გრძელფეხებათა დამატება: ფლამინგოს რაზმი ფლამინგო გრძელფეხებაა, თუნდაც ძალიან გრძელფეხება და უჩვეულოდ გრძელფეხება ფრინველია. მაგრამ გონივრული მიზეზების გამო, რომელსაც აქ არ განვიხილავთ, ახლა იგი გამორიცხულია ტერფის კუბიკების რიგიდან (ასევე ლამელარული კუბებიდან, სადაც ფლამინგოებიც შედიოდნენ)

ნეანდერტალელის გენომი ბოლო დრომდე პალეოგენეტიკოსების საბოლოო ოცნება იყო მიტოქონდრიული დნმ-ის გამოყოფა უძველესი ძვლებიდან. გენომის ეს მცირე ნაწილი, რომელიც გადაცემულია დედის ხაზით, გვხვდება ასობით ეგზემპლარად თითოეულ უჯრედში და მას ასევე აქვს

პასტერის ინოკულაციების დამატება პასტერის ინოკულაციების ახალი და მნიშვნელოვანი დამატება მეცნიერებმა უკვე მე-20 საუკუნეში შექმნეს. რამდენიმე წლის წინ საბჭოთა მეცნიერებმა შექმნეს ცოფის საწინააღმდეგო გამა გლობულინი. ამ პრეპარატის ხელმისაწვდომობით, ცოფის პრევენცია კიდევ უფრო გაიზარდა

თავი 14 პირველი ადამიანის გენომი მეცნიერულ რბოლაში თქვენზე ყოფნის პერსპექტივა ჩვეულებრივ სასოწარკვეთილებას და გიჟურ იმედს იწვევს - რა მოხდება, თუ გაგიმართლებთ და თქვენი კონკურენტი ხვალ მოკვდება. ხანდახან ყველაფრის დათმობა გინდა, მაგრამ შემდეგ წლების შრომა ფუჭად დაიხარჯება

1.5. ლაბილური გენომი ტრადიციული იდეები გენომის სტაბილურობის შესახებ, რომელიც განვითარდა კლასიკური გენეტიკის ფარგლებში, მნიშვნელოვნად შეირყა მობილური (მიგრაციული) გენეტიკური ელემენტების (MGE) აღმოჩენის შემდეგ. MGE არის სტრუქტურები, რომლებსაც შეუძლიათ გენომის შიგნით გადაადგილება

შესავალი

მეოთხედი საუკუნე გავიდა მას შემდეგ, რაც დნმ-ის მოლეკულები აღმოაჩინეს მიტოქონდრიაში, სანამ მათში არა მხოლოდ მოლეკულური ბიოლოგები და ციტოლოგები, არამედ გენეტიკოსები, ევოლუციონისტები, ასევე პალეონტოლოგები და კრიმინოლოგები დაინტერესდნენ. ასეთი ფართო ინტერესი გამოიწვია ა.უილსონის შრომამ კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან. 1987 წელს მან გამოაქვეყნა მიტოქონდრიული დნმ-ის შედარებითი ანალიზის შედეგები, რომლებიც აღებული იყო ხუთი კონტინენტზე მცხოვრები ადამიანური რასის სხვადასხვა ეთნიკური ჯგუფის 147 წარმომადგენლისგან. ინდივიდუალური მუტაციების ტიპზე, ადგილმდებარეობისა და რაოდენობის მიხედვით დადგინდა, რომ ყველა მიტოქონდრიული დნმ წარმოიშვა ერთი წინაპრების ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობიდან დივერგენციის გზით. ფსევდომეცნიერულ პრესაში ეს დასკვნა ძალიან გამარტივებულად იქნა განმარტებული - მთელი კაცობრიობა წარმოიშვა ერთი ქალისგან, რომელსაც მიტოქონდრიული ევა ჰქვია (რადგან ორივე ქალიშვილები და ვაჟები მიტოქონდრიას იღებენ მხოლოდ დედისგან), რომელიც ცხოვრობდა ჩრდილო-აღმოსავლეთ აფრიკაში დაახლოებით. 200 ათასი წლის წინ. კიდევ 10 წლის შემდეგ, შესაძლებელი გახდა ნეანდერტალელის ნარჩენებისგან იზოლირებული მიტოქონდრიული დნმ-ის ფრაგმენტის გაშიფვრა და ადამიანისა და ნეანდერტალელების ბოლო საერთო წინაპრის არსებობის შეფასება 500 ათასი წლის წინ.

დღეს ადამიანის მიტოქონდრიული გენეტიკა ინტენსიურად ვითარდება როგორც პოპულაციის, ასევე სამედიცინო ასპექტში. დადგინდა კავშირი რიგ მძიმე მემკვიდრეობით დაავადებასა და მიტოქონდრიულ დნმ-ის დეფექტებს შორის. დაბერებასთან დაკავშირებული გენეტიკური ცვლილებები ყველაზე გამოხატულია მიტოქონდრიებში. რა არის მიტოქონდრიული გენომი, რომელიც განსხვავდება ადამიანებში და სხვა ცხოველებში მცენარეების, სოკოების და პროტოზოების გენომისგან ზომით, ფორმით და გენეტიკური შესაძლებლობებით? რა როლი აქვს, როგორ მუშაობს და როგორ გაჩნდა მიტოქონდრიული გენომი სხვადასხვა ტაქსონებში ზოგადად და კონკრეტულად ადამიანებში? ეს იქნება განხილული ჩემს "პატარა და ყველაზე მოკრძალებულ" ესეში.

დნმ-ის გარდა, მიტოქონდრიული მატრიცა ასევე შეიცავს საკუთარ რიბოზომებს, რომლებიც მრავალი მახასიათებლით განსხვავდებიან ენდოპლაზმური ბადის მემბრანებზე მდებარე ევკარიოტული რიბოსომებისაგან. ამასთან, მათ შემადგენლობაში შემავალი ყველა ცილის არაუმეტეს 5% იქმნება მიტოქონდრიის რიბოსომებზე. ცილების უმეტესობა, რომლებიც ქმნიან მიტოქონდრიის სტრუქტურულ და ფუნქციურ კომპონენტებს, კოდირებულია ბირთვული გენომის მიერ, სინთეზირებულია ენდოპლაზმური ბადის რიბოსომებზე და ტრანსპორტირდება მისი არხებით შეკრების ადგილზე. ამრიგად, მიტოქონდრია ორი გენომისა და ორი ტრანსკრიფციისა და მთარგმნელობითი აპარატის ერთობლივი ძალისხმევის შედეგია. მიტოქონდრიული რესპირატორული ჯაჭვის ზოგიერთი ქვედანაყოფის ფერმენტი შედგება სხვადასხვა პოლიპეპტიდებისგან, რომელთაგან ზოგიერთი კოდირებულია ბირთვული გენომით, ნაწილი კი მიტოქონდრიული გენომით. მაგალითად, ოქსიდაციური ფოსფორილირების ძირითადი ფერმენტი, ციტოქრომ c ოქსიდაზა საფუარში, შედგება სამი ქვედანაყოფისგან, რომელიც კოდირებულია და სინთეზირებულია მიტოქონდრიაში, და ოთხი ქვედანაყოფი, რომელიც კოდირებულია უჯრედის ბირთვში და სინთეზირებულია ციტოპლაზმაში. მიტოქონდრიული გენების უმეტესობის ექსპრესია კონტროლდება სპეციფიკური ბირთვული გენებით.

მიტოქონდრიის წარმოშობის სიმბიოტური თეორია

ჰიპოთეზა მიტოქონდრიისა და მცენარეთა პლასტიდების წარმოშობის შესახებ უჯრედშიდა ენდოსიმბიონტური ბაქტერიებიდან გამოთქვა რ. ალტმანმა ჯერ კიდევ 1890 წელს. ბიოქიმიის, ციტოლოგიის, გენეტიკა და მოლეკულური ბიოლოგიის სწრაფი განვითარების საუკუნის განმავლობაში, რომელიც გაჩნდა ნახევარი საუკუნის წინ, ჰიპოთეზა აქვს. გადაიზარდა თეორიად, რომელიც დაფუძნებულია დიდი რაოდენობით ფაქტობრივ მასალაზე. მისი არსი ასეთია: ფოტოსინთეზური ბაქტერიების მოსვლასთან ერთად, დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადი გროვდება - მათი მეტაბოლიზმის ქვეპროდუქტი. მისი კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ანაერობული ჰეტეროტროფების სიცოცხლე გართულდა და ზოგიერთი მათგანი ენერგიის მისაღებად გადავიდა ჟანგბადის გარეშე დუღილიდან ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაზე. ასეთ აერობულ ჰეტეროტროფებს შეუძლიათ ანაერობულ ბაქტერიებთან შედარებით უფრო დიდი ეფექტურობით დაშალონ ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებები. ზოგიერთი თავისუფლად მცხოვრები აერობი დაიპყრო ანაერობებმა, მაგრამ არა "მონელებული", არამედ ინახებოდა როგორც ენერგეტიკული სადგურები, მიტოქონდრია. მიტოქონდრია არ უნდა განიხილებოდეს, როგორც მონები, ტყვედ ჩავარდნილი, რათა მიაწოდოს ATP მოლეკულები უჯრედებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ სუნთქვა. ისინი საკმაოდ „არსებები“ არიან, რომლებიც ჯერ კიდევ პროტეროზოურ ხანაში იპოვნეს საუკეთესო თავშესაფარი საკუთარი თავისთვის და მათი შთამომავლებისთვის, სადაც მათ შეეძლოთ მინიმალური ძალისხმევის დახარჯვა, ჭამის რისკის გარეშე.

სიმბიოტური თეორიის სასარგებლოდ მეტყველებს მრავალი ფაქტი:

მიტოქონდრიებისა და თავისუფლად მცხოვრები აერობული ბაქტერიების ზომები და ფორმები ერთმანეთს ემთხვევა; ორივე შეიცავს წრიულ დნმ-ის მოლეკულებს, რომლებიც არ ასოცირდება ჰისტონებთან (ხაზოვანი ბირთვული დნმ-ისგან განსხვავებით);

ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების მიხედვით, მიტოქონდრიის რიბოსომური და გადამტანი რნმ განსხვავდება ბირთვულიდან, ამასთან, ავლენს გასაოცარ მსგავსებას ზოგიერთი აერობული გრამუარყოფითი ევბაქტერიების მსგავს მოლეკულებთან;

მიტოქონდრიული რნმ პოლიმერაზები, მიუხედავად იმისა, რომ დაშიფრულია უჯრედის ბირთვში, ინჰიბირებულია რიფამპიცინის მიერ, ისევე როგორც ბაქტერიული, და ევკარიოტული რნმ პოლიმერაზები არ არიან მგრძნობიარე ამ ანტიბიოტიკის მიმართ;

ცილის სინთეზს მიტოქონდრიებში და ბაქტერიებში თრგუნავს იგივე ანტიბიოტიკები, რომლებიც გავლენას არ ახდენენ ევკარიოტების რიბოზომებზე;

მიტოქონდრიის შიდა მემბრანის და ბაქტერიული პლაზმური მემბრანის ლიპიდური შემადგენლობა მსგავსია, მაგრამ ძალიან განსხვავდება მიტოქონდრიის გარე გარსისგან, რომელიც ჰომოლოგიურია ევკარიოტული უჯრედების სხვა მემბრანებთან;

შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის მიერ წარმოქმნილი კრისტაები მრავალი პროკარიოტის მეზოსომური მემბრანების ევოლუციური ანალოგებია;

ჯერ კიდევ არსებობენ ორგანიზმები, რომლებიც ბაძავენ შუალედურ ფორმებს ბაქტერიებისგან მიტოქონდრიების წარმოქმნის გზაზე (პრიმიტიული ამება). პელომიქსაარ აქვს მიტოქონდრია, მაგრამ ყოველთვის შეიცავს ენდოსიმბიოზურ ბაქტერიებს).

არსებობს მოსაზრება, რომ ევკარიოტების სხვადასხვა სამეფოებს განსხვავებული წინაპრები ჰყავდათ და ბაქტერიული ენდოსიმბიოზი წარმოიქმნა ცოცხალი ორგანიზმების ევოლუციის სხვადასხვა ეტაპზე. ამას მოწმობს აგრეთვე პროტოზოების, სოკოების, მცენარეების და უმაღლესი ცხოველების მიტოქონდრიული გენომის სტრუქტურაში არსებული განსხვავებები. მაგრამ ყველა შემთხვევაში, პრომიტოქონდრიიდან გენების ძირითადი ნაწილი შევიდა ბირთვში, შესაძლოა მობილური გენეტიკური ელემენტების დახმარებით. როდესაც ერთი სიმბიონტის გენომის ნაწილი შედის მეორის გენომში, სიმბიონტების ინტეგრაცია შეუქცევადი ხდება. ახალ გენომს შეუძლია შექმნას მეტაბოლური გზები, რომლებიც მიგვიყვანს სასარგებლო პროდუქტების ფორმირებამდე, რომელთა სინთეზი არც ერთ პარტნიორს ინდივიდუალურად არ შეუძლია. ამრიგად, თირკმელზედა ჯირკვლის ქერქის უჯრედების მიერ სტეროიდული ჰორმონების სინთეზი არის რეაქციების რთული ჯაჭვი, რომელთაგან ზოგი ხდება მიტოქონდრიაში, ზოგი კი ენდოპლაზმურ რეტიკულუმში. პრომიტოქონდრიული გენების დაჭერით, ბირთვმა შეძლო სიმბიონტის ფუნქციების საიმედო კონტროლი. ბირთვში კოდირებულია მიტოქონდრიის გარე მემბრანის ყველა ცილა და ლიპიდური სინთეზი, მატრიქსის ცილების უმეტესობა და ორგანელების შიდა მემბრანა. რაც მთავარია, ბირთვი აკოდირებს ფერმენტებს mtDNA-ს რეპლიკაციისთვის, ტრანსკრიფციისთვის და ტრანსლაციისთვის, რითაც აკონტროლებს მიტოქონდრიების ზრდას და რეპროდუქციას. სიმბიოზის პარტნიორების ზრდის ტემპი დაახლოებით იგივე უნდა იყოს. თუ მასპინძელი უფრო სწრაფად იზრდება, მაშინ ყოველ თაობასთან ერთად მცირდება სიმბიონტების რაოდენობა თითო ინდივიდზე და, საბოლოოდ, გამოჩნდებიან შთამომავლები მიტოქონდრიის გარეშე. ჩვენ ვიცით, რომ სქესობრივი გამრავლების ორგანიზმის თითოეული უჯრედი შეიცავს ბევრ მიტოქონდრიას, რომლებიც იმეორებენ მათ დნმ-ს მასპინძლის განყოფილებებს შორის. ეს უზრუნველყოფს, რომ ქალიშვილის თითოეულმა უჯრედმა მიიღოს მიტოქონდრიული გენომის მინიმუმ ერთი ასლი.

