوکندری در میان بومیان آفریقا یافت شد، می توان فرض کرد که "مادر پیشین" نژاد بشر یک زن آفریقایی بوده است. این اتفاق تقریباً 100000 سال پیش رخ داده است. تقریباً 70000 سال پیش، انسان ها شروع به سکونت در آسیای مرکزی از طریق خاورمیانه و عربستان سعودی کردند و کمی بعد به آسیای جنوب شرقی، اندونزی و استرالیا رفتند. حدود 50000 سال پیش، مردم در اروپا ظاهر شدند. همین داده ها نشان داد که استقرار قاره آمریکا در دو مرحله اتفاق افتاده است: ابتدا 30000 سال پیش از طریق برنجیا (سرزمینی که در آن زمان آمریکا و آسیا را به هم متصل می کرد) از شمال تا جنوب قاره آمریکا و سپس 8000 سال پیش. سال ها پیش نیز از شمال شرق آسیا تا شرق آمریکای شمالی. مهاجران در جزایر اقیانوس آرام نسبتاً اخیراً - چندین هزار سال پیش ظاهر شدند.

لازم به ذکر است که این داده ها، بر اساس تجزیه و تحلیل مقایسه ای DNA میتوکندری، همخوانی نسبتا خوبی با داده های باستان شناسی و تحلیل زبانی دارند.

استفاده از DNA میتوکندری برای تجزیه و تحلیل تاریخ بشر امکان پذیر شد زیرا ژنوم میتوکندری از نظر اندازه نسبتا کوچک است، منحصراً از طریق خط مادر به ارث می رسد، و برخلاف ژن های هسته ای، دوباره ترکیب نمی شود.

ژنوم میتوکندری

میتوکندری نه تنها در سلول های گیاهی، بلکه در سلول های حیوانی و قارچی نیز یافت می شود. این اندامک ها نسبت به پلاستیدها تطبیق پذیرتر هستند. DNA در میتوکندری اولین بار در سال 1963 (M. Naas) بلافاصله پس از کشف DNA در پلاستیدها کشف شد. علیرغم شباهت کارکردها و ساختار میتوکندری ها در هر سه پادشاهی یوکاریوت ها، سازمان ژنتیکی آنها کاملاً متفاوت است، بنابراین معمولاً سازماندهی ژنوم های میتوکندری در این پادشاهی ها به طور جداگانه در نظر گرفته می شود و ویژگی های مشترک سازمان ژنومی را مشخص می کند.

ترکیب فیزیکوشیمیایی DNA میتوکندری در پادشاهی های مختلف متفاوت است. در گیاهان کاملاً ثابت است: از 45 تا 47 درصد DNA از جفت GC تشکیل شده است. در حیوانات و قارچ ها، به طور قابل توجهی متفاوت است: از 21 تا 50٪ جفت های HC.

در حیوانات چند سلولی، اندازه ژنوم میتوکندری از 14.5 تا 19.5 کیلوبایت متغیر است. در عمل، همیشه یک مولکول DNA حلقوی است. به عنوان مثال، DNA میتوکندری انسان یک مولکول دایره ای با اندازه گیری 16569 جفت نوکلئوتید است. این اندازه را می توان در واحدهای دیگر - به صورت وزن مولکولی - 10 6 دالتون یا به صورت طول کانتور مولکولی - 5 میکرون بیان کرد. ساختار اولیه این مولکول کاملا مشخص شده است. میتوکندری ها دارای دستگاه ترجمه مخصوص به خود هستند - یعنی. ریبوزوم های 70S خود، شبیه به کلروپلاست یا پروکاریوتی و متشکل از دو زیر واحد، RNA پیام رسان خود، آنزیم های ضروری و فاکتورهای پروتئینی هستند. ژنوم آنها RNA های ریبوزومی 12S و 16S و همچنین 22 RNA انتقالی را کد می کند. علاوه بر این، DNA میتوکندری 13 پلی پپتید را کد می کند که 12 مورد از آنها شناسایی شده است. همه دنباله های کدگذاری مستقیماً در کنار یکدیگر قرار دارند. در موارد شدید، تنها با چند نوکلئوتید از هم جدا می شوند. دنباله های غیر کد کننده، یعنی. بدون اینترون به دنبال توالی کد کننده تقریباً همیشه یک ژن RNA انتقالی وجود دارد. به عنوان مثال ترتیب به این صورت است: RNA انتقال فنیل آلانین - ژن RNA ریبوزومی 12S - RNA انتقالی والین - ژن RNA ریبوزومی 16S - RNA انتقالی لوسین و غیره. این نظم نه تنها مشخصه میتوکندری انسان است، بلکه بسیار محافظه کار است و مشخصه همه حیوانات است: مگس میوه، گاو نر، موش، پرندگان، خزندگان و سایر حیوانات.

بیشتر ژن ها در زنجیره سنگین قرار دارند. بنابراین، برخلاف همه ژنوم‌های دیگر، در ژنوم میتوکندری هر دو زنجیره معنادار هستند.

اگرچه ترتیب ژن ها در میتوکندری حیوانات یکسان است، اما مشخص شده است که خود ژن ها حفاظت متفاوتی دارند. متغیرترین توالی نوکلئوتیدی مبدا همانند سازی و تعدادی از ژن های ساختاری است. حفظ شده ترین توالی ها در ژن های RNA ریبوزومی و برخی از ژن های ساختاری از جمله توالی کد کننده ATPase قرار دارند.

لازم به ذکر است که جهانی بودن کد ژنتیکی در ژنوم میتوکندری مختل شده است. به عنوان مثال، میتوکندری انسان از سه گانه AUA به عنوان کدون برای متیونین استفاده می کند، نه ایزولوسین، مانند بقیه افراد، و سه گانه UGA، که در فرهنگ لغت ژنتیک استاندارد به عنوان کدون توقف استفاده می شود، برای تریپتوفان در میتوکندری ها کد می کند.