უჯრედის ბირთვის როლი მიტოქონდრიულ ბიოგენეზში

მუტანტის საფუარის გარკვეულ ტიპს აქვს დიდი დელეცია მიტოქონდრიულ დნმ-ში, რაც იწვევს მიტოქონდრიაში ცილის სინთეზის სრულ შეწყვეტას; შედეგად, ეს ორგანელები ვერ ასრულებენ თავიანთ ფუნქციას. ვინაიდან ასეთი მუტანტები ქმნიან მცირე კოლონიებს, როდესაც იზრდება გლუკოზის დაბალი შემცველობით, მათ ე.წ ციტოპლაზმური მუტანტამიწვრილმანი.

მიუხედავად იმისა, რომ წვრილ მუტანტებს არ აქვთ მიტოქონდრიული ცილის სინთეზი და, შესაბამისად, არ ქმნიან ნორმალურ მიტოქონდრიებს, ასეთი მუტანტები მაინც შეიცავს პრომიტოქონდრია,რომლებიც გარკვეულწილად ჰგავს ჩვეულებრივ მიტოქონდრიებს, აქვთ ნორმალური გარე მემბრანა და შიდა მემბრანა სუსტად განვითარებული კრისტალებით. პრომიტოქონდრია შეიცავს ბევრ ფერმენტს, რომლებიც კოდირებულია ბირთვული გენებით და სინთეზირებულია ციტოპლაზმურ რიბოსომებზე, მათ შორის დნმ და რნმ პოლიმერაზებს, ლიმონმჟავას ციკლის ყველა ფერმენტს და ბევრ ცილას, რომლებიც ქმნიან შიდა მემბრანას. ეს ნათლად აჩვენებს ბირთვული გენომის უპირატეს როლს მიტოქონდრიულ ბიოგენეზში.

საინტერესოა აღინიშნოს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ დაკარგული დნმ-ის ფრაგმენტები შეადგენს მიტოქონდრიული გენომის 20-დან 99,9%-ზე მეტს, მიტოქონდრიული დნმ-ის მთლიანი რაოდენობა წვრილ მუტანტებში ყოველთვის რჩება იმავე დონეზე, როგორც ველურ ტიპში. ეს განპირობებულია დნმ-ის გაძლიერების ჯერ კიდევ ცოტა შესწავლილი პროცესით, რის შედეგადაც იქმნება დნმ-ის მოლეკულა, რომელიც შედგება იმავე მონაკვეთის ტანდემური გამეორებებისგან და ზომით ნორმალური მოლეკულის ტოლია. მაგალითად, წვრილმანი მუტანტის მიტოქონდრიული დნმ, რომელიც ინარჩუნებს ველური ტიპის დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის 50%-ს, შედგება ორი გამეორებისგან, ხოლო მოლეკულა, რომელიც ინარჩუნებს მხოლოდ 0,1% ველური ტიპის გენომი აშენდება დარჩენილი ფრაგმენტის 1000 ასლიდან. ამრიგად, წვრილმანი მუტანტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიტოქონდრიული დნმ-ის სპეციფიკური მონაკვეთების დიდი რაოდენობით მისაღებად, რომლებიც შეიძლება ითქვას, რომ კლონირებულია თავად ბუნებით.

მიუხედავად იმისა, რომ ორგანელების ბიოგენეზს ძირითადად ბირთვული გენები აკონტროლებენ, თავად ორგანელებსაც, ზოგიერთი მონაცემების მიხედვით, აქვთ გარკვეული სახის მარეგულირებელი გავლენა უკუკავშირის პრინციპზე; ყოველ შემთხვევაში, ასეა მიტოქონდრიის შემთხვევაში. თუ პროტეინის სინთეზი დაბლოკილია ხელუხლებელი უჯრედების მიტოქონდრიაში, მაშინ ციტოპლაზმაში ჭარბად იწყებენ ფორმირებას დნმ-ის, რნმ-ის და ცილების მიტოქონდრიულ სინთეზში ჩართული ფერმენტები, თითქოს უჯრედი ცდილობს გადალახოს ბლოკირების ეფექტი. მაგრამ, მიუხედავად იმისა, რომ მიტოქონდრიიდან გარკვეული სიგნალის არსებობა ეჭვგარეშეა, მისი ბუნება ჯერ კიდევ უცნობია.

მრავალი მიზეზის გამო, მიტოქონდრიული ბიოგენეზის მექანიზმები ახლა უმეტეს შემთხვევაში შესწავლილია კულტურებში. საქარომიცესი კარლსბერგენსისი(ლუდის საფუარი და ს. cerevisiae(პურის საფუარი). უპირველეს ყოვლისა, როდესაც გლუკოზაზე იზრდება, ეს საფუარები ავლენენ უნიკალურ უნარს იარსებონ მხოლოდ გლიკოლიზის საშუალებით, ანუ გააკეთონ მიტოქონდრიული ფუნქციის გარეშე. ეს შესაძლებელს ხდის მიტოქონდრიულ და ბირთვულ დნმ-ში მუტაციების შესწავლას, რომლებიც ხელს უშლიან ამ ორგანელების განვითარებას. ასეთი მუტაციები სასიკვდილოა თითქმის ყველა სხვა ორგანიზმში. მეორეც, საფუარი - მარტივი ერთუჯრედიანი ევკარიოტები - ადვილად მოსავლელი და ბიოქიმიურად შესწავლაა. დაბოლოს, საფუარს შეუძლია გამრავლება როგორც ჰაპლოიდურ, ასევე დიპლოიდურ ფაზაში, როგორც წესი, ასექსუალური კვირტის გზით (ასიმეტრიული მიტოზი). მაგრამ საფუარში სქესობრივი პროცესიც ხდება: დროდადრო ორი ჰაპლოიდური უჯრედი ერწყმის დიპლოიდურ ზიგოტს, რომელიც შემდეგ ან იყოფა მიტოზით, ან განიცდის მეიოზს და კვლავ წარმოქმნის ჰაპლოიდურ უჯრედებს. ასექსუალური და სექსუალური გამრავლების მონაცვლეობის ექსპერიმენტული კონტროლით, ბევრი რამის სწავლა შეიძლება მიტოქონდრიულ ფუნქციაზე პასუხისმგებელი გენების შესახებ. ამ მეთოდების გამოყენებით შესაძლებელია, კერძოდ, გაირკვეს, არის თუ არა ასეთი გენები ლოკალიზებული ბირთვულ დნმ-ში თუ მიტოქონდრიულ დნმ-ში, რადგან მიტოქონდრიული გენების მუტაციები არ არის მემკვიდრეობით მიღებული მენდელის კანონების მიხედვით, რომლებიც მართავენ ბირთვული გენების მემკვიდრეობას.

მიტოქონდრიული სატრანსპორტო სისტემები

მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებში შემავალი ცილების უმეტესობა ამ ორგანელებში იმპორტირებულია ციტოზოლიდან. ეს ბადებს ორ კითხვას: როგორ მიმართავს უჯრედი ცილებს სათანადო ორგანელამდე და როგორ შედის ეს ცილები უჯრედში?

ნაწილობრივი პასუხი იქნა მიღებული ფერმენტის მცირე ქვედანაყოფის (S) ტრანსპორტირების შესწავლით ქლოროპლასტის სტრომაში. რიბულოზა-1,5-ბისფოსფატ-კარბოქსიმანჰორები.თუ mRNA იზოლირებულია ერთუჯრედიანი წყალმცენარეების ციტოპლაზმიდან ქლამიდომონასიან ბარდის ფოთლებიდან, მატრიცის სახით შეყვანილი ცილის სინთეზირების სისტემაში in vitro, მაშინ მრავალი წარმოქმნილი ცილიდან ერთ-ერთი შეკრული იქნება სპეციფიური ანტი-S ანტისხეულით. ინ ვიტრო სინთეზირებულ S პროტეინს ეწოდება ppo-S, რადგან ის დაახლოებით 50 ამინომჟავის ნარჩენებით აღემატება ჩვეულებრივ S ცილას. როდესაც პრო-S ცილა ინკუბირებულია ხელუხლებელი ქლოროპლასტებით, ის აღწევს ორგანელებში და იქ პეპტიდაზას საშუალებით გარდაიქმნება S ცილად. შემდეგ S ცილა უკავშირდება ქლოროპლასტის რიბოსომებზე სინთეზირებულ რიბულოზა-1,5-ბისფოსფატ კარბოქსილაზას დიდ ქვედანაყოფს და ქლოროპლასტის სტრომაში ქმნის მასთან აქტიურ ფერმენტს.

S ცილის გადაცემის მექანიზმი უცნობია. ითვლება, რომ პრო-S აკავშირებს რეცეპტორულ ცილას, რომელიც მდებარეობს ქლოროპლასტის გარე მემბრანაზე ან გარე და შიდა მემბრანების შეერთების ადგილზე და შემდეგ ტრანსმემბრანული არხებით სტრომაში ტრანსპორტირდება პროცესის შედეგად, რომელიც ენერგიას მოითხოვს. ხარჯი.

ცილის ტრანსპორტირება მიტოქონდრიაში ანალოგიურად ხდება. თუ გაწმენდილი საფუარის მიტოქონდრია ინკუბირებულია უჯრედის ექსტრაქტით, რომელიც შეიცავს ახლად სინთეზირებულ რადიოაქტიურ საფუარის ცილებს, შეიძლება შეინიშნოს, რომ ბირთვული გენომის მიერ კოდირებული მიტოქონდრიული ცილები გამოყოფილია ციტოპლაზმის არამიტოქონდრიული ცილებისგან და შერჩევით ჩართულია მიტოქონდრიაში. ხელუხლებელი უჯრედი. ამ შემთხვევაში, გარე და შიდა მემბრანების, მატრიქსისა და მემბრანთაშორისი სივრცის ცილები გზას პოულობენ მიტოქონდრიის შესაბამის განყოფილებაში.

ბევრ ახლად სინთეზირებულ ცილას, რომელიც განკუთვნილია შიდა მემბრანისთვის, მატრიქსისა და მემბრანთაშორისი სივრცისთვის, აქვს ლიდერი პეპტიდი მათ N-ბოლოზე, რომელიც ტრანსპორტირებისას იშლება მატრიქსში მდებარე სპეციფიური პროტეაზას მიერ. ცილების ტრანსპორტირება ამ სამ მიტოქონდრიულ განყოფილებაში მოითხოვს ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის ენერგიას, რომელიც შექმნილია შიდა მემბრანაში. გარე მემბრანისთვის ცილის გადაცემის მექანიზმი განსხვავებულია: ამ შემთხვევაში არც ენერგიის ხარჯვაა საჭირო და არც უფრო გრძელი წინამორბედი ცილის პროტეოლიზური გაყოფა. ეს და სხვა დაკვირვებები ვარაუდობენ, რომ მიტოქონდრიული ცილების ოთხივე ჯგუფი ორგანელაში ტრანსპორტირდება შემდეგი მექანიზმით: ვარაუდობენ, რომ ყველა ცილა, გარდა გარე მემბრანისთვის განკუთვნილი ცილებისა, შედის შიდა მემბრანაში ენერგიის დახარჯვის პროცესის შედეგად. და ხდება გარე და შიდა გარსებს შორის კონტაქტის ადგილებში. როგორც ჩანს, ცილის მემბრანაში ამ თავდაპირველი შეყვანის შემდეგ იგი განიცდის პროტეოლიზურ გახლეჩვას, რაც იწვევს მისი კონფორმაციის ცვლილებას; იმისდა მიხედვით, თუ როგორ იცვლება კონფორმაცია, ცილა ან ჩერდება მემბრანაში, ან „იძვრება“ მატრიცაში ან მემბრანთაშორის სივრცეში.

ცილების გადატანა მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტების მემბრანებში, პრინციპში, მსგავსია მათი გადაცემის ენდოპლაზმური ბადის მემბრანების მეშვეობით. თუმცა, არსებობს რამდენიმე მნიშვნელოვანი განსხვავება. პირველ რიგში, მატრიქსში ან სტრომაში ტრანსპორტირებისას ცილა გადის ორგანელის გარე და შიდა მემბრანაში, ხოლო ენდოპლაზმური ბადის სანათურში ტრანსპორტირებისას მოლეკულები გადის მხოლოდ ერთ მემბრანაში. გარდა ამისა, მექანიზმის გამოყენებით ხდება ცილების გადატანა რეტიკულუმში მიზნობრივი გათავისუფლება(ვექტორული გამონადენი) - ის იწყება მაშინ, როცა ცილა ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე გასული რიბოსომადან (თანათარგმნილი იმპორტი),და მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში გადატანა ხდება ცილის მოლეკულის სინთეზის სრულად დასრულების შემდეგ (თარგმანის შემდგომი იმპორტი).

მიუხედავად ამ განსხვავებებისა, ორივე შემთხვევაში უჯრედი ასინთეზირებს წინამორბედ ცილებს, რომლებიც შეიცავს სიგნალის თანმიმდევრობას, რომელიც განსაზღვრავს რომელ მემბრანაზეა მიმართული ცილა. როგორც ჩანს, ხშირ შემთხვევაში ეს თანმიმდევრობა იშლება წინამორბედი მოლეკულისგან ტრანსპორტირების პროცესის დასრულების შემდეგ. თუმცა, ზოგიერთი ცილა მყისიერად სინთეზირდება საბოლოო სახით. ითვლება, რომ ასეთ შემთხვევებში სიგნალის თანმიმდევრობა შეიცავს მზა ცილის პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს. სიგნალის თანმიმდევრობა ჯერ კიდევ ცუდად არის გასაგები, მაგრამ, სავარაუდოდ, არსებობს რამდენიმე ტიპის ასეთი თანმიმდევრობა, რომელთაგან თითოეული განსაზღვრავს ცილის მოლეკულის გადატანას უჯრედის კონკრეტულ რეგიონში. მაგალითად, მცენარეულ უჯრედში ზოგიერთი ცილა, რომლის სინთეზი იწყება ციტოზოლში, შემდეგ გადადის მიტოქონდრიაში, ზოგი ქლოროპლასტებში, ზოგი პეროქსიზომებში და ზოგი ენდოპლაზმურ ბადეში. რთული პროცესები, რომლებიც იწვევს ცილების სწორ უჯრედშიდა განაწილებას, მხოლოდ ახლა გახდა გასაგები.

ნუკლეინის მჟავებისა და ცილების გარდა, ახალი მიტოქონდრიების ასაშენებლად საჭიროა ლიპიდები. ქლოროპლასტებისაგან განსხვავებით, მიტოქონდრია მათი ლიპიდების უმეტეს ნაწილს გარედან იღებს. ცხოველურ უჯრედებში ენდოპლაზმურ ბადეში სინთეზირებული ფოსფოლიპიდები ტრანსპორტირდება მიტოქონდრიის გარე მემბრანაში სპეციალური ცილების გამოყენებით და შემდეგ შეჰყავთ შიდა მემბრანაში; ითვლება, რომ ეს ხდება ორ მემბრანას შორის შეხების წერტილში. ლიპიდური ბიოსინთეზის მთავარი რეაქცია, რომელიც კატალიზირებულია თავად მიტოქონდრიებით, არის ფოსფატიდური მჟავის გარდაქმნა ფოსფოლიპიდ კარდიოლიპინად, რომელიც ძირითადად გვხვდება მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში და შეადგენს მისი ყველა ლიპიდების დაახლოებით 20%-ს.

მიტოქონდრიული გენომის ზომა და ფორმა

დღემდე, 100-ზე მეტი სხვადასხვა მიტოქონდრიული გენომია წაკითხული. მათი გენების ნაკრები და რაოდენობა მიტოქონდრიულ დნმ-ში, რომლისთვისაც სრულად არის განსაზღვრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, მნიშვნელოვნად განსხვავდება სხვადასხვა სახეობის ცხოველებში, მცენარეებში, სოკოებსა და პროტოზოებში. გენების ყველაზე დიდი რაოდენობა აღმოჩნდა ფლაგელირებული პროტოზოების მიტოქონდრიულ გენომში რექტინომო-ნას ამერიკა- 97 გენი, მათ შორის ყველა ცილის კოდირების გენი, რომლებიც ნაპოვნია სხვა ორგანიზმების mtDNA-ში. უმაღლეს ცხოველთა უმეტესობაში, მიტოქონდრიული გენომი შეიცავს 37 გენს: 13 რესპირატორული ჯაჭვის პროტეინებისთვის, 22 tRNA-სთვის და ორი rRNA-სთვის (დიდი რიბოსომური ქვედანაყოფისთვის 16S rRNA და მცირე 12S rRNA-სთვის). მცენარეებსა და პროტოზოებში, ცხოველებისა და სოკოების უმეტესობისგან განსხვავებით, მიტოქონდრიული გენომი ასევე კოდირებს ზოგიერთ პროტეინს, რომლებიც ქმნიან ამ ორგანელების რიბოზომებს. შაბლონის პოლინუკლეოტიდის სინთეზის ძირითადი ფერმენტები, როგორიცაა დნმ პოლიმერაზა (მიტოქონდრიის დნმ-ის რეპლიკაცია) და რნმ პოლიმერაზა (მიტოქონდრიული გენომის ტრანსკრიფცია), დაშიფრულია ბირთვში და სინთეზირებულია ციტოპლაზმის რიბოსომებზე. ეს ფაქტი მიუთითებს მიტოქონდრიული ავტონომიის ფარდობითობაზე ევკარიოტული უჯრედის რთულ იერარქიაში.

სხვადასხვა სახეობის მიტოქონდრიული გენომი განსხვავდება არა მხოლოდ გენების სიმრავლით, მათი მდებარეობისა და გამოხატვის თანმიმდევრობით, არამედ დნმ-ის ზომითა და ფორმით. დღეს აღწერილი მიტოქონდრიული გენომის აბსოლუტური უმრავლესობა არის წრიული ზეხვეული ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულები. ზოგიერთ მცენარეში, წრიულ ფორმებთან ერთად, არის ხაზოვანიც, ზოგიერთ პროტოზოვაში, როგორიცაა ცილიტები, მიტოქონდრიებში მხოლოდ ხაზოვანი დნმ გვხვდება.

როგორც წესი, თითოეული მიტოქონდრია შეიცავს მისი გენომის რამდენიმე ასლს. ამრიგად, ადამიანის ღვიძლის უჯრედებში დაახლოებით 2 ათასი მიტოქონდრიაა და თითოეული მათგანი შეიცავს 10 იდენტურ გენომს. თაგვის ფიბრობლასტებში არის 500 მიტოქონდრია, რომელიც შეიცავს ორ გენომს, ხოლო საფუარის უჯრედებში S. cerevisiae- 22-მდე მიტოქონდრია, თითოეულს აქვს ოთხი გენომი.

https://pandia.ru/text/78/545/images/image002_21.jpg" align="left" width="386 height=225" height="225"> ნახ 2.ხაზოვანი (A), წრიული (B), ჯაჭვის (C) mtDNA ოლიგომერების წარმოქმნის სქემა. ori არის რეგიონი, სადაც დნმ-ის რეპლიკაცია იწყება.

სხვადასხვა ორგანიზმების მიტოქონდრიული გენომის ზომა მერყეობს 6000-ზე ნაკლები ნუკლეოტიდური წყვილიდან falciparum plasmodium-ში (ორი rRNA გენის გარდა, შეიცავს მხოლოდ სამ ცილის კოდირებულ გენს) ასობით ათასი ნუკლეოტიდის წყვილამდე მიწის მცენარეებში ( მაგალითად, Arabidopsis thalianaჯვარცმული ოჯახიდან 366924 ნუკლეოტიდური წყვილი). უფრო მეტიც, 7-8-ჯერადი განსხვავება უმაღლესი მცენარეების mtDNA-ს ზომაში გვხვდება თუნდაც იმავე ოჯახში. ხერხემლიანთა mtDNA-ს სიგრძე ოდნავ განსხვავდება: ადამიანებში - 16569 ნუკლეოტიდური წყვილი, ღორებში - 16350, დელფინებში - 16330, კლანჭიან ბაყაყებში. Xenopus laevis- 17533, კობრში - 16400. ეს გენომები მსგავსია გენების ლოკალიზაციის მხრივაც, რომელთა უმეტესობა განლაგებულია ბოლომდე; ზოგიერთ შემთხვევაში, ისინი გადახურდებიან კიდეც, როგორც წესი, ერთი ნუკლეოტიდით, ისე, რომ ერთი გენის ბოლო ნუკლეოტიდი პირველია მეორეში. ხერხემლიანებისგან განსხვავებით, მცენარეებში, სოკოებსა და პროტოზოებში, mtDNA შეიცავს 80%-მდე არაკოდირებულ თანმიმდევრობას. მიტოქონდრიულ გენომებში გენების რიგი განსხვავდება სახეობებში.

რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების მაღალი კონცენტრაცია მიტოქონდრიებში და სუსტი აღდგენითი სისტემა ზრდის mtDNA მუტაციების სიხშირეს ბირთვულ დნმ-თან შედარებით სიდიდის რიგითობით. ჟანგბადის რადიკალები იწვევენ სპეციფიკურ ჩანაცვლებებს C®T (ციტოზინის დეამინაცია) და G®T (გუანინის ჟანგვითი დაზიანება), რის შედეგადაც mtDNA შესაძლოა მდიდარია AT წყვილებით. გარდა ამისა, ყველა mtDNA-ს აქვს საინტერესო თვისება - ისინი არ არიან მეთილირებული, განსხვავებით ბირთვული და პროკარიოტული დნმ-ისგან. ცნობილია, რომ მეთილაცია (ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დროებითი ქიმიური მოდიფიკაცია დნმ-ის კოდირების ფუნქციის დარღვევის გარეშე) არის დაპროგრამებული გენის ინაქტივაციის ერთ-ერთი მექანიზმი.

დნმ-ის მოლეკულების ზომა და სტრუქტურა ორგანელებში

დნმ-ის ორგანელების შედარებითი რაოდენობა ზოგიერთ უჯრედსა და ქსოვილში

მიტოქონდრიული გენომის ფუნქციონირება

რა არის განსაკუთრებული ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიების დნმ-ის რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის მექანიზმებში?

დამატებითი" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">მტდნმ-ის დამატებითი ჯაჭვები მნიშვნელოვნად განსხვავდება სპეციფიკური სიმკვრივით, რადგან ისინი შეიცავს არათანაბარი რაოდენობით "მძიმე" პურინის და "მსუბუქი" პირიმიდინის ნუკლეოტიდებს. ეს არის ის, რაც არის. სახელწოდებით - H (მძიმე - მძიმე) და L (მსუბუქი - მსუბუქი) ჯაჭვი mtDNA მოლეკულის რეპლიკაციის დასაწყისში წარმოიქმნება ე.წ. skop, შედგება ორჯაჭვიანი და ერთჯაჭვიანი (H-ჯაჭვის გადაწეული ნაწილი) განყოფილებებისაგან. 450-650 (ორგანიზმის ტიპის მიხედვით) ნუკლეოტიდები, რომლებსაც აქვთ რიბონუკლეოტიდური პრაიმერის ბოლო 5"-., რომელიც შეესაბამება H-ჯაჭვის სინთეზის საწყის წერტილს (oriH). L-ჯაჭვის სინთეზი იწყება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ქალიშვილი H-ჯაჭვი მიაღწევს ori L წერტილს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ L-ჯაჭვის რეპლიკაციის დაწყების რეგიონი ხელმისაწვდომია დნმ-ის სინთეზის ფერმენტებისთვის მხოლოდ ერთჯაჭვიანში. მდგომარეობა, და, შესაბამისად, მხოლოდ შეუფერხებელ მდგომარეობაში ორმაგი სპირალი H- ჯაჭვის სინთეზის დროს. ამრიგად, mtDNA-ს შვილობილი ძაფები სინთეზირდება განუწყვეტლივ და ასინქრონულად (ნახ. 3).

ნახ 3.ძუძუმწოვრების mtDNA რეპლიკაციის სქემა. ჯერ წარმოიქმნება D-მარყუჟი, შემდეგ ხდება ქალიშვილის H-ჯაჭვის სინთეზი, შემდეგ იწყება ქალიშვილის L-ჯაჭვის სინთეზი.

16S rRNA გენის დასასრული (სურ. 4). ასეთი მოკლე ჩანაწერები 10-ჯერ მეტია, ვიდრე გრძელი. მომწიფების (დამუშავების) შედეგად მათგან წარმოიქმნება 12S rRNA და 16S rRNA, რომლებიც მონაწილეობენ მიტოქონდრიული რიბოზომების, ასევე ფენილალანინისა და ვალინის tRNA წარმოქმნაში. დარჩენილი tRNA-ები ამოიჭრება გრძელი ტრანსკრიპტებიდან და წარმოიქმნება გადათარგმნილი mRNA-ები, რომელთა 3" ბოლოებზე მიმაგრებულია პოლიადენილის თანმიმდევრობები. ამ mRNA-ების 5" ბოლოები არ არის დაფარული, რაც უჩვეულოა ევკარიოტებისთვის. შერწყმა (შერწყმა) არ ხდება, რადგან არცერთი ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიული გენი არ შეიცავს ინტრონებს.

ნახ 4.ადამიანის mtDNA-ს ტრანსკრიფცია, რომელიც შეიცავს 37 გენს. ყველა ტრანსკრიპტის სინთეზირება იწყება ori H რეგიონში რიბოსომური რნმ-ები ამოღებულია გრძელი და მოკლე H-სტრიქონების ტრანსკრიპტებიდან. tRNA და mRNA წარმოიქმნება დნმ-ის ორივე ჯაჭვის ტრანსკრიპტების დამუშავების შედეგად. tRNA გენები მითითებულია ღია მწვანეში.

გსურთ იცოდეთ კიდევ რა სიურპრიზები შეიძლება წარმოაჩინოს მიტოქონდრიულ გენომს? დიდი! წაიკითხეთ!..

ლიდერი და 3" არაკოდიციური რეგიონები, ისევე როგორც ბირთვული mRNA-ების უმეტესობა. მრავალი გენი ასევე შეიცავს ინტრონებს. ამრიგად, ციტოქრომ ოქსიდაზას b კოდირებულ გენში არის ორი ინტრონი. პირველადი რნმ-ის ტრანსკრიპტიდან, ავტოკატალიტურად ( მონაწილეობის გარეშე ნებისმიერი ან პროტეინები) ამოჭრილია პირველი ინტრონის უმეტესი ნაწილი. დარჩენილი რნმ ემსახურება როგორც ფერმენტის ფორმირებას, რომელიც ჩართულია მისი ამინომჟავების მიმდევრობის დაშიფვრაში მატურაზა წყვეტს მათ, ანადგურებს ეგზონების ასლებს და იქმნება ციტოქრომ ოქსიდაზას mRNA (ნახ. 5). "არაკოდირების მიმდევრობები."

ნახ 5.ციტოქრომ ოქსიდაზა b mRNA-ს დამუშავება (მომწიფება) საფუარის მიტოქონდრიაში. სპლაისინგის პირველ სტადიაზე წარმოიქმნება mRNA, რომელიც ასინთეზირებს შერწყმის მეორე ეტაპისთვის აუცილებელ მატურაზას.