به طور کلی، DNA میتوکندری انسان شبیه به سایر پستانداران است: موش و گاو نر. علیرغم این واقعیت که این گونه ها از گونه های نزدیک به هم فاصله دارند، اندازه DNA میتوکندریایی آنها کاملاً به یکدیگر نزدیک است: 16569; 16,295; و به ترتیب 16338 جفت پایه. ژن های RNA انتقالی در برخی از ژن های حسی مشترک هستند. مهمترین ژنهای ساختاری ژنهای سیتوکروم اکسیداز، NADH دهیدروژناز، سیتوکروم C اکسیدوردوکتاز و ATP سنتتاز هستند (شکل 4).

نقشه ژنوم میتوکندری انسان علاوه بر ژن ها، پنج بیماری شناخته شده انسانی را نیز نشان می دهد که از خط مادری به ارث می رسد و در اثر جهش در ژنوم میتوکندری ایجاد می شود.

به عنوان مثال، بیماری لبر - آتروفی بینایی - در اثر جهش در ژن NADH دهیدروژناز ایجاد می شود. همین بیماری می تواند به دلیل جهش در ژن سیتوکروم نیز ایجاد شود بو جایگاه های دیگر در مجموع، چهار جایگاه شناخته شده است که مختل می شوند و می توانند فنوتیپ جهش یافته مشابهی ایجاد کنند. علاوه بر این، همان نقشه چهار بیماری دیگر مرتبط با نقص در مغز، ماهیچه ها، قلب، کلیه ها و کبد را نشان می دهد. همه این بیماری ها از خط مادر به ارث می رسند و اگر مادر نه تنها DNA میتوکندری معیوب، بلکه طبیعی و میتوکندری داشته باشد، در این صورت یک دسته بندی اندامک های جهش یافته و طبیعی رخ می دهد و فرزندان می توانند هر دو اندامک را به نسبت های مختلف داشته باشند و ما می‌توانیم همچنین می‌توانیم شکافتن جسمی را مشاهده کنیم، زمانی که قسمت‌های مختلف بدن این نقص‌ها را ندارند.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

برنج. 4 ساختار ژنوم میتوکندری پستانداران بر اساس توالی کامل DNA میتوکندری انسان، موش و گاو

بنابراین، ژنوم میتوکندری کوچک حیوانات می تواند عملکردهای بسیار مهم بدن را رمزگذاری کند و تا حد زیادی رشد طبیعی آن را تعیین کند.

درست مانند ژنوم پلاستید، ژنوم میتوکندری تنها بخشی از پلی پپتیدهای میتوکندری را کد می کند (جدول 1) و پدیده کدگذاری مضاعف مشاهده می شود. به عنوان مثال، برخی از زیر واحدهای مجموعه ATPase توسط هسته کدگذاری می شوند، در حالی که بخش دیگر توسط ژنوم میتوکندری کدگذاری می شوند. بیشتر ژن‌های کدکننده RNA و پروتئین‌های میوکندری ریبوزومی، و همچنین آنزیم‌های رونویسی و ترجمه، توسط هسته سلول کدگذاری می‌شوند.

میز 1

ژن های DNA میتوکندری حیوانات

ژنوم میتوکندری نوروسپورا مزوفیل

ژنوم جانوران:

1. آرایش فشرده ژن ها در mtDNA.

عدم وجود اینترون در ژن ها؛

3. عدم وجود مناطق غیر کد کننده در mtDNA، به جز مناطق ORI.

4. محل ژن های tRNA بین ژن های دیگر.

5. شباهت زیاد در اندازه ژنوم و آرایش ژن در گونه های مختلف.

6. وجود یک ORI برای هر رشته mtDNA.

7. رونویسی متقارن هر دو رشته.

8. وجود، در اصل، یک منطقه شروع رونویسی برای هر رشته DNA.

9. عدم وجود 5 / - و 3 / - توالی غیر کد کننده پایانی در mRNA.

10. بلوغ mRNA در نتیجه برش رونوشت اولیه به توالی های tRNA.

در قارچ ها، اندازه ژنوم میتوکندری به طور متوسط ​​بسیار بزرگتر است و از 17.3 تا 101 کیلوبایت متغیر است. علاوه بر این، به عنوان یک قاعده، مولکول اصلی DNA دایره ای، از یک تا 4 مولکول دایره ای یا خطی پلاسمید مانند با اندازه های 1 تا 13 کیلوبایت یافت می شود. اندازه ژنوم میتوکندری در مخمر نه تنها بین گونه های مختلف، بلکه حتی بین گونه های مختلف متفاوت است. دلایل اصلی تفاوت های قابل توجه در ژنوم میتوکندری در قارچ ها وجود یا عدم وجود اینترون ها است. به عنوان مثال، در گونه های مختلف مخمر، اندازه DNA میتوکندری بین 57 تا 85 کیلوبایت است.

وجود اینترون ها و مولکول های DNA میتوکندری با کلاس های اندازه های مختلف بارزترین ویژگی است که میتوکندری قارچی را از میتوکندری حیوانی متمایز می کند. اینترون ها توالی های زیادی را می شکنند - ژن های RNA ریبوزومی، ژن های برخی از پروتئین های ساختاری که آنزیم های میتوکندری را کد می کنند. وجود بیشتر اینترون ها برای عملکرد طبیعی میتوکندری ضروری نیست. سویه های مخمر به طور مصنوعی ساخته شده اند که کاملاً فاقد اینترون های میتوکندری هستند.

بسیاری از اینترون‌های DNA میتوکندری مخمر حاوی فریم‌های خواندن باز هستند که موتورازهای دخیل در اتصال را رمزگذاری می‌کنند، در حالی که سایر اینترون‌ها حاوی توالی‌های کدکننده برای اندونوکلئازها و حتی رونوشت‌های معکوس هستند.

تمام ژن های موجود در DNA میتوکندری حیوانات در قارچ ها نیز وجود دارد. علاوه بر این، ژن های دیگری در قارچ ها یافت شد: آنها تعداد بیشتری ژن tRNA دارند، ژن های زیر واحدهای 6، 8 و 9 مجموعه ATPase، تعدادی ژن ساختاری جدید و تعدادی ژن با عملکرد ناشناخته ( جدول 2).

جدول 2

ژن های DNA میتوکندری مخمر

تنها 2 ژن RNA ریبوزومی و تنها 1 ژن پروتئین ریبوزومی در DNA میتوکندری مخمر یافت شد. این پروتئین در زیر واحد کوچک ریبوزوم قرار دارد. اندازه ژن پروتئین ریبوزومی حتی در بین سویه های مختلف کاملاً متغیر است، به همین دلیل نام متغیر را دریافت کرد. Varل). پروتئین‌های باقی‌مانده و RNA ریبوزوم‌های میتوکندری توسط ژن‌های هسته‌ای کدگذاری می‌شوند. 24 ژن RNA انتقالی انتقال همه اسیدهای آمینه به محل سنتز پروتئین را تضمین می کنند و تنها یک RNA انتقالی که لیزین را حمل می کند از سیتوپلاسم وارد شده و توسط هسته کدگذاری می شود. همه RNA های انتقالی میتوکندری مخمر توسط همان رشته DNA رمزگذاری می شوند و تنها یکی از آنها توسط رشته مخالف کدگذاری می شود. هیچ یک از ژن های DNA انتقالی اینترون ندارند. ژن های پروتئین سیتوکروم b و ژن های پروتئین سیتوکروم C می توانند اینترون های زیادی داشته باشند - از 5 تا 9.

از داده های فوق نتیجه می شود که پروتئین های ساختاری کد شده توسط ژنوم میتوکندری مخمر به وضوح برای عملکرد این اندامک ها کافی نیستند و اکثر آنها توسط ژنوم هسته ای کدگذاری می شوند.

ویژگی های مشخصه سازماندهی و بیان میتوکندریژنوم قارچ:

1. تنوع قابل توجه در مجموعه ها و آرایش ژن های میتوکندری در گونه های مختلف.

طیف گسترده ای از روش ها برای سازماندهی مواد ژنتیکی - از سازماندهی فشرده ژنوم تا توزیع آزاد ژن ها در امتداد mtDNA با توالی های غیر کد کننده گسترده بین ژن ها.

3. ساختار موزاییک تعدادی از ژن ها.

4. تغییرات درون گونه ای قابل توجه در اندازه mtDNA مرتبط با حضور اینترون های "اختیاری".

5. توانایی تک تک قطعات mtDNA برای بریده شدن و تقویت برای تشکیل ژنوم میتوکندری معیوب.

6. وجود یک یا چند ORI که در هر یک از آنها همانند سازی به صورت دو طرفه آغاز می شود.

7. مکان همه ژن های میتوکندری در یک رشته mtDNA و رونویسی نامتقارن mtDNA.

8. تعدد واحدهای رونویسی mtDNA.

9. انواع سیگنال‌ها برای پردازش رونوشت‌های اولیه، که می‌توانند از نوع tRNA یا بلوک‌های اولیگونوکلئوتیدی باشند - بسته به گونه.

10. در بیشتر موارد، mRNA ها حاوی توالی های غیر کدکننده انتهایی توسعه یافته هستند.

پیچیده ترین سازمان ژنوم میتوکندری در گیاهان عالی است. ژنوم میتوکندری آنها مجموعه‌ای از مولکول‌های دایره‌ای و/یا خطی دو رشته‌ای ابرپیچ‌پیچ است. تمام توالی‌های ژنوم میتوکندری را می‌توان در یک «کروموزوم» دایره‌ای بزرگ سازمان‌دهی کرد و کلاس‌های اندازه‌های مختلف مشاهده‌شده DNA میتوکندری به احتمال زیاد نتیجه فرآیندهای نوترکیبی است. حداقل روی اسفناج، گونه ای از دو جنس براسیکاو رافانوس، چغندرقند و گندم، نشان داده شد که دلیل چنین پراکندگی ژنوم میتوکندری، نوترکیب نواحی همولوگ DNA میتوکندری است. به دلیل وجود دو یا سه خانواده از تکرارهای با جهت مستقیم در اندازه های 1 تا 14 کیلوبایت، مولکول های DNA میتوکندری قادر به بازآرایی های فعال بین ژنومی و درون ژنومی هستند. در نتیجه چنین بازآرایی ها، DNA میتوکندری می تواند به شکل مولکول هایی با کلاس های اندازه های مختلف وجود داشته باشد.

بنابراین، برای مثال، در صلیبی براسیکا campestris DNA میتوکندری به شکل سه نوع مولکول دایره ای وجود دارد. نوع اول شامل ژنوم کامل - 218 کیلوبایت، دوم - 135 و سوم - 83 کیلوبایت است. حلقه های زیر ژنومی در نتیجه بازترکیب حلقه های ژنومی با یک جفت تکرار مستقیم به طول 2 کیلوبایت تشکیل می شوند.