მიტოქონდრიული გენების ექსპრესიის შესწავლისას ტრიპანოსომა ბრუსეიგასაკვირი გადახრა აღმოაჩინეს მოლეკულური ბიოლოგიის ერთ-ერთი ძირითადი აქსიომიდან, რომელიც ამტკიცებს, რომ ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა mRNA-ში ზუსტად შეესაბამება დნმ-ის კოდირების რეგიონებში არსებულს. აღმოჩნდა, რომ ციტოქრომ c ოქსიდაზას ერთ-ერთი ქვედანაყოფის mRNA რედაქტირებულია, ანუ ტრანსკრიფციის შემდეგ იცვლება მისი პირველადი სტრუქტურა - ჩასმულია ოთხი ურაცილი. შედეგად, იქმნება ახალი mRNA, რომელიც ემსახურება როგორც მატრიცას ფერმენტის დამატებითი ქვედანაყოფის სინთეზისთვის, ამინომჟავების თანმიმდევრობით, რომელშიც არაფერია საერთო ვირუსების, სოკოების, მცენარეების და ცხოველების თანმიმდევრობასთან მკვლევარმა ბურელმა ერთ-ერთი ხბოს მიტოქონდრიული გენის სტრუქტურა შეადარა ამინომჟავების თანმიმდევრობას ციტოქრომ ოქსიდაზას ქვედანაყოფში, რომელიც დაშიფრულია ამ გენით. ერთი, ეს არის "იდეალური", ანუ ემორჩილება შემდეგ წესს: "თუ ორ კოდონს აქვს ორი იდენტური ნუკლეოტიდი, ხოლო მესამე ნუკლეოტიდი ეკუთვნის იმავე კლასს (პურინი - A, G ან პირიმიდინი - U, C). მაშინ ისინი კოდირებენ იმავე ამინომჟავას უნივერსალურ კოდში ამ წესის ორი გამონაკლისია: ტრიპლეტი AUA კოდირებს იზოლეუცინს და კოდონი AUG მეთიონინს, ხოლო იდეალურ მიტოქონდრიულ კოდში ორივე ეს ტრიპლეტი მეთიონინის კოდირებას ახდენს; UGG ტრიპლეტში კოდირებულია მხოლოდ ტრიპტოფანი, ხოლო UGA ტრიპლეტი შიფრავს გაჩერების კოდონს. უნივერსალურ კოდში, ორივე გადახრა ეხება ცილის სინთეზის ფუნდამენტურ ასპექტებს: AUG კოდონი არის ინიცირებული, ხოლო გაჩერების კოდონი UGA აჩერებს პოლიპეპტიდის სინთეზს. იდეალური კოდი არ არის თანდაყოლილი ყველა აღწერილი მიტოქონდრიისთვის, მაგრამ არცერთ მათგანს არ აქვს უნივერსალური კოდი. შეიძლება ითქვას, რომ მიტოქონდრიები სხვადასხვა ენაზე საუბრობენ, მაგრამ არასოდეს ბირთვის ენაზე.

განსხვავებები "უნივერსალურ" გენეტიკურ კოდსა და ორ მიტოქონდრიულ კოდს შორის

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ხერხემლიანთა მიტოქონდრიულ გენომში არის 22 tRNA გენი. როგორ ემსახურება ასეთი არასრული ნაკრები ამინომჟავების 60-ვე კოდონს (64 ტრიპლეტის იდეალურ კოდში არის ოთხი გაჩერების კოდონი, უნივერსალურ კოდში არის სამი)? ფაქტია, რომ მიტოქონდრიებში ცილის სინთეზის დროს კოდონ-ანტიკოდონის ურთიერთქმედება გამარტივებულია - სამი ანტიკოდონის ნუკლეოტიდიდან ორი გამოიყენება ამოცნობისთვის. ამრიგად, ერთი tRNA ცნობს კოდონების ოჯახის ოთხივე წევრს, რომლებიც განსხვავდება მხოლოდ მესამე ნუკლეოტიდში. მაგალითად, ლეიცინის tRNA GAU ანტიკოდონთან ერთად განლაგებულია რიბოსომაზე TsU, TsUC, TsUA და Tsug კოდონების საპირისპიროდ, რაც უზრუნველყოფს ლეიცინის უტყუარ ინკორპორაციას პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. ლეიცინის ორი სხვა კოდონი, UUA და UUG, აღიარებულია tRNA მიერ ანტიკოდონით AAU. საერთო ჯამში, რვა განსხვავებული tRNA მოლეკულა ამოიცნობს ოთხი კოდონის რვა ოჯახს და 14 tRNA აღიარებს კოდონების სხვადასხვა წყვილს, თითოეული აკოდირებს ერთ ამინომჟავას.

მნიშვნელოვანია, რომ ამინოაცილ-tRNA სინთეზაზას ფერმენტები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ამინომჟავების დამატებაზე შესაბამის მიტოქონდრიულ tRNA-ებში, იყოს კოდირებული უჯრედის ბირთვში და სინთეზირებული იყოს ენდოპლაზმური ბადის რიბოსომებზე. ამრიგად, ხერხემლიანებში, მიტოქონდრიული პოლიპეპტიდების სინთეზის ყველა ცილოვანი კომპონენტი დაშიფრულია ბირთვში. ამ შემთხვევაში, ცილის სინთეზს მიტოქონდრიაში არ თრგუნავს ციკლოჰექსიმიდი, რომელიც ბლოკავს ევკარიოტული რიბოზომების მუშაობას, მაგრამ მგრძნობიარეა ერითრომიცინისა და ქლორამფენიკოლის მიმართ, რომლებიც აფერხებენ ცილის სინთეზს ბაქტერიებში. ეს ფაქტი ემსახურება როგორც ერთ-ერთ არგუმენტს აერობული ბაქტერიებიდან მიტოქონდრიების წარმოშობის სასარგებლოდ ევკარიოტული უჯრედების სიმბიოზური ფორმირების დროს.

მიტოქონდრიისთვის საკუთარი გენეტიკური სისტემის არსებობის მნიშვნელობა

რატომ სჭირდება მიტოქონდრიას საკუთარი გენეტიკური სისტემა, ხოლო სხვა ორგანოელებს, როგორიცაა პეროქსიზომები და ლიზოსომები, არა? ეს საკითხი სულაც არ არის ტრივიალური, ვინაიდან ცალკეული გენეტიკური სისტემის შენარჩუნება უჯრედისთვის ძვირია, ბირთვულ გენომში დამატებითი გენების საჭირო რაოდენობის გათვალისწინებით. აქ უნდა იყოს კოდირებული რიბოსომული ცილები, ამინოაცილ-tRNA სინთეზები, დნმ და რნმ პოლიმერაზები, რნმ-ის დამუშავების და მოდიფიკაციის ფერმენტები და ა.შ. არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ ამ ორგანოებში ძალიან ცოტა ცილებია, რომლებიც შეიძლება სხვაგან მოიძებნოს. ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ მიტოქონდრიის გენეტიკური სისტემის შესანარჩუნებლად, ბირთვულ გენომში რამდენიმე ათეული დამატებითი გენი უნდა იყოს. ამ „მფლანგველობის“ მიზეზები გაურკვეველია და იმედი, რომ პასუხი მიტოქონდრიული დნმ-ის ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობაში მოიძებნება, არ გამართლდა. ძნელი წარმოსადგენია, რატომ უნდა მოხდეს მიტოქონდრიებში წარმოქმნილი ცილები იქ და არა ციტოზოლში სინთეზირებული.

როგორც წესი, ენერგეტიკულ ორგანელებში გენეტიკური სისტემის არსებობა აიხსნება იმით, რომ ორგანელის შიგნით სინთეზირებული ზოგიერთი ცილა ძალიან ჰიდროფობიურია მიტოქონდრიულ მემბრანაში გარედან გასავლელად. თუმცა, ატფ სინთეტაზას კომპლექსის კვლევებმა აჩვენა, რომ ასეთი ახსნა წარმოუდგენელია. მიუხედავად იმისა, რომ ატფ სინთეტაზას ცალკეული ცილის ქვედანაყოფები ძალზედ კონსერვირებულია ევოლუციის დროს, იცვლება მათი სინთეზის ადგილები. ქლოროპლასტებში, რამდენიმე საკმაოდ ჰიდროფილური ცილა, მათ შორის ოთხი კომპლექსის F1-ATPase ნაწილის ხუთი ქვეერთეული, წარმოიქმნება რიბოსომებზე ორგანელაში. პირიქით, სოკო ნეიროსპორახოლო ცხოველურ უჯრედებში ATPase-ს მემბრანული ნაწილის ძალიან ჰიდროფობიური კომპონენტი (9 ქვეგანყოფილება) სინთეზირდება ციტოპლაზმის რიბოსომებზე და მხოლოდ ამის შემდეგ გადადის ორგანელაში. სხვადასხვა ორგანიზმში ფუნქციურად ექვივალენტური ცილების ქვეერთეულების მაკოდირებელი გენების განსხვავებული ლოკალიზაციის ახსნა რთულია ნებისმიერი ჰიპოთეზის გამოყენებით, რომელიც ამტკიცებს მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტების თანამედროვე გენეტიკური სისტემების გარკვეულ ევოლუციურ უპირატესობებს.

ყოველივე ზემოთქმულიდან გამომდინარე, შეგვიძლია მხოლოდ ვივარაუდოთ, რომ მიტოქონდრიული გენეტიკური სისტემა წარმოადგენს ევოლუციურ ჩიხს. ენდოსიმბიოტური ჰიპოთეზის ფარგლებში, ეს ნიშნავს, რომ ენდოსიმბიონტური გენების გადატანის პროცესი მასპინძლის ბირთვულ გენომში შეჩერდა, სანამ ის მთლიანად დასრულდებოდა.

ციტოპლაზმური მემკვიდრეობა

ციტოპლაზმური გენის გადაცემის შედეგები ზოგიერთი ცხოველისთვის, მათ შორის ადამიანებისთვის, უფრო სერიოზულია, ვიდრე საფუარის. ორი შერწყმული ჰაპლოიდური საფუარის უჯრედი ერთი და იგივე ზომისაა და მიტოქონდრიული დნმ-ის იგივე რაოდენობას შეაქვს მიღებულ ზიგოტში. ამრიგად, საფუარში, მიტოქონდრიული გენომი მემკვიდრეობით მიიღება ორივე მშობლისგან, რომლებიც თანაბრად მონაწილეობენ შთამომავლების გენოფონდში (თუმცა, რამდენიმე თაობის შემდეგ ცალკეშთამომავლობა ხშირად შეიცავს მხოლოდ ერთი მშობლის ტიპის მიტოქონდრიას). ამის საპირისპიროდ, მაღალ ცხოველებში კვერცხუჯრედი უფრო მეტ ციტოპლაზმას უწყობს ხელს ზიგოტაში, ვიდრე სპერმატოზოიდი, და ზოგიერთ ცხოველში სპერმა შეიძლება საერთოდ არ შეიტანოს ციტოპლაზმაში. აქედან გამომდინარე, შეიძლება ვიფიქროთ, რომ მაღალ ცხოველებში მიტოქონდრიული გენომი გადაეცემა მხოლოდ ერთი მშობლისგან (კერძოდ, დედობრივიხაზები); და მართლაც, ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. აღმოჩნდა, რომ, მაგალითად, ორი ლაბორატორიული შტამის ვირთხების შეჯვარებისას მიტოქონდრიული დნმ-ით ოდნავ განსხვავებული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობით (ტიპები A და B), მიიღება შთამომავლობა, რომელიც შეიცავს

შეიცავს მხოლოდ დედის ტიპის მიტოქონდრიულ დნმ-ს.

ციტოპლაზმური მემკვიდრეობა, ბირთვულისგან განსხვავებით, არ ემორჩილება მენდელის კანონებს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მაღალ ცხოველებსა და მცენარეებში, სხვადასხვა სქესის გამეტები შეიცავს სხვადასხვა რაოდენობით მიტოქონდრიებს. ასე რომ, თაგვის კვერცხუჯრედში არის 90 ათასი მიტოქონდრია, მაგრამ სპერმაში მხოლოდ ოთხია. აშკარაა, რომ განაყოფიერებულ კვერცხუჯრედში მიტოქონდრია ძირითადად ან მხოლოდ მდედრობითი სქესის ინდივიდისგან არის, ანუ ყველა მიტოქონდრიული გენის მემკვიდრეობა დედობრივია. ციტოპლაზმური მემკვიდრეობის გენეტიკური ანალიზი რთულია ბირთვულ-ციტოპლაზმური ურთიერთქმედების გამო. მამაკაცის ციტოპლაზმური სტერილობის შემთხვევაში, მუტანტური მიტოქონდრიული გენომი ურთიერთქმედებს გარკვეულ ბირთვულ გენებთან, რომელთა რეცესიული ალელები აუცილებელია ნიშან-თვისების განვითარებისთვის. ამ გენების დომინანტური ალელები, როგორც ჰომო- და ჰეტეროზიგოტურ მდგომარეობებში, აღადგენს მცენარის ნაყოფიერებას, მიუხედავად მიტოქონდრიული გენომის მდგომარეობისა.

კონკრეტული მაგალითის მოყვანით მინდა შევჩერდე გენების დედობრივი მემკვიდრეობის მექანიზმზე. იმისათვის, რომ საბოლოოდ და შეუქცევად გავიგოთ მიტოქონდრიული გენების არამენდელიური (ციტოპლაზმური) მემკვიდრეობის მექანიზმი, განვიხილოთ რა ემართება ასეთ გენებს, როდესაც ორი ჰაპლოიდური უჯრედი გაერთიანდება დიპლოიდური ზიგოტის შესაქმნელად. იმ შემთხვევაში, როდესაც საფუარის ერთი უჯრედი ატარებს მუტაციას, რომელიც განსაზღვრავს მიტოქონდრიული ცილის სინთეზის წინააღმდეგობას ქლორამფენიკოლის მიმართ, ხოლო მეორე, ველური ტიპის უჯრედი, მგრძნობიარეა ამ ანტიბიოტიკის მიმართ: მუტანტური გენების იდენტიფიცირება შესაძლებელია საფუარის გაზრდით გარემოზე. გლიცერინი, რომლის გამოყენება მხოლოდ უცვლელი მიტოქონდრიის მქონე უჯრედებს შეუძლიათ; ამიტომ, ქლორამფენიკოლის თანდასწრებით, ასეთ გარემოში შეიძლება გაიზარდოს მხოლოდ მუტანტის გენის მატარებელი უჯრედები. ჩვენს დიპლოიდურ ზიგოტს თავდაპირველად ექნება როგორც მუტანტური, ასევე ველური ტიპის მიტოქონდრია. მიტოზის შედეგად დიპლოიდური შვილობილი უჯრედი ამოიჭრება ზიგოტიდან, რომელიც შეიცავს მხოლოდ მცირე რაოდენობის მიტოქონდრიებს. რამდენიმე მიტოზური ციკლის შემდეგ, საბოლოოდ, ერთ-ერთი ახალი უჯრედი მიიღებს ყველა მიტოქონდრიას, მუტანტის ან ველური ტიპის. ამიტომ, ასეთი უჯრედის ყველა შთამომავალს ექნება გენეტიკურად იდენტური მიტოქონდრია. ასეთ შემთხვევით პროცესს, რომლის შედეგადაც წარმოიქმნება დიპლოიდური შთამომავლობა, რომელიც შეიცავს მხოლოდ ერთი ტიპის მიტოქონდრიას, ე.წ. მიტოზურიე სეგრეგაციაე. როდესაც დიპლოიდური უჯრედი მხოლოდ ერთი ტიპის მიტოქონდრიით განიცდის მეიოზს, ოთხივე ქალიშვილი ჰაპლოიდური უჯრედი იღებს ერთსა და იმავე მიტოქონდრიულ გენებს. ამ ტიპის მემკვიდრეობა ე.წ ნემენდელომი ცქრიალაან ციტოპლაზმურიბირთვული გენების მენდელისეული მემკვიდრეობისგან განსხვავებით. ციტოპლაზმური გენის გადაცემა ნიშნავს, რომ შესწავლილი გენები განლაგებულია მიტოქონდრიაში.