در گندم، اندازه ژنوم میتوکندری بسیار بزرگتر است - 430 کیلوبایت، و بیش از 10 تکرار نوترکیب مستقیم وجود دارد، در نتیجه، در طول مشاهده میکروسکوپی الکترونی، می توان حلقه های زیادی را در اندازه های مختلف مشاهده کرد، اما هیچ کس مشاهده نکرده است. یک مولکول دایره ای بزرگ، شاید در این حالت، ژنوم میتوکندری گندم هرگز وجود نداشته باشد. در مارچانتیا خزه و دیگر صلیبی براسیکا هیرتاهیچ تکرار نوترکیبی مستقیمی وجود ندارد و شاید به همین دلیل است که DNA میتوکندری به شکل مولکول های دایره ای با همان اندازه است. با این حال، برای DNA میتوکندری گیاهان عالی، این یک استثنا است تا یک قاعده. در اکثر گیاهان عالی، ژنوم میتوکندری شامل تکرارهای نوترکیبی و مولکول های DNA میتوکندری با کلاس های اندازه های مختلف است.

بسته به وضعیت گیاه و شرایط محیطی، تعداد مولکول های یک کلاس اندازه می تواند در بافت های مختلف گیاهی بسیار متفاوت باشد. تغییر در نسبت‌های عددی مولکول‌های DNA میتوکندری با کلاس‌های اندازه‌های مختلف در طول کشت گیاه مشاهده شد. که در داخل بدنو که در آزمایشگاهی. شاید تغییرات در روابط عددی بین مولکول‌های کلاس‌های اندازه‌های مختلف نشان‌دهنده سازگاری گیاهان از طریق افزایش تقویت ژن‌های مورد نظر باشد.

بعلاوه، ژنوم میتوکندری ممکن است حاوی پلاسمیدهای خطی و دایره ای با هر دو توالی DNA و RNA باشد که اندازه آنها بین 1 تا 30 کیلوبایت است. پلاسمیدهای میتوکندری احتمالاً از ژنوم های سلولی دیگر یا حتی موجودات دیگر منشأ گرفته اند. گاهی اوقات وجود یا عدم وجود آنها می تواند با عقیمی نر سیتوپلاسمی گیاهان همراه باشد، اما، نه همیشه. پلاسمیدها در برخی گونه ها وجود دارند، اما عقیمی مشاهده نمی شود. حداقل در یک مورد، به وضوح نشان داده شد که در میتوکندری لاین‌هایی که به اصطلاح نوع S عقیمی ذرت نامیده می‌شود، همبستگی بین حضور DNA میتوکندری پلاسمید مانند و تظاهر پدیده نر سیتوپلاسمی یافت شد. عقیمی توانایی پلاسمیدهای میتوکندری برای ادغام در ژنوم میتوکندری و کروموزوم های هسته ای مورد توجه قرار گرفت. با این حال، در موارد دیگر، وجود DNA پلاسمید همیشه باعث عقیمی گرده نمی شود.

اندازه ژنوم میتوکندری گیاهان بسیار متغیر است - از 200 تا 2500 کیلوبایت. اندازه ژنوم میتوکندری گیاهان عالی بزرگتر از اندازه ژنوم کلروپلاست آنهاست.

تنوع قابل توجه در اندازه ژنوم میتوکندری دومین ویژگی ژنوم میتوکندری گیاهی است. ژنوم نه تنها بسیار بزرگ است، بلکه می تواند متفاوت باشد، حتی در میان گونه های نزدیک به هم، و در برخی موارد می توان تنوع کمی را مشاهده کرد - گونه های جنس براسیکا، در برخی دیگر بسیار بزرگ است. بیشترین تنوع اندازه در بوته های کدو تنبل مشاهده می شود. در این خانواده، اندازه ژنوم میتوکندری بسیار متغیر است - از 330 کیلوبایت. در هندوانه تا 2500 کیلوبایت در خربزه بنابراین، سهم DNA میتوکندری در کل حجم ژنوم گیاه نیز می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد - حدود 1٪ در اکثر گیاهان، تا 15٪ در سلول های هیپوکوتیل خربزه.

دلایل مختلفی برای توضیح حضور ژنوم های بزرگ میتوکندری تلاش شده است.

وجود ژن های اضافی یا توالی های ویژه لازم برای عملکرد میتوکندری.

وجود DNA که توسط گیاه استفاده می شود، اما نه به عنوان کد کننده، بلکه برای برخی عملکردهای دیگر.

DNA که برای عملکرد میتوکندری استفاده نمی شود، DNA "خودخواه" نامیده می شود.

ظاهراً امکان دیگری برای افزایش اندازه ژنوم میتوکندری وجود دارد - اینها توالی های همولوگ با DNA هسته و کلروپلاست هستند. توالی های همولوگ با DNA هسته ای، به عنوان مثال، در آرابیدوپسیس تا 5 درصد از ژنوم میتوکندری را تشکیل می دهند. در ابتدا، توالی ژنوم کلروپلاست گنجانده شده در ژنوم میتوکندری در ذرت کشف شد. این شامل منطقه ای با حدود 14 کیلوبایت حاوی ژن های تغییر یافته RNA کلروپلاست 16S-ریبوزومی و ناحیه ای از زیر واحد بزرگ RDPK/O بود. پس از آن، درج کلروپلاست در ژنوم میتوکندری بسیاری از گونه های گیاهی عالی کشف شد. به طور معمول، آنها 1-2٪ از توالی های میتوکندری را تشکیل می دهند و شامل سه توالی اصلی هستند.

این دنباله 12 کیلوبایت طول دارد. از تکرار معکوس DNA کلروپلاست. حاوی توالی هایی برای اگزون 3 اینچی چهار RNA انتقالی و توالی 16 است اس RNA ریبوزومی

یک دنباله 1.9 تا 2.7 کیلوبایتی که زیر واحد بزرگ روبیسکو را کاملاً رمزگذاری می کند.