მიტოქონდრიული გენომის შესწავლა, მათი ევოლუცია, რომელიც მიჰყვება პოპულაციის გენეტიკის სპეციფიკურ კანონებს და ბირთვულ და მიტოქონდრიულ გენეტიკურ სისტემებს შორის კავშირებს, აუცილებელია ევკარიოტული უჯრედის და მთლიანად ორგანიზმის რთული იერარქიული ორგანიზაციის გასაგებად.

ზოგიერთი მემკვიდრეობითი დაავადება და ადამიანის დაბერება დაკავშირებულია მიტოქონდრიის დნმ-ის გარკვეულ მუტაციებთან ან ბირთვულ გენებში, რომლებიც აკონტროლებენ მიტოქონდრიის ფუნქციას. გროვდება მონაცემები კანცეროგენეზში mtDNA დეფექტების მონაწილეობის შესახებ. ამიტომ, მიტოქონდრია შეიძლება იყოს კიბოს ქიმიოთერაპიის სამიზნე. არსებობს ფაქტები ბირთვული და მიტოქონდრიული გენომის მჭიდრო ურთიერთქმედების შესახებ ადამიანის რიგი პათოლოგიების განვითარებაში. მრავლობითი mtDNA წაშლა დაფიქსირდა პაციენტებში, რომლებსაც აქვთ კუნთების ძლიერი სისუსტე, ატაქსია, სიყრუე და გონებრივი ჩამორჩენილობა, რომლებიც მემკვიდრეობით მიიღეს აუტოსომური დომინანტური გზით. გულის კორონარული დაავადების კლინიკურ გამოვლინებებში დადგინდა სქესობრივი დიმორფიზმი, რაც, სავარაუდოდ, დედობრივი ეფექტით - ციტოპლაზმური მემკვიდრეობითია. გენური თერაპიის განვითარება ახლო მომავალში იძლევა მიტოქონდრიულ გენომებში არსებული დეფექტების გამოსწორების იმედს.

როგორც ცნობილია, მრავალკომპონენტიანი სისტემის ერთ-ერთი კომპონენტის ფუნქციის შესამოწმებლად, აუცილებელი ხდება ამ კომპონენტის აღმოფხვრა მომხდარი ცვლილებების შემდგომი ანალიზით. ვინაიდან ამ აბსტრაქტის თემაა დედის გენომის როლის მითითება შთამომავლობის განვითარებაში, ლოგიკური იქნება გაეცნოთ სხვადასხვა ფაქტორებით გამოწვეული მიტოქონდრიული გენომის შემადგენლობის დარღვევის შედეგებს. ზემოაღნიშნული როლის შესწავლის ინსტრუმენტი მუტაციის პროცესი აღმოჩნდა და მისი მოქმედების შედეგები, რომელიც გვაინტერესებდა, ე.წ. მიტოქონდრიული დაავადებები.

მიტოქონდრიული დაავადებები ადამიანებში ციტოპლაზმური მემკვიდრეობის მაგალითია, უფრო ზუსტად, "ორგანული მემკვიდრეობა". ეს განმარტება უნდა გაკეთდეს იმიტომ ახლა უკვე დადასტურებულია ციტოპლაზმური მემკვიდრეობითი დეტერმინანტების არსებობა, ყოველ შემთხვევაში ზოგიერთ ორგანიზმში, რომელიც არ არის დაკავშირებული უჯრედულ ორგანელებთან - ციტოგენებთან (-Vechtomov, 1996).

მიტოქონდრიული დაავადებები არის დაავადებათა ჰეტეროგენული ჯგუფი, რომელიც გამოწვეულია მიტოქონდრიის გენეტიკური, სტრუქტურული, ბიოქიმიური დეფექტებით და ქსოვილების სუნთქვის დარღვევით. მიტოქონდრიული დაავადების დიაგნოზის დასადგენად მნიშვნელოვანია ყოვლისმომცველი გენეალოგიური, კლინიკური, ბიოქიმიური, მორფოლოგიური და გენეტიკური ანალიზი. მიტოქონდრიული პათოლოგიის მთავარი ბიოქიმიური ნიშანია ჰიპერლაქტური აციდოზის განვითარება ჩვეულებრივ ჰიპერპირუვატიკურ აციდემიასთან ერთად. სხვადასხვა ვარიანტების რაოდენობამ 120 ფორმას მიაღწია. ცერებროსპინალურ სითხეში შეინიშნება ლაქტური და პირუვინის მჟავების კონცენტრაციის სტაბილური ზრდა.

მიტოქონდრიული დაავადებები (MD) წარმოადგენს მნიშვნელოვან პრობლემას თანამედროვე მედიცინაში. მემკვიდრეობითი გადაცემის მეთოდების მიხედვით, MD-ები მოიცავს მონოგენურად მემკვიდრეობით მიღებულ დაავადებებს მენდელის ტიპის მიხედვით, რომელშიც ბირთვული გენების მუტაციის გამო ირღვევა ან მიტოქონდრიული ცილების სტრუქტურა და ფუნქციონირება, ან იცვლება მიტოქონდრიული დნმ-ის გამოხატულებაც. როგორც მიტოქონდრიული გენების მუტაციით გამოწვეული დაავადებები, რომლებიც ძირითადად დედის ხაზით გადაეცემა შთამომავლებს.

მორფოლოგიური კვლევების მონაცემები, რომლებიც მიუთითებს მიტოქონდრიების უხეში პათოლოგიაზე: მიტოქონდრიების პათოლოგიური პროლიფერაცია, მიტოქონდრიების პოლიმორფიზმი ფორმისა და ზომის დარღვევით, კრისტალების დეზორგანიზაცია, არანორმალური მიტოქონდრიების დაგროვება სარკოლემის ქვეშ, პარაკრისტალური ვაქცინის ჩანართები მიტოქონდრიებში,

მიტოქონდრიული დაავადებების ფორმები

1 . მიტოქონდრიული დაავადებები, რომლებიც გამოწვეულია მიტოქონდრიის დნმ-ის მუტაციებით

1.1.მიტოქონდრიული დნმ-ის დელეციით გამოწვეული დაავადებები

1.1.1.Cairns-Sayre სინდრომი

დაავადება ვლინდება 4-18 წლის ასაკში, პროგრესირებადი გარეგანი ოფთალმოპლეგია, პიგმენტური რეტინიტი, ატაქსია, განზრახ ტრემორი, ატრიოვენტრიკულური გულის ბლოკადა, ცერებროსპინალურ სითხეში ცილის დონის მატება 1 გ/ლ-ზე მეტით, ჩონჩხში წითელი ბოჭკოების „გახეხვა“. კუნთების ბიოფსიები

1.1.2.პირსონის სინდრომი

დაავადების დაწყება ხდება დაბადებიდან ან სიცოცხლის პირველ თვეებში, ზოგჯერ შესაძლებელია განვითარდეს ენცეფალომიოპათია, ატაქსია, დემენცია, პროგრესირებადი გარეგანი ოფთალმოპლეგია, ჰიპოპლასტიკური ანემია, ეგზოკრინული პანკრეასის ფუნქციის დარღვევა, პროგრესირებადი კურსი.

2 .მიტოქონდრიული დნმ-ის წერტილოვანი მუტაციებით გამოწვეული დაავადებები

დედის მემკვიდრეობის ტიპი, მხედველობის სიმახვილის მწვავე ან ქვემწვავე დაქვეითება ერთ ან ორივე თვალში, კომბინაცია ნევროლოგიურ და ოსტეოარტიკულურ დარღვევებთან, ბადურის მიკროანგიოპათია, პროგრესირებადი კურსი მხედველობის სიმახვილის რემისიის ან აღდგენის შესაძლებლობით, დაავადების დაწყება 20 წლის ასაკში. -30 წელი

2.2.NAPR სინდრომი (ნეიროპათია, ატაქსია, პიგმენტური რეტინიტი)

დედის მემკვიდრეობის ტიპი, ნეიროპათიის, ატაქსიისა და პიგმენტური რეტინიტის ერთობლიობა, ფსიქომოტორული განვითარების შეფერხება, დემენცია, "დახეული" წითელი ბოჭკოების არსებობა კუნთოვანი ქსოვილის ბიოფსიებში.

2.3. MERRF სინდრომი (მიოკლონური ეპილეფსია, წითელი ბოჭკოების "დახეული")

დედის მემკვიდრეობის ტიპი, დაავადების დაწყება 3-65 წლის ასაკში, მიოკლონური ეპილეფსია, ატაქსია, დემენცია სენსორულ სიყრუესთან ერთად, მხედველობის ნერვების ატროფია და ღრმა მგრძნობელობის დარღვევა, ლაქტური აციდოზი, ეეგ გამოკვლევები ავლენს განზოგადებულ ეპილეფსიას აბაზანაში. კომპლექსები, "გახეხილი" წითელი ბოჭკოები ჩონჩხის კუნთების ბიოფსიებში, პროგრესირებადი კურსი

2.4 MELAS სინდრომი (მიტოქონდრიული ენცეფალომიოპათია, ლაქტური აციდოზი, ინსულტის მსგავსი ეპიზოდები)

დედის მემკვიდრეობის ტიპი, დაავადების დაწყება 40 წლამდე, ვარჯიშის შეუწყნარებლობა, შაკიკის მსგავსი თავის ტკივილი გულისრევითა და ღებინებით, ინსულტის მსგავსი ეპიზოდები, კრუნჩხვები, ლაქტური აციდოზი, კუნთების ბიოფსიის დროს წითელი ბოჭკოების „გახეხილი“, პროგრესირებადი მიმდინარეობა.

3 .პათოლოგია ასოცირებული დეფექტებთან ინტერგენომურ კომუნიკაციაში

3.1.მრავალჯერადი მიტოქონდრიული დნმ-ის დელეციის სინდრომი

ბლეფაროპტოზი, გარეგანი ოფთალმოპლეგია, კუნთების სისუსტე, სენსორული სიყრუე, მხედველობის ნერვის ატროფია, პროგრესირებადი მიმდინარეობა, ჩონჩხის კუნთების ბიოფსიებში წითელი ბოჭკოების „დახეული“, რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტების აქტივობის დაქვეითება.

3.2.მიტოქონდრიული დნმ-ის დელეციის სინდრომი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული რეჟიმი

კლინიკური ფორმები:

3.2.1.ფატალური ინფანტილური

ა) ღვიძლის მძიმე უკმარისობა ბ) ჰეპატოპათია გ) კუნთების ჰიპოტენზია

დებიუტი ახალშობილთა პერიოდში

3.2.2.თანდაყოლილი მიოპათია

კუნთების ძლიერი სისუსტე, გენერალიზებული ჰიპოტენზია, კარდიომიოპათია და კრუნჩხვები, თირკმლის დაზიანება, გლიკოზურია, ამინოაციდოპათია, ფოსფატურია

3.2.3.ინფანტილური მიოპათია

ხდება სიცოცხლის პირველი 2 წლის განმავლობაში, პროგრესირებადი კუნთების სისუსტე, პროქსიმალური კუნთების ჯგუფების ატროფია და მყესის რეფლექსების დაკარგვა, სწრაფად პროგრესირებადი კურსი, სიკვდილი სიცოცხლის პირველ 3 წელიწადში.

4 ბირთვული დნმ-ის მუტაციებით გამოწვეული მიტოქონდრიული დაავადებები

4.1.სასუნთქი ჯაჭვის დეფექტებთან დაკავშირებული დაავადებები

4.1.1. კომპლექსი 1 დეფიციტი (NADH:CoQ რედუქტაზა)

დაავადების დაწყება 15 წლამდე, მიოპათიის სინდრომი, ფსიქომოტორული განვითარების შეფერხება, გულ-სისხლძარღვთა სისტემის დარღვევები, თერაპიისადმი რეზისტენტული კრუნჩხვები, მრავლობითი ნევროლოგიური დარღვევები, პროგრესირებადი კურსი.

4.1.2. კომპლექსი 2 დეფიციტი (სუქცინატ-CoQ რედუქტაზა)

ახასიათებს ენცეფალომიოპათიის სინდრომი, პროგრესირებადი მიმდინარეობა, კრუნჩხვები, პტოზის შესაძლო განვითარება

4.1.3 კომპლექსი 3-ის დეფიციტი (CoQ-ციტოქრომ C ოქსიდორედუქტაზა)

მრავალსისტემური დარღვევები, სხვადასხვა ორგანოებისა და სისტემების დაზიანება, ცენტრალური და პერიფერიული ნერვული სისტემის, ენდოკრინული სისტემის, თირკმელების, პროგრესირებადი მიმდინარეობა.

4.1.4 კომპლექსური დეფიციტი (ციტოქრომ C ოქსიდაზა)

4.1.4.1. ფატალური ინფანტილური თანდაყოლილი ლაქტური აციდოზი

მიტოქონდრიული მიოპათია თირკმელების უკმარისობით ან კარდიომიოპათია, ახალშობილთა ასაკში დაწყება, მძიმე რესპირატორული დარღვევები, დიფუზური კუნთების ჰიპოტენზია, პროგრესირებადი კურსი, სიკვდილი სიცოცხლის პირველ წელს.

4.1.4.2.კეთილთვისებიანი ინფანტილური კუნთების სისუსტე

ატროფია, ადექვატური და დროული მკურნალობით, პროცესის სწრაფი სტაბილიზაცია და გამოჯანმრთელება სიცოცხლის 1-3 წლის განმავლობაში შესაძლებელია.

5 მენკესის სინდრომი (ტრიქოპოლიოდისტროფია)

ფსიქომოტორული განვითარების მკვეთრი შეფერხება, ზრდის შეფერხება, დაქვეითებული ზრდა და თმის დისტროფიული ცვლილებები;

6 . მიტოქონდრიული ენცეფალომიოპათია

6.1.ლეის სინდრომი(ქვემწვავე ნევროზული ენცეფალომიელოპათია)

ვლინდება სიცოცხლის 6 თვის შემდეგ, ხშირად აღინიშნება კუნთების ჰიპოტონია, ატაქსია, ნისტაგმი, პირამიდული სიმპტომები, ოფთალმოპლეგია, მხედველობის ნერვის ატროფია, კარდიომიოპათიის დამატება და მსუბუქი მეტაბოლური აციდოზი.