توالی بیش از 2 کیلوبایت نباشد. در ژنوم کلروپلاست، این ناحیه انتهای 3 اینچی RNA ریبوزومی 23S، 4.5S و 5S rRNA و همچنین سه RNA انتقالی را کد می کند. از تمام توالی ژنوم کلروپلاست که در ژنوم میتوکندری گیاه وجود دارد، تنها RNA انتقالی است توالی ها در واقع رونویسی می شوند.

از آنجایی که توالی‌های کلروپلاست یکسان در ژنوم میتوکندری بسیاری از گونه‌های گیاهی وجود دارد، می‌توان فرض کرد که آنها دارای اهمیت عملکردی هستند. در عین حال، نقش آنها، مکانیسم انتقال و زمان این انتقال ناشناخته مانده است. آیا این انتقال در زمان دوری در تکامل تشکیل یک سلول یوکاریوتی رخ داده است یا حضور کلروپلاست در ژنوم میتوکندری نشان می‌دهد که این یک فرآیند عادی تبادل اطلاعات بین اندامک‌ها است که در حال حاضر رخ می‌دهد یا این کار را انجام می‌دهد. به طور دوره ای در زمان تکامل نسبتاً اخیر شکل گیری گونه های خاص و جنس های گیاهی رخ می دهد؟

علاوه بر این، برخی از توالی‌های ژنوم میتوکندری، توالی‌هایی همولوگ با ویروس‌ها هستند.

برای تعیین تعداد ژن‌های موجود در ژنوم میتوکندری‌های گیاهی که واقعاً عمل می‌کنند، تعدادی از محققان تعداد محصولات ترجمه را تعیین کردند. نشان داده شد که تعداد باندهای پروتئینی قابل تشخیص حتی برای گیاهانی با اختلاف 10 برابری در اندازه ژنوم یکسان بود. اگرچه روش‌های مورد استفاده پاسخ مستقیمی به سؤال تعداد کل ژن‌ها در ژنوم میتوکندری نمی‌دهند، با این وجود جالب است که همان تعداد محصولات ترجمه در گونه‌های آنژیوسپرم تجزیه‌وتحلیل‌شده شناسایی شد و نزدیک به تعداد ژن‌ها بود. کد کننده پروتئین ها در میتوکندری و مخمر حیوانی

برای اولین بار، توالی نوکلئوتیدی کامل DNA میتوکندری در گیاهان در سال 1986 در یک گونه - Marchantia تعیین شد. مارچانتیا چند شکلیو بعدها در آرابیدوپسیس و چندین گونه جلبک.

مولکول DNA میتوکندری در Marchantia دارای اندازه 186608 جفت باز است. این ژن برای 3 rRNA، 29 ژن برای 27 tRNA و 30 ژن برای پروتئین های عملکردی شناخته شده (16 پروتئین ریبوزومی، 3 زیر واحد سیتوکروم C اکسیداز، سیتوکروم b، 4 زیر واحد سنتتاز ATP و 9 زیر واحد NADH دهیدروژناز) کد می کند. ژنوم همچنین شامل 32 فریم خواندن باز ناشناس است. علاوه بر این، 32 اینترون در 16 ژن یافت شد. تعداد ژن های یک کمپلکس خاص ممکن است در گیاهان مختلف متفاوت باشد، زیرا ممکن است یک یا چند ژن از این کمپلکس به هسته منتقل شوند. در میان ژن های ناشناس، حداقل 10 ژن به طور مداوم در تقریباً همه گونه های گیاهی یافت می شود که نشان دهنده اهمیت عملکرد آنها است.

تعداد ژن های میتوکندریایی که RNA های انتقالی میتوکندری های گیاهی را کد می کنند بسیار متغیر است. در بسیاری از گونه ها، RNA های انتقال میتوکندری خودشان به وضوح ناکافی است و بنابراین از سیتوپلاسم (که توسط هسته یا ژنوم پلاستید کدگذاری می شود) صادر می شود. به عنوان مثال، در Arabidopsis، 12 RNA انتقالی رمزگذاری شده میتوکندری، 6 کلروپلاست و 13 هسته ای هستند. در Marchantia، 29 میتوکندری و 2 هسته ای هستند، و هیچ یک از RNA های انتقال دارای کدگذاری کلروپلاست نیستند. در سیب زمینی، 25 میتوکندری، 5 کلروپلاست و 11 هسته هستند. در گندم، 9 میتوکندری، 6 کلروپلاست و 3 هسته هستند (جدول 3).

برخلاف DNA میتوکندری حیوانات و ژن‌های کلروپلاست، ژن‌های DNA میتوکندری گیاهی در سراسر ژنوم پراکنده هستند. این برای هر دو ژن کد کننده RNA های انتقالی و ژن های کد کننده پروتئین ها صدق می کند.

جدول 3

ماهیت RNA های انتقال میتوکندری در گیاهان

مانند ژنوم میتوکندری های قارچی، ژنوم میتوکندری های گیاهی دارای اینترون هایی است که ژنوم میتوکندری های حیوانی فاقد آن هستند.

در برخی گونه ها، تعدادی از ژن ها در ژنوم کپی شده اند. بنابراین در ذرت و لوبیا، ژن های rRNA تکرار نمی شوند، اما در گندم چندین بار تکرار می شوند. ژن های کد کننده پروتئین های میتوکندری نیز ممکن است در ژنوم آنها تکرار شوند.

به طور طبیعی، میتوکندری ها مانند کلروپلاست ها حاوی پروتئین های آنزیمی بسیار بیشتری نسبت به ژنوم ژن های خود هستند. و بنابراین، بیشتر پروتئین ها توسط ژنوم هسته ای کنترل می شوند، در سیتوپلاسم روی ریبوزوم های سیتوپلاسمی به جای میتوکندری جمع می شوند و به غشای میتوکندری منتقل می شوند.

بنابراین، ژنوم میتوکندری گیاهان یک سیستم بسیار متغیر است، اما از نظر تعداد ژن کاملاً پایدار است. برخلاف ژنوم فشرده کلروپلاست ها، در ژنوم میتوکندری گیاهان، ژن ها کمتر از 20 درصد ژنوم را تشکیل می دهند. افزایش ژنوم میتوکندری در مقایسه با قارچ ها یا حیوانات به دلیل وجود اینترون ها، توالی های تکرار شونده مختلف، درج شده از ژنوم کلروپلاست ها، هسته و ویروس ها است. عملکرد تقریباً 50 درصد از ژنوم میتوکندری گیاه هنوز مشخص نشده است. علاوه بر این که بسیاری از ژن‌های ساختاری که عملکرد میتوکندری را کنترل می‌کنند در هسته قرار دارند، بسیاری از ژن‌هایی که فرآیند رونویسی، پردازش و ترجمه ژن‌های میتوکندری را کنترل می‌کنند نیز در این هسته قرار دارند. در نتیجه، میتوکندری ها حتی اندامک های مستقل کمتری نسبت به پلاستیدها دارند.

ادبیات

اصلی:

1. آلخینا N.D.، Balnokin Yu.V.، Gavrilenko V.F. و سایرین فیزیولوژی گیاهان کتاب درسی برای دانش آموزان. دانشگاه ها. م.: آکادمی. 2005. 640 ص.

داویدنکو O.G. وراثت غیر کروموزومی مینسک: BSU. 2001. 189 ص.

3. Danilenko N.G., Davydenko O.G. جهان های ژنوم اندامک ها. مینسک: فناوری. 2003. 494 ص.

4. ایوانف V.I. و سایرین. م.: آکادمکنیگا. 2006. 638 ص.

5. Zhimulev I.S. ژنتیک عمومی و مولکولی. نووسیبیرسک: سیب. دانشگاه 2007. 479 ص.

6. Singer M., Berg P. ژن ها و ژنوم ها. م.: میر. 1998. T. 1-

7. Chentsov Yu S. مقدمه ای بر زیست شناسی سلولی. م.: آکادمکنیگا. 2004. 495 ص.

اضافی:

1. Danilenko N.G. ویرایش RNA: اطلاعات ژنتیکی پس از رونویسی تصحیح می شود // ژنتیک. 2001. T. 37. شماره 3. ص 294-316.

نقش همزیستی در تکامل سلولی. م.: میر، 1983.

3. Odintsova M. S.، Yurina N. P. ژنوم میتوکندری های پروتیست // ژنتیک. 200 T. 38. شماره 6. صص 773-778.

4. Odintsova M. S.، Yurina N. P. ژنوم پلاستیدهای گیاهان عالی و جلبک: ساختار و عملکردها // مول. Biol. 2003. T. 37. شماره 5. ص 768-783.

5. Yurina N. P., Odintsova M. S. ویژگی های کلی سازماندهی ژنوم کلروپلاست. مقایسه با ژنوم پرو و ​​یوکاریوت ها // مول. Biol. 199 T. 36. شماره 4. ص 757-771.

6. Yurina N. P., Odintsova M. S. ویژگی های مقایسه ای سازماندهی ساختاری ژنوم کلروپلاست ها و میتوکندری های گیاهی // ژنتیک. 1998. T. 34. شماره 1. ص 5-2.

ارسال شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

جوهر سازمان فراساختاری میتوکندری. نقش میتوکندری در حفظ تعادل ردوکس سلول ویژگی عملکردهای انرژی میتوکندری. تغییرات در ویژگی های مورفوفانشنال میتوکندری در طی اسیدوز.

پایان نامه، اضافه شده در 2018/01/27


بررسی نقش عملکردی و سازمان ساختاری میتوکندری. بررسی و توصیف عملکرد زنجیره تنفسی میتوکندری در شرایط نرموکسی. مقدمه ای بر اثر ضد هیپوکسیک فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز

کار دوره، اضافه شده در 2018/04/18


مکانیسم های اساسی مرگ سلولی میتوکندری به عنوان نقطه کنترل مرکزی آپوپتوز تغییرات مورفولوژیکی و توزیع مجدد میتوکندری در سلول در طول آپوپتوز الگوهای آزادسازی سیتوکروم C نقش میتوکندری در روند پیری.

کار دوره، اضافه شده 01/07/2013


مجموعه ای از آنزیم ها که در غشای داخلی میتوکندری قرار دارند. فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو. سنتز ATP بر روی غشای میتوکندری داخلی در حضور اکسیژن. اجزای زنجیره تنفسی. جوهر نظریه شیمی‌اسموتیک پی میچل.

ارائه، اضافه شده در 10/22/2014


بررسی ساختار میتوکندری و پلاستیدها و عملکرد آنها. فرضیه منشا همزیستی میتوکندری و کلروپلاست. خصوصیات معمول عمومی بافت عضلانی اسپرماتوژنز، دوره های اصلی آن: تولید مثل، رشد، بلوغ و تشکیل.

تست، اضافه شده در 2014/03/11


مفهوم و خواص میتوکندری، ساختار آنها، مشارکت در تنفس سلولی و تبادل انرژی. ویژگی های مشخصه گاسترولاسیون رشد جنینی. در نظر گرفتن عملکرد، ساختار، طبقه بندی لکوسیت ها. ظاهر تیموس (غده تیموس).