6.2.ალპერსის სინდრომი(პროგრესული სკლეროზული პოლიდისტროფია)

თავის ტვინის ნაცრისფერი ნივთიერების დეგენერაცია ღვიძლის ციროზთან ერთად, კომპლექსი 5-ის დეფიციტი (ATP სინთეტაზა), შეფერხებული ფსიქომოტორული განვითარება, ატაქსია, დემენცია, კუნთების სისუსტე, დაავადების პროგრესირებადი მიმდინარეობა, არასახარბიელო პროგნოზი.

6.3.კოენზიმ-Q დეფიციტი

მეტაბოლური კრიზები, კუნთების სისუსტე და დაღლილობა, ოფთალმოპლეგია, სიყრუე, მხედველობის დაქვეითება, ინსულტის მსგავსი ეპიზოდები, ატაქსია, მიოკლონური ეპილეფსია, თირკმლის დაზიანება: გლუკოზურია, ამინოაციდოპათია, ფოსფატურია, ენდოკრინული დარღვევები, პროგრესირებადი მიმდინარეობა, რესპირატორული ენზიების აქტივობის დაქვეითება.

7 .დაავადებები, რომლებიც დაკავშირებულია რძის და პირუვი მჟავების მეტაბოლურ დარღვევებთან

7.1 პირუვატ კარბოქსილაზას დეფიციტი, მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების გაჩენა ახალშობილებში, სიმპტომატური კომპლექსი ბავშვისთვის, თერაპიისადმი რეზისტენტული კრუნჩხვები, სისხლში კეტონის სხეულების მაღალი კონცენტრაცია, ჰიპერამონემია, ჰიპერლიზინემია, პირუვატის აქტივობის დაქვეითება. ჩონჩხის კუნთები

7.2.პირუვატდეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მანიფესტაცია ახალშობილებში, კრანიოფაციალური დისმორფია, თერაპიისადმი რეზისტენტული კრუნჩხვები, სუნთქვისა და წოვის დარღვევები, „დაბნეული ბავშვის“ სიმპტომების კომპლექსი, ცერებრალური დისგინეზია, მძიმე აციდოზი ლაქტატისა და პირუვატის მაღალი შემცველობით.

7.3.პირუვატდეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება

იწყება სიცოცხლის პირველ წელს, მიკროცეფალია, შეფერხებული ფსიქომოტორული განვითარება, ატაქსია, კუნთოვანი დისტონია, ქორეოათეტოზი, ლაქტური აციდოზი მაღალი პირუვატის შემცველობით.

7.4.დიჰიდროლიპოილტრანსაცეტილაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების დაწყება ახალშობილებში, მიკროცეფალია, შეფერხებული ფსიქომოტორული განვითარება, კუნთების ჰიპოტონია კუნთების ტონუსის შემდგომი მატებით, ოპტიკური დისკის ატროფია, ლაქტური აციდოზი, დიჰიდროლიპოილტრანს-აცეტილაზას აქტივობის დაქვეითება.

7.5.დიჰიდროლიპოილდეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების გაჩენა სიცოცხლის პირველ წელს, "დაბნელებული ბავშვის" სიმპტომების კომპლექსი, დისმეტაბოლური კრიზები ღებინებათა და დიარეით, შეფერხებული ფსიქომოტორული განვითარება, მხედველობის დისკების ატროფია, ლაქტური აციდოზი, ალანინის დონის მომატება სისხლის შრატი, α-კეტოგლუტარატი, განშტოებული ჯაჭვის α-კეტო მჟავები, დიჰიდროლიპოილდეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება

8 .ცხიმოვანი მჟავების ბეტა-ჟანგვის დეფექტებით გამოწვეული დაავადებები

8.1.გრძელი ნახშირბადის ჯაჭვის აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების დაწყება სიცოცხლის პირველ თვეებში, მეტაბოლური კრიზები ღებინებათა და ფაღარათით, "დაბნელებული ბავშვის" სიმპტომების კომპლექსი, ჰიპოგლიკემია, დიკარბოქსილის მჟავურია, აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება ნახშირბადის გრძელი ჯაჭვის ცხიმოვანი. მჟავები

8.2 ნახშირბადის საშუალო ჯაჭვის აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების დაწყება ახალშობილთა პერიოდში ან სიცოცხლის პირველ თვეებში, მეტაბოლური კრიზები ღებინებათა და დიარეით;

კუნთების სისუსტე და ჰიპოტენზია, ხშირად ვითარდება უეცარი სიკვდილის სინდრომი, ჰიპოგლიკემია, დიკარბოქსილის მჟავურია, საშუალო ნახშირბადის ჯაჭვის ცხიმოვანი მჟავების აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება.

8.3. მოკლე ჯაჭვის ცხიმოვანი მჟავა აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების დაწყების სხვადასხვა ასაკი, ვარჯიშის ტოლერანტობის დაქვეითება, მეტაბოლური კრიზები ღებინებათა და დიარეით, კუნთების სისუსტე და ჰიპოტენზია, მეთილსაქცინის მჟავას შარდით გაზრდილი ექსკრეცია, აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას მოკლე ნახშირბადოვანი ჯაჭვის ცხიმოვანი მჟავები.

8.4.ცხიმოვანი მჟავების აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზების მრავალჯერადი დეფიციტი

ახალშობილთა ფორმაკრანიოფიალური დისმორფია, თავის ტვინის დისგინეზია, მძიმე ჰიპოგლიკემია და აციდოზი, ავთვისებიანი მიმდინარეობა, ცხიმოვანი მჟავების ყველა აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება,

ინფანტილური ფორმა:"დაბნელებული ბავშვის" სიმპტომების კომპლექსი, კარდიომიოპათია, მეტაბოლური კრიზები, ჰიპოგლიკემია და აციდოზი

8.5. ყველა ცხიმოვანი მჟავის აცეტილ-CoA დეჰიდროგენაზას აქტივობის დაქვეითება

გვიანი სადებიუტო ფორმა:კუნთების სისუსტის პერიოდული ეპიზოდები, მეტაბოლური კრიზები, ჰიპოგლიკემია და აციდოზი ნაკლებად გამოხატულია, ინტელექტი შენარჩუნებულია,

9 .კრებსის ციკლის ენზიმოპათიები

9.1.ფუმარაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების დაწყება ახალშობილებში ან ახალშობილებში, მიკროცეფალია, გენერალიზებული კუნთების სისუსტე და ჰიპოტენზია, ლეთარგიის ეპიზოდები, სწრაფად პროგრესირებადი ენცეფალოპათია, ცუდი პროგნოზი.

9.2.სუქცინატდეჰიდროგენაზას დეფიციტი

იშვიათი დაავადება, რომელსაც ახასიათებს პროგრესირებადი ენცეფალომიოპათია

9.3. ალფა-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომურ-რეცესიული ტიპი, დაავადების ახალშობილებში დაწყება, მიკროცეფალია, "მომგვრელი ბავშვის" სიმპტომების კომპლექსი, ლეტარგიის ეპიზოდები, ლაქტური აციდოზი, სწრაფად პროგრესირებადი მიმდინარეობა, კრებსის ციკლის ფერმენტების დაქვეითება ქსოვილებში.

9.4.კარნიტინისა და მისი მეტაბოლიზმის ფერმენტების დეფიციტის სინდრომები

კარნიტინ პალმიტოილტრანსფერაზა-1 დეფიციტი, მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, დაავადების ადრეული დაწყება, არაკეტონემიური ჰიპოგლიკემიური კომის ეპიზოდები, ჰეპატომეგალია, ჰიპერტრიგლიცერიდემია და ზომიერი ჰიპერამონიემია, კარნიტინ პალმიტოილტრანსფერაზა-1-ის აქტივობის დაქვეითება ფიბრობლასტებში და ფიბრობლასტებში.

9.5.კარნიტინის აცილკარნიტინ ტრანსლოკაზის დეფიციტი

დაავადების ადრეული დაწყება, გულ-სისხლძარღვთა და რესპირატორული აშლილობები, "მომგვრელი ბავშვის" სიმპტომების კომპლექსი, ლეთარგიისა და კომის ეპიზოდები, კარნიტინის ეთერების და გრძელი ნახშირბადის კონცენტრაციის მომატება სისხლის შრატში თავისუფალი კარნიტინის შემცირების ფონზე, აქტივობის დაქვეითება. კარნიტინის აცილკარნიტინ ტრანსლოკაზას

9.6.კარნიტინ პალმიტოილტრანსფერაზა-2 დეფიციტი

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, კუნთების სისუსტე, მიალგია, მიოგლობინურია, კარნიტინ პალმიტოილტრანსფერაზა-2-ის აქტივობის დაქვეითება ჩონჩხის კუნთებში

მემკვიდრეობის აუტოსომური რეცესიული ტიპი, მიოპათიური სიმპტომების კომპლექსი, ლეთარგიისა და ლეთარგიის ეპიზოდები, კარდიომიოპათია, ჰიპოგლიკემიის ეპიზოდები, შრატში კარნიტინის დონის დაქვეითება და შარდის გამოყოფის გაზრდა.

მიტოქონდრიული (და არა მხოლოდ) გენომის ფუნქციონირების გარკვეულ ცვლილებებთან დაკავშირებული პათოლოგიების ასეთი "საშინელი" ჩამონათვალის გაანალიზების შემდეგ, ჩნდება გარკვეული კითხვები. რა არის მიტოქონდრიული გენების პროდუქტები და რომელ სუპერმეგა-სასიცოცხლო უჯრედულ პროცესებში მონაწილეობენ ისინი?

როგორც გაირკვა, ზოგიერთი ზემოაღნიშნული პათოლოგია შეიძლება მოხდეს NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსის 7 ქვედანაყოფის, ATP სინთეზის 2 ქვედანაყოფის, ციტოქრომ c ოქსიდაზას 3 ქვედანაყოფის და უბიქინოლ-ციტოქრომ c რედუქტაზას 1 ქვეერთეულის სინთეზის დარღვევის გამო ( ბ) რომლებიც წარმოადგენენ მიტოქონდრიის გენის პროდუქტებს. ამის საფუძველზე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ამ ცილებს საკვანძო როლი აქვთ უჯრედული სუნთქვის, ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვისა და ატფ-ის სინთეზის პროცესებში, ელექტრონის გადატანა შიდა MT მემბრანის ელექტრონების სატრანსპორტო სისტემაში, ანტიოქსიდანტური სისტემის ფუნქციონირებაში და ა.შ.

აპოპტოზის მექანიზმების შესახებ უახლესი მონაცემებით ვიმსჯელებთ, ბევრი მეცნიერი მივიდა დასკვნამდე, რომ არსებობს აპოპტოზის კონტროლის ცენტრი...

მიტოქონდრიული ცილების როლი ასევე ნაჩვენებია ანტიბიოტიკების გამოყენებაში, რომლებიც ბლოკავს მიტოქონდრიის სინთეზს. თუ ქსოვილის კულტურაში ადამიანის უჯრედები მკურნალობენ ანტიბიოტიკებით, როგორიცაა ტეტრაციკლინი ან ქლორამფენიკოლი, მათი ზრდა შეჩერდება ერთი ან ორი გაყოფის შემდეგ. ეს გამოწვეულია მიტოქონდრიული ცილის სინთეზის ინჰიბირებით, რაც იწვევს დეფექტური მიტოქონდრიების წარმოქმნას და, შედეგად, არასაკმარისი ATP წარმოქმნას. რატომ შეიძლება მაშინ ანტიბიოტიკების გამოყენება ბაქტერიული ინფექციების სამკურნალოდ? ამ კითხვაზე რამდენიმე პასუხი არსებობს:

1. ზოგიერთი ანტიბიოტიკი (როგორიცაა ერითრომიცინი) არ გადის ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიის შიდა გარსში.

2. ჩვენი სხეულის უჯრედების უმეტესობა არ იყოფა ან იყოფა ძალიან ნელა, ამიტომ არსებული მიტოქონდრიების ახლით ჩანაცვლება ხდება ისევე ნელა (ბევრ ქსოვილში მიტოქონდრიების ნახევარი იცვლება დაახლოებით ხუთ დღეში ან უფრო მეტხანს). ამრიგად, ნორმალური მიტოქონდრიების რაოდენობა კრიტიკულ დონემდე შემცირდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მიტოქონდრიული ცილის სინთეზის ბლოკადა შენარჩუნდება მრავალი დღის განმავლობაში.

3. ქსოვილში არსებული გარკვეული პირობები ხელს უშლის გარკვეული მედიკამენტების შეღწევას ყველაზე მგრძნობიარე უჯრედების მიტოქონდრიაში. მაგალითად, Ca2+-ის მაღალი კონცენტრაცია ძვლის ტვინში იწვევს Ca2+-ტეტრაციკლინის კომპლექსის წარმოქმნას, რომელიც ვერ შეაღწევს სწრაფად გამყოფ (და შესაბამისად ყველაზე დაუცველ) სისხლის უჯრედების წინამორბედებს.

ეს ფაქტორები შესაძლებელს ხდის ზოგიერთი წამლის გამოყენებას, რომელიც აფერხებს მიტოქონდრიული ცილის სინთეზს, როგორც ანტიბიოტიკი უმაღლესი ცხოველების სამკურნალოდ. ამ პრეპარატებიდან მხოლოდ ორს აქვს გვერდითი მოვლენები: ქლორამფენიკოლის დიდი დოზებით ხანგრძლივმა მკურნალობამ შეიძლება გამოიწვიოს ძვლის ტვინის ჰემატოპოეზური ფუნქციის დარღვევა (თრგუნავს სისხლის წითელი და თეთრი უჯრედების წარმოქმნას) და ტეტრაციკლინის ხანგრძლივმა გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს. აზიანებს ნაწლავის ეპითელიუმს. მაგრამ ორივე შემთხვევაში, ჯერ კიდევ არ არის სრულიად ნათელი, ეს გვერდითი მოვლენები გამოწვეულია მიტოქონდრიული ბიოგენეზის ბლოკადით თუ სხვა მიზეზით.