تست، اضافه شده در 2015/04/21


ساختار، ترکیب شیمیایی، توزیع در ماهیت و اهمیت گروه طبقه بندی قالب های لجن. اجسام رویشی قالب های لجنی. مراحل تروفیک و پراکندگی فرآیند تشکیل هاگ. وجود مراحل متحرک در چرخه ها، ساختار میتوکندری.

کار دوره، اضافه شده در 08/12/2015


ساختار و اجزای اصلی غشای سلولی جلبک. موارد آرایش تصادفی فیبریل ها در بین جلبک های سبز، سازماندهی سیتوپلاسم در نمایندگان مختلف گونه، هدف تاژک ها، میتوکندری ها و کلروپلاست ها.

کار دوره، اضافه شده در 2009/07/29


کاربرد بالینی درمان فتودینامیک. مکانیسم اثر حساس کننده های نور در سطح سلولی. نقش یون‌های میتوکندری و کلسیم در آپوپتوز ناشی از فوتودینامیک مشارکت فرآیندهای سیگنالینگ و پروتئین های محافظ در واکنش های سلولی.

تست، اضافه شده در 1394/08/19


میتوکندری یک اندامک دانه ای یا رشته ای دو غشایی، عنصری از سلول های یوکاریوتی (اتوتروف ها و هتروتروف ها)، یک ایستگاه انرژی است. عملکرد اصلی و تولید انرژی؛ منشاء، ساختار DNA میتوکندری و وراثت

عملکرد ژنوم میتوکندری مکانیسم های تکثیر DNA و رونویسی میتوکندری پستانداران چیست؟ در اکثر حیوانات، زنجیره های مکمل در mtDNA از نظر چگالی خاص به طور قابل توجهی متفاوت هستند، زیرا حاوی مقادیر نابرابر پورین "سنگین" و نوکلئوتید پیریمیدین "سبک" هستند. بنابراین به آنها زنجیره - H (سنگین - سنگین) و L (سبک - سبک) می گویند. در ابتدای تکثیر مولکول mtDNA یک حلقه به اصطلاح D تشکیل می شود (از حلقه Displacement انگلیسی). این ساختار که در یک میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده است، از یک ناحیه دو رشته ای و یک رشته ای (قسمت گسترده از زنجیره H) تشکیل شده است. ناحیه دو رشته ای توسط بخشی از زنجیره L و یک قطعه DNA جدید ساخته شده مکمل آن به طول 450-650 نوکلئوتید (بسته به نوع ارگانیسم) تشکیل می شود که دارای یک پرایمر ریبونوکلئوتیدی در انتهای 5 اینچی است که مطابقت دارد. تا نقطه شروع سنتز زنجیره H (oriH) سنتز زنجیره L فقط زمانی شروع می شود که زنجیره H دختر به نقطه ori L برسد. این به این دلیل است که منطقه شروع تکرار زنجیره L است. برای آنزیم های سنتز DNA فقط در حالت تک رشته ای قابل دسترسی است و بنابراین فقط در یک مارپیچ دوتایی غیرپیچیده در طول سنتز رشته H بنابراین، رشته های دختر mtDNA به طور پیوسته و ناهمزمان سنتز می شوند. شکل 3. در میتوکندری، تعداد کل مولکول های دارای حلقه D به طور قابل توجهی از تعداد مولکول های کاملاً تکثیر شونده بیشتر است. این به دلیل این واقعیت است که حلقه D عملکردهای اضافی دارد - اتصال mtDNA به غشای داخلی و شروع رونویسی، زیرا محرک های رونویسی هر دو رشته DNA در این منطقه قرار دارند. برخلاف اکثر ژن‌های یوکاریوتی که به‌طور مستقل از یکدیگر رونویسی می‌شوند، هر یک از رشته‌های mtDNA پستانداران برای تشکیل یک مولکول RNA منفرد که از ناحیه ori H شروع می‌شود، رونویسی می‌شود، علاوه بر این دو مولکول RNA طولانی، مکمل H- و L-. زنجیره‌ها، بخش‌های کوتاه‌تری از زنجیره H نیز تشکیل می‌شوند که از همان نقطه شروع می‌شوند و به انتهای ۳ اینچی ژن ۱۶S rRNA ختم می‌شوند (شکل ۴). تعداد این رونوشت‌های کوتاه ۱۰ برابر بیشتر از نسخه‌های طولانی است. در نتیجه بلوغ (پردازش) از آنها 12S rRNA و 16S rRNA تشکیل می شود که در تشکیل ریبوزوم های میتوکندری و همچنین tRNA های فنیل آلانین و والین نقش دارند انتهای 3 اینچی که توالی های پلی آدنیل به آن متصل شده اند. انتهای 5 اینچی این mRNA ها پوشیده نیستند، که برای یوکاریوت ها غیرمعمول است. پیرایش (پیچیدن) رخ نمی دهد، زیرا هیچ یک از ژن های میتوکندری پستانداران حاوی اینترون نیستند.

ND1-ND6، ND4L - ژن های زیر واحدهای مجتمع NAD-H-dehydrogenase. COI-COIII - ژن های زیر واحدهای اکسیداز سیتوکروم c. ATP6، ATP8 - ژن های زیر واحدهای سنتتاز ATP Cyt b - ژن سیتوکروم b.

شکل 4.رونویسی mtDNA انسانی حاوی 37 ژن. تمام رونوشت ها در ناحیه ori H سنتز می شوند. tRNA و mRNA در نتیجه پردازش از رونوشت های هر دو رشته DNA تشکیل می شوند. ژن های tRNA با رنگ سبز روشن نشان داده شده اند.

آیا می خواهید بدانید که ژنوم میتوکندری چه شگفتی های دیگری می تواند داشته باشد؟ عالی! ادامه مطلب!..

علیرغم این واقعیت که ژنوم میتوکندری پستانداران و مخمرها حاوی تقریباً همان تعداد ژن است، اندازه ژنوم مخمر 4-5 برابر بزرگتر است - حدود 80 هزار جفت نوکلئوتیدی. اگرچه توالی های کد کننده mtDNA مخمر با توالی های مربوطه در انسان بسیار همولوگ هستند، mRNA های مخمر علاوه بر این، مانند اکثر mRNA های هسته ای، یک رهبر 5 اینچی و یک ناحیه غیر کد کننده 3 اینچی دارند. تعدادی از ژن ها نیز حاوی اینترون هستند. بنابراین، ژن جعبه کد کننده سیتوکروم اکسیداز b دارای دو اینترون است. یک کپی از بیشتر اینترون اول از رونوشت RNA اولیه به صورت اتوکاتالیستی (بدون مشارکت هیچ پروتئینی) جدا می شود. RNA باقیمانده به عنوان الگویی برای تشکیل آنزیم ma-turase عمل می کند که در پیوند نقش دارد. بخشی از توالی اسید آمینه آن در نسخه های باقی مانده از اینترون ها رمزگذاری شده است. Maturase آنها را قطع می کند، mRNA خود را از بین می برد، نسخه هایی از اگزون ها به هم بخیه می شوند و mRNA برای سیتوکروم اکسیداز b تشکیل می شود (شکل 5). کشف چنین پدیده ای ما را مجبور کرد که ایده اینترون ها را به عنوان "توالی های غیر کد کننده" مورد بررسی قرار دهیم.

شکل 5.

هنگام مطالعه بیان ژن های میتوکندری تریپانوزوما بروسییک انحراف شگفت‌انگیز از یکی از بدیهیات اساسی زیست‌شناسی مولکولی کشف شد که بیان می‌کند که توالی نوکلئوتیدها در mRNA دقیقاً مطابق با مناطق کدکننده DNA است. معلوم شد که mRNA یکی از زیر واحدهای سیتوکروم c اکسیداز ویرایش شده است، یعنی. پس از رونویسی، ساختار اولیه آن تغییر می کند - چهار اوراسیل وارد می شود. در نتیجه، mRNA جدیدی تشکیل می‌شود که به عنوان الگویی برای سنتز زیرواحد اضافی آنزیم عمل می‌کند که توالی اسید آمینه آن هیچ شباهتی با توالی کدگذاری‌شده توسط mRNA ویرایش نشده ندارد (جدول را ببینید).

میتوکندری در سال 1979 بزرگترین شگفتی را برای دانشمندان به ارمغان آورد. تا آن زمان اعتقاد بر این بود که کد ژنتیکی جهانی است و همان سه قلوها همان اسیدهای آمینه را در باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها، گیاهان و حیوانات رمزگذاری می کنند. بورل، محقق انگلیسی، ساختار یکی از ژن‌های میتوکندری گوساله را با توالی اسیدهای آمینه موجود در زیرواحد سیتوکروم اکسیداز کدگذاری شده توسط این ژن مقایسه کرد. معلوم شد که کد ژنتیکی میتوکندری در گاو (و همچنین در انسان) نه تنها با کد جهانی متفاوت است، بلکه "ایده آل" است، یعنی. از قانون زیر پیروی می کند: "اگر دو کدون دو نوکلئوتید یکسان داشته باشند و نوکلئوتید سوم به یک کلاس تعلق داشته باشد (پورین - A، G، یا پیریمیدین - U، C)، آنگاه برای همان اسید آمینه کد می کنند." در کد جهانی دو استثنا برای این قانون وجود دارد: سه گانه AUA ایزولوسین را رمزگذاری می کند و کدون AUG متیونین را کد می کند، در حالی که در کد میتوکندری ایده آل هر دو این سه گانه متیونین را رمزگذاری می کنند. سه گانه UGG فقط تریپتوفان را رمزگذاری می کند و سه گانه UGA یک کدون توقف را رمزگذاری می کند. در کد جهانی، هر دو انحراف به جنبه‌های اساسی سنتز پروتئین مربوط می‌شوند: کدون AUG آغازگر است و کدون توقف UGA سنتز پلی پپتید را متوقف می‌کند. کد ایده آل در همه میتوکندری های توصیف شده ذاتی نیست، اما هیچ یک از آنها کد جهانی ندارند. می توان گفت که میتوکندری ها به زبان های مختلف صحبت می کنند، اما هرگز به زبان هسته صحبت نمی کنند.

تفاوت بین کد ژنتیکی "جهانی" و دو کد میتوکندری

میتوکندری

کد پستانداران

میتوکندری

کد مخمر

"جهانی"

شاید خواندن آن مفید باشد:

• ژن های DNA میتوکندری;
• سازگاری ماهی ها و حوت ها: عشق ایثارگرانه یا روابط ناپایدار سازگاری با توجه به طالع بینی ماهی ها مانند است.;
• چگونه یک مرد محبوب را بدون ارتباط برگردانیم - توطئه های اثبات شده جادوگران قدرتمند چگونه یک فرد را به خود برگردانیم;
• Scoleciphobia و نحوه مبارزه با آن;
• کارشناسان موافق تمدید عملیات ISS هستند;
• ساختار و فعالیت حیاتی مژک داران با استفاده از مثال مژک دار دمپایی;
• اسقف اعظم جاناتان (التسکی): در خاستگاه تولد کلیسای ارتدکس اوکراین;
• مقامات منطقه کورگان به پایتخت منطقه پرداخت نمی کنند. فرماندار اوسیپوف دستورالعمل های فدرال را برای شفافیت انتخابات انجام می دهد.;