დასკვნა

mt გენომის სტრუქტურული და ფუნქციური მახასიათებლები შემდეგია. პირველ რიგში, დადგინდა, რომ mtDNA დედიდან გადაეცემა ყველა მას

შთამომავლები და მისი ქალიშვილებიდან ყველა მომდევნო თაობამდე, მაგრამ ვაჟები არ გადასცემენ მათ დნმ-ს (დედის მემკვიდრეობას). დედობრივი ხასიათი

mtDNA-ს მემკვიდრეობა, ალბათ, დაკავშირებულია ორ გარემოებასთან: ან მამისეული mtDNA-ის პროპორცია იმდენად მცირეა (არ გადაეცემა მამის ხაზით)

ერთზე მეტი დნმ-ის მოლეკულა 25 ათასი დედის mtDNA-ზე), რომ მათი აღმოჩენა არსებული მეთოდებით შეუძლებელია, ან განაყოფიერების შემდეგ იბლოკება მამის მიტოქონდრიების რეპლიკაცია. მეორეც, კომბინაციური ცვალებადობის არარსებობა - mtDNA ეკუთვნის მხოლოდ ერთ მშობელს, შესაბამისად, მეიოზში ბირთვული დნმ-ისთვის დამახასიათებელი რეკომბინაციის მოვლენები არ არსებობს და ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა იცვლება თაობიდან თაობამდე მხოლოდ მუტაციების გამო. მესამე, mtDNA-ს არ აქვს ინტრონები

(დიდი ალბათობა იმისა, რომ შემთხვევითი მუტაცია გავლენას მოახდენს დნმ-ის კოდირების რეგიონზე), დამცავი ჰისტონები და ეფექტური დნმ-ის აღდგენის სისტემა - ეს ყველაფერი განსაზღვრავს მუტაციის სიჩქარეს 10-ჯერ უფრო მაღალი ვიდრე ბირთვულ დნმ-ში. მეოთხე, ნორმალური და მუტანტური mtDNA შეიძლება ერთდროულად არსებობდეს იმავე უჯრედის შიგნით - ჰეტეროპლაზმის ფენომენი (მხოლოდ ნორმალური ან მხოლოდ მუტანტური mtDNA-ს არსებობას ჰომოპლაზმია ეწოდება). დაბოლოს, ორივე ჯაჭვი გადაიწერება და ითარგმნება mtDNA-ში და მრავალი მახასიათებლით mtDNA-ს გენეტიკური კოდი განსხვავდება უნივერსალურისგან (UGA კოდირებს ტრიპტოფანს, AUA კოდირებს მეთიონინს, AGA და AGG არის გაჩერება-

კოდონები).

ამ თვისებებმა და mt-გენომის ზემოხსენებულმა ფუნქციებმა mtDNA ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის ცვალებადობის შესწავლა ფასდაუდებელ ინსტრუმენტად აქცია ექიმებისთვის, სასამართლო მეცნიერებისთვის, ევოლუციური ბიოლოგებისთვის,

ისტორიული მეცნიერების წარმომადგენლები თავიანთი კონკრეტული პრობლემების გადაჭრაში.

1988 წლიდან, როდესაც გაირკვა, რომ mtDNA გენის მუტაციები საფუძვლად უდევს მიტოქონდრიულ მიოპათიებს (J. Y. Holt et al., 1988) და ლებერის მემკვიდრეობით ოპტიკურ ნეიროპათიას (D. C. Wallace, 1988), მუტაციების შემდგომი სისტემატური იდენტიფიკაცია გამოიწვია ადამიანის mt-ის გენომის წარმოქმნაში. მიტოქონდრიული დაავადებების კონცეფცია (MD). ამჟამად, პათოლოგიური mtDNA მუტაციები აღმოაჩინეს ყველა ტიპის მიტოქონდრიულ გენში.

ბიბლიოგრაფია

1. სკულაჩევი, მიტოქონდრია და ჟანგბადი, სოროსი. განათლება ჟურნალი

2. ბიოქიმიის საფუძვლები: სამ ტომად, მ.: მირი, .

3. Nicholes D. G. Bioenergetics, An Introd. ქიმიოზმამდე. თ., აკად. პრესა, 1982 წ.

4. Stryer L. Biochemistry, 2nd ed. სან ფრანცისკო, ფრიმანი, 1981 წ.

5. სკულაჩოვის ბიოლოგიური გარსები. მ., 1989 წ.

6. , ჩენცოვის რეტიკულუმი: სტრუქტურა და ზოგიერთი ფუნქცია // მეცნიერების შედეგები. ბიოლოგიის ზოგადი პრობლემები. 1989 წ

7. ჩენცოვის ციტოლოგია. მ.: მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამომცემლობა, 1995 წ

8. , მიტოქონდრიული გენომის კომპეტენციის სფერო // ვესტნ. RAMS, 2001. ‹ 10. გვ. 31-43.

9. Holt I. J., Harding A. E., Morgan-Hughes I. A. კუნთების მიტოქონდრიული დნმ-ის წაშლა მიტოქონდრიული მიოპათიების მქონე პაციენტებში. ბუნება 1988, 331:717-719.

10. და ა.შ.ადამიანის გენომი და მიდრეკილების გენები. პეტერბურგი, 2000 წ

11. , მიტოქონდრიული გენომი. ნოვოსიბირსკი, 1990 წ.

12. // სოროსი. განათლება ჟურნალი 1999. No10. გვ.11-17.

13. სიმბიოზის როლი უჯრედის ევოლუციაში. მ., 1983 წ.

14. // სოროსი. განათლება ჟურნალი 1998. No8. გვ.2-7.

15. // სოროსი. განათლება ჟურნალი 2000. No1. გვ.32-36.

კიევის ეროვნული უნივერსიტეტის სახელობის. ტარას შევჩენკო

ბიოლოგიის კათედრა

ესე

თემაზე:

„დედის გენომის როლი შთამომავლობის განვითარებაში“

თანიქენტა IVკურსი

ბიოქიმიის კათედრა

ფროლოვა არტემა

კიევი 2004

Გეგმა:

შესავალი ................................................... ................................1

მიტოქონდრიის წარმოშობის სიმბიოტური თეორია......2

უჯრედის ბირთვის როლი მიტოქონდრიულ ბიოგენეზში ...................................... ..........5

მიტოქონდრიული სატრანსპორტო სისტემები ..................................................... ...................... 7

მიტოქონდრიული გენომის ზომა და ფორმა................................10

მიტოქონდრიული გენომის ფუნქციონირება...................14

მიტოქონდრიისთვის საკუთარი გენეტიკური სისტემის არსებობის მნიშვნელობა.......................................... ...................................................19

ციტოპლაზმური მემკვიდრეობა ...................................20

პრეზენტაციის ტრანსკრიპტი

ლებერის სინდრომი: LHON (1871) დედის მიერ მემკვიდრეობითი მხედველობის დაკარგვა ხდება 20-30 წლის ადამიანებში მხედველობის ნერვის ატროფიისა და ბადურის განგლიური უჯრედის ფენის გადაგვარების გამო. ერთ-ერთი ND გენი (კომპლექსი I). შემთხვევების 70%-ში არის G11778A(ND4), ხოლო იაპონიაში 90%-ში, 13%-ში არის G3460A (ND1); შემთხვევათა 14%-ში T14484C (ND6) მუტაცია ჰომოპლაზმურ მდგომარეობაშია

634 bp ლებერის სინდრომის დნმ-ის დიაგნოზი N ოჯახში ჩვენ მიერ პირველად ჩატარდა 2006 წელს G11778 G11778A ჩანაცვლება ლებერის სინდრომით ჯანმრთელი და დედა პირი პრობანდი

შემთხვევების 80-85%-ში ავადდებიან მამაკაცები (X ქრომოსომა ატარებს რაიმე სახის მგრძნობელობის ადგილს?) პათოგენური კომპლექსის I მუტაციების მატარებელი მამაკაცების მხოლოდ 50% და ქალების 10% განიცდის მხედველობის დაკარგვას?? ყველაზე ხშირად, ლებერის სინდრომამდე მიმავალი მუტაციები ხდება mtDNA ჰაპლოჯგუფში J; ამ ჯგუფს ატარებს ევროპელების დაახლოებით 15%?? არსებობს რაიმე დამატებითი ფაქტორები დაავადების ფორმირებაში (???)

ყველაზე გავრცელებული წერტილის მუტაცია: A3243G ლეიცინში tRNA-ში გვხვდება MELAS-ის სინდრომის მქონე პაციენტების უმეტესობაში, ინსულტის მსგავსი ეპიზოდები მიოპათია ლაქტური აციდოზი ენცეფალოპათია მუტაცია ხდება ექსკლუზიურად ჰეტეროპლაზმურ მდგომარეობაში ზოგიერთ ოჯახში A3243G იწვევს უპირატესად კარდიომიოპათიას, ზოგში დიაბეტის და დეფეა. , მეოთხე - ენცეფალოპათია???

ჩვენ გამოვცადეთ MELAS-ის სინდრომი 2007 წელს. დედა: ფენოტიპურად ჯანმრთელი ქალი II ქორწინება. მოულოდნელად გარდაიცვალა მიტოქონდრიოპათიის ტრავმის შემდეგ?? MELAS-ის მუტაცია აღმოაჩინეს ვაჟში (მუტანტის მოლეკულების 80% სისხლში) და დედაში (40%).

რნმ (გაგრძელება) A8344G მუტაცია ლიზინის tRNA გენში მუტანტის მოლეკულების დონეზე > 85% იწვევს MERRF სინდრომს: მიოკლონუსი-ეპილეფსია; "დახეული" წითელი კუნთების ბოჭკოები; გონებრივი ჩამორჩენილობა; ატაქსია; კუნთების ატროფია და ა.შ. პაციენტების დედები ჩვეულებრივ ფენოტიპურად ჯანმრთელები არიან ან აქვთ მსუბუქი სიმპტომები. მუტაცია მკვეთრად ამცირებს ორგანიზმში ტრანსლაციის ეფექტურობას და ამით იწვევს სასუნთქი ჯაჭვის დეფიციტს.

12S rRNA გენის A1555G ყველაზე გავრცელებული მუტაცია იწვევს სმენის არასინდრომულ დაქვეითებას მუტაციის მატარებლების მგრძნობელობის გამო ოტოტოქსიური ამინოგლიკოზიდების მიმართ 12S და 16S გენების სხვა მუტაციები იწვევს კარდიომიოპათიას, ატაქსიას, MELAS-ს, შაქრიან დიაბეტს, სენსორული სმენის დაკარგვას.

NARP (ნეიროპათია ატაქსია და პიგმენტური რეტინიტი) მუტაცია ATPase6 გენში - ტრანსვერსია T - G 8993 ნუკლეოტიდზე (მუტანტური დნმ-ის 70-90%) T8993G: ლეიცინი იცვლება არგინინით ATPase6-ში, რაც იწვევს ატფ-ის სინთეზის დაქვეითებას. mtDNA 90%-ზე მეტია, კლინიკური გამოვლინებები უფრო ადრე შეინიშნება და სიმპტომები უფრო მძიმეა: ქვემწვავე ნეკროზული ენცეფალოპათია ლეის სინდრომის (LS) მახასიათებლებით.

ნეიროდეგენერაციული დაავადება: - სიმეტრიული ნეკროზული დაზიანებები ცენტრალური ნერვული სისტემის სუბკორტიკალურ მიდამოებში - ბაზალური განგლიები, თალამუსი, თავის ტვინის ღერო, ზურგის ტვინი; - დემიელინაცია, სისხლძარღვთა პროლიფერაცია და "გლიოზი"; - მოტორული და გონებრივი რეგრესია, ატაქსია, დისტონია, პათოლოგიური სუნთქვა დაავადება იწყება ადრეულ ბავშვობაში, იშვიათად ზრდასრულ ასაკში. სიკვდილი ჩვეულებრივ ხდება დაავადების დაწყებიდან ორი წლის შემდეგ

დნმ (MILS) 7/10 შემთხვევა – ბირთვული აუტოსომური გენების რეცესიული მუტაციები, რომლებიც აკოდირებენ რესპირატორული ჯაჭვის ქვედანაყოფებს ან მის შეკრებაში მონაწილე ცილებს ATPase 6 LS 1/10 შემთხვევები – X ქრომოსომის PDHC მუტაციები

მიზეზი არის 5 კბ-ის დიდი წაშლა. იკარგება 5 tRNA გენი და 5 ცილის გენი KSS - ფატალური მულტისისტემური პათოლოგია, ვლინდება 4-18 წლის ასაკში: CPEO, პიგმენტური რეტინიტი, ატაქსია, სიყრუე, ენდოკრინული დისფუნქცია, ატრიოვენტრიკულური გულის ბლოკადა, ცილის დონის მომატება ცერებროსპინალურ სითხეში. 100 მგ/დლ-ზე მეტი, ჩონჩხის კუნთებში „გახეხილი“ ბოჭკოები. წაშლა არ არის მემკვიდრეობითი

2 სინდრომი: პირსონის სინდრომი - PS ჰიპოპლასტიკური ანემია, პანკრეასის ეგზოკრინული ფუნქციის დარღვევა PEO სინდრომი - პროგრესირებადი გარეგანი ოფთალმოპლეგია სამივე სინდრომი სპორადულია, ჩამოყალიბებულია მუტანტის mtDNA-ს სეგრეგაციის მიხედვით სხვადასხვა ქსოვილებში დაგროვებით.

პ.ნ. ფატალური KSS-ის ნაცვლად, PEO შეიძლება დაფიქსირდეს პროგრესირებადი გარეგანი ოფთალმოპლეგია, პტოზი. პათოლოგია ასოცირდება გარე ექსტრაოკულარული კუნთების დამბლასთან. მუტანტის მოლეკულების პროცენტი ამ შემთხვევაში ნაკლებია, ვიდრე KSS სინდრომის დროს, სინდრომი არ არის დაკავშირებული საშიშროებასთან. პაციენტის ცხოვრება ბიოქიმიურად, რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტების დეფექტები გვხვდება კუნთებში, განსაკუთრებით ციტოქრომ ოქსიდაზაში

დაქვეითება -MDS 1 - 30% mtDNA-ის ნორმალური რაოდენობის რჩება უჯრედებში. სინდრომი ვლინდება დაბადებიდან პირველ კვირებში: ფატალური ჰეპატოპათია; მიოპათია გენერალიზებული ჰიპოტენზიით; კარდიომიოპათია კრუნჩხვით (დე-ტონი-დებრუ-ფაკონის სინდრომი); კუნთების პროქსიმალური ჯგუფების ატროფია; მყესის რეფლექსების დაკარგვა. მძიმე შემთხვევებში სიკვდილი ხდება სიცოცხლის პირველ წელს

რესპირატორული ჯაჭვის გენები LHON LHON+დისტონია სპორადული მიოპათია სპორადული მიოპათია ენცეფალომიოპათია სპორადული მიოპათია NARP MILS FBSN M I ლეის სინდრომი ლეიკოდისტროფია ლეის სინდრომი კარდიოენცეფალოპათია ლეიკოდისტროფია/ლეიკოდისტროფია/ტუბულომა

მიტოქონდრიული ანომალია? თუ სიმპტომები მკაფიოა, ამოიღეთ სისხლი ვენიდან და გააკეთეთ PCR ტესტი წერტილოვანი მუტაციებისთვის ან დელეციებისთვის, თუ სისხლის ანალიზის შედეგი უარყოფითია, ეს არ ნიშნავს დაავადების არარსებობას (ჰეტეროპლაზმია!) თქვენ უნდა გაიაროთ ტესტი. ბიოფსია: კუნთების ან კანის ტესტი მოზრდილებში ბავშვებში არაინვაზიური ტესტირებისთვის იყენებენ შარდის ნალექს, ლოყის შიდა ზედაპირის გახეხვას, ნაკლებად ხშირად თმის ფოლიკულებს.

მიტოქონდრიული ანომალია? (2) ახალი კუნთების ანალიზი ხდება ჰისტოლოგიურად და ჰისტოქიმიურად. გაზომვები ხდება რესპირატორული ჯაჭვის კომპლექსების ცალკეული რგოლების აქტივობის შესახებ, რომლებიც ვლინდება სუქცინატდეჰიდროგენაზას აქტივობის შეღებვით ან გომორის „ტრიქრომული შეფერილობის“ ფიბრობლასტების კულტივირებით. თუ დეფექტი გამოვლინდა ერთ რგოლში, ეს მიუთითებს შესაბამისი ქვედანაყოფის (i ან m) მუტაციაზე, თუ დეფექტები მრავლობითია, შესაძლებელია mt tRNA ან ბირთვული გენების დეფექტი, რომლებიც მონაწილეობენ მიტოქონდრიის ფუნქციონირებაში.

მიტოქონდრიული ანომალია? (3) ზოგჯერ დეფექტი ვლინდება ვარჯიშის დროს (NARP სინდრომი ATPase6 გენის მუტაციის გამო) - საჭიროა კლინიკური ტესტირება: ფიზიკური ვარჯიში ლაქტატის გაზომვებით, მაგნიტურ-რეზონანსული ან ინფრაწითელი სპექტროსკოპია და ბოლოს, ჯერ კიდევ არ არის აღწერილი "პირადი" მუტაციები, პირდაპირი mtDNA თანმიმდევრობა ხორციელდება

სხვადასხვა ორგანოებთან დაკავშირებული დაავადებები და აშკარად დაუკავშირებელი ანომალიების ერთდროული გამოვლინება გარეგანი ოფთალმოპლეგია გულის კუნთის გამტარობის დარღვევით და ცერებრალური ატაქსიით. ფტოზი და რეტინოპათია მოკლე სიმაღლე მიოპათიით და ინსულტის მსგავსი ეპიზოდებით ეგზოკრინული პანკრეასის დისფუნქცია სიდერობლასტური ანემიით განვითარების შეფერხება ან უნარების დაკარგვა და ოფთალმოპლეგია, ოფთალმოპარეზი

მიტოქონდრიული დაავადებები? მიტოქონდრიული ენცეფალოპათიების სიხშირე განისაზღვრება დაახლოებით 1: 11000 მიტოქონდრიული დაავადებების საერთო სიხშირე არის 1:8000 მიტოქონდრიული დაავადებების გამოვლინების ასაკი მნიშვნელოვნად განსხვავდება ~ 50% 5 წლის შემდეგ ~ 50% 5 წლამდე სიკვდილიანობა მიტოქონდრიული დაავადებებისგან არის -20% წელიწადში გამოვლინების დღიდან

მიტოქონდრიოპათია, შემდეგ ინფექციური დაავადებების შემდეგ, მისი მდგომარეობა შეიძლება მკვეთრად გაუარესდეს სტრესის, მარხვის, ჰიპოთერმიის, გახანგრძლივებული უმოძრაობის, სედატიური საშუალებების მიღებისას სიფრთხილით.

დაავადებები - რამდენად რეალურია ეს? ფარმაკოლოგიური მიდგომა ვიტამინები, კოფაქტორები, თავისუფალი რადიკალების გამწმენდი საშუალებები - სასუნთქი ჯაჭვის დაზიანების თავიდან ასაცილებლად ყველაზე წარმატებული მაგალითია დიქლოროაცეტატი, რომელიც გამოიყენება ლაქტური აციდოზის შესამცირებლად MELAS-ის მქონე პაციენტებში. წარმატება ნაწილობრივი და დროებითია, უფრო ხშირად თერაპია არაეფექტურია.

დაავადებები (2) სხვა მიდგომაა მუტანტის:ნორმალური mtDNA I-ის თანაფარდობის შემცირება. არამუტანტური მოლეკულების რაოდენობის გაზრდა „გენის გადანაცვლებით“ როგორც წესი, სატელიტური უჯრედები მრავლდება და ერწყმის ჩონჩხის მიოფიბრილებს სტრესის ან ვარჯიშის საპასუხოდ მიოპათიის მქონე პაციენტებში მუტანტის mtDNA პროცენტი სატელიტურ უჯრედებში უფრო დაბალია, ვიდრე ჩონჩხის კუნთებში ნორმალური mtDNA მოლეკულების პროპორცია კუნთში გაიზარდა, დეფექტი გამოსწორდა ჩონჩხის კუნთებში სატელიტური უჯრედების პროლიფერაცია გამოიწვია

დაავადებები (3) II მუტანტის დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობის შემცირება სინთეზური მოლეკულების განვითარება, რომლებიც შერჩევით უკავშირდებიან მუტანტ დნმ-ს და ბლოკავს მათ რეპლიკაციას.

დაავადებები (4) „მოლეკულური უჯრედშიდა რეკონსტრუქცია“ ციტოპლაზმიდან ნორმალური tRNA-ების იმპორტი დეფექტური მიტოქონდრიულის ნაცვლად დეფექტური რესპირატორული კომპლექსის ჩანაცვლება. სხვა ორგანიზმიდან მიღებული ჯაჭვები ნორმალურზე (საფუარი) კვერცხუჯრედის ბირთვის გადანერგვა მუტანტური ციტოპლაზმიდან ნორმალურზე ყველა ეს მიდგომა არის ექსპერიმენტული განვითარების ეტაპზე.

დაავადებები - რამდენად რეალურია ეს? დღეს შეუძლებელია მიტოქონდრიული დაავადების განკურნება. სიმპტომატური მკურნალობა გამოიყენება: ფიზიოთერაპია, აერობული ტანვარჯიში, ზომიერი და მსუბუქი ვარჯიში ეპილეფსიის საწინააღმდეგო საშუალებები, ჰორმონები, ვიტამინები, მეტაბოლიტები, კოფაქტორები ფარმაკოლოგიური ბლეფაროპლასტიკა, კოჰლეარული იმპლანტაცია, გულის, თირკმელების, ღვიძლის კანქვეშა გადანერგვა. ენდოსკოპიური გასტროტომია, კრიკოფარინგეალური მიოტომია ქირურგიული

მიტოქონდრიული დაავადებები ან ამძიმებს მათ მიმდინარეობას ვალპროატი: ზრდის კრუნჩხვების სიხშირეს MELAS-ში, ჰეპატოტოქსიური ასპირინი, ფენობარბიტალი კორტიკოსტეროიდები ტეტრაციკლინი, ქლორამფენიკოლი ამინოგლიკოზიდები სტრეპტომიცინი, გენტამიცინი, ამიკაცინი, ნეომიცინი, კანამიცინი - ოტოტოტოქსიური მანიფესტაცია MELAS) ანტირეტროვირუსული პრეპარატები: AZT – ზიდოვუდინი, დოქსორუბიცინი იწვევს mtDNA–ს დაქვეითებას. სია შორს არის დასრულებამდე!

Მეტის ჩატვირთვა...

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru/

მიტოქონდრიული გენეტიკა

1. მიტოქონდრიების ფორმალური გენეტიკა

პლასტიდებისგან განსხვავებით, მიტოქონდრია გვხვდება ყველა ევკარიოტში: მცენარეებში, ცხოველებში და სოკოებში. სამივე სამეფოში მიტოქონდრია ერთსა და იმავე ფუნქციას ასრულებს და მათი სტრუქტურა ზოგადად მსგავსია. მიტოქონდრია არის მრგვალი სტრუქტურები, რომელთა ზომებია 1 მიკრონიდან (ნახ. 1).

ბრინჯი. ფოთლის მეზოფილური მიტოქონდრიის 1 ელექტრონული მიკროგრაფი

თუმცა, ზოგიერთ შემთხვევაში, მიტოქონდრია შეიძლება გაერთიანდეს საკმაოდ გრძელ მილაკოვან მრუდე სტრუქტურაში. მიტოქონდრიის შიდა შიგთავსს მატრიცა ეწოდება. მატრიცა შეიცავს თხელ ფიბრილებს და გრანულებს. აღმოჩნდა, რომ გრანულები მიტოქონდრიული რიბოსომებია, რომლებიც ზომითა და სიმკვრივით განსხვავდებიან ციტოპლაზმის რიბოსომებისგან. მიტოქონდრია, ისევე როგორც სხვა ორგანელები, გარშემორტყმულია გარე ორმაგი გარსით. მიტოქონდრიის გარე მემბრანა მსგავსია პლასტიდების გარე გარსის, ბირთვისა და ენდოპლაზმური ბადის გარსის. მიტოქონდრიის შიდა მემბრანა ქმნის ინვაგინაციებს - cristae. სწორედ შიდა მემბრანის ზედაპირზეა განთავსებული ყველა ძირითადი ფერმენტული ანსამბლი, რომელიც უზრუნველყოფს მიტოქონდრიის ფუნქციებს. არსებობს მიტოქონდრიის შიდა და გარე გარსების გამოყოფის მეთოდები. ვინაიდან მიტოქონდრიის გარე მემბრანა ნაკლებად მკვრივია და შეუქცევადად იშლება ფოსფატის ხსნარში, ეს იწვევს მის გახეთქვას და გამოყოფას შიდადან. იზოლირებული მიტოქონდრიების ფოსფატით დამუშავების შემდეგ, ამ ორგანელების გარე და შიდა გარსები შეიძლება განცალკევდეს ცენტრიფუგირებით. თუ მათ ელექტრონული მიკროსკოპით შეხედავთ, ისინი ჰგვანან გამჭვირვალე ღრუ სფეროებს და შიდა მემბრანის მიერ წარმოქმნილი სფეროს მოცულობა ბევრად აღემატება გარე მემბრანის სფეროს მოცულობას. ამიტომ, მიტოქონდრიის მოცულობითი სტრუქტურა ადვილი წარმოსადგენია, როგორც პატარა ბურთის შიგნით მოთავსებული დიდი ბურთი. ამ შემთხვევაში, შიდა მემბრანაზე გაჩნდება მრავალი ნაკეცი, ე.წ. მიტოქონდრიებში მიმდინარე პროცესების აქტივობა პირდაპირ კავშირშია კრისტატების რაოდენობასა და ზომასთან. რაც უფრო დიდია კრისტას ზედაპირი და, შესაბამისად, შიდა გარსის ზედაპირი, მით უფრო აქტიურია ეს პროცესები. შესაბამისად, მიტოქონდრიის შიდა მემბრანა ზომით იცვლება ორგანელების ფუნქციური მდგომარეობიდან გამომდინარე.

შიდა და გარე გარსები განსხვავდება სიმკვრივით (შიდა უფრო მკვრივია), გამტარიანობით (შიდას აქვს მაღალი სპეციფიკური გამტარიანობა, გარეს აქვს არასპეციფიკური გამტარიანობა), სხვადასხვა ფერმენტული შემადგენლობით და ცილების სხვადასხვა შეფარდებით ლიპიდებთან.

მიტოქონდრიის შიდა მემბრანა უნიკალურია თავისი სტრუქტურით. იგი შეიცავს მრავალკომპონენტიან ცილოვან-ფერმენტულ კომპლექსებს, რომლებიც ახორციელებენ ელექტრონის გადაცემას, ოქსიდაციურ ფოსფოლაციას, ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვის სინთეზს, ასევე ცილებს, რომლებიც არეგულირებენ მცირე მოლეკულების გადატანას მიტოქონდრიის შიდა ღრუში.

მიტოქონდრია, ისევე როგორც პლასტიდები, არასოდეს წარმოიქმნება "დე ნოვო". ანაერობულ პირობებში მცხოვრებ ორგანიზმებსაც კი აქვთ მიტოქონდრიის მსგავსი სტრუქტურები. თუ, მაგალითად, საფუარის ერთი და იგივე შტამი იზრდება აერობულ და ანაერობულ პირობებში, მაშინ ანაერობულ პირობებში გაზრდილ უჯრედებში იცვლება მიტოქონდრიების ზომა, მაგრამ მათი რაოდენობა არ მცირდება.

მიტოქონდრიების დაყოფა, ისევე როგორც პლასტიდები, ხორციელდება ამიტოზის გამოყენებით, ჰანტელის ფორმის ფიგურების წარმოქმნით და მათი შემდგომი ლიგატით.

ზოგიერთ შემთხვევაში, შესაძლებელი იყო მიტოქონდრიული გაყოფის სინქრონულობის დემონსტრირება უჯრედის ბირთვთან და მათი საკმაოდ ზუსტი განაწილება ქალიშვილ უჯრედებს შორის ზოგიერთ ბიოლოგიურ ობიექტში. ამრიგად, ცილიატებში ნაჩვენებია მიტოქონდრიული გაყოფის სრული სინქრონიზაცია უჯრედის ბირთვთან ერთად. მიტოტიკურად გაყოფილ მცენარეთა უჯრედებში და მრგვალი ჭიების სპერმატოციტების გაყოფისას ნაჩვენებია, რომ მიტოქონდრია საკმაოდ ზუსტად არის განაწილებული ღეროს გასწვრივ.

ისტორიულად, თითქმის ყველა ოფიციალური მიტოქონდრიული გენეტიკა შესწავლილია სოკოებში და ძირითადად საფუარში. სხვა ორგანიზმებში არსებობს მხოლოდ ცალკეული ფაქტები გარკვეული მახასიათებლების მიტოქონდრიასთან კავშირის შესახებ. საფუარის სიცოცხლის ციკლი ნაჩვენებია ფიგურაში

ბრინჯი. 2 სასიცოცხლო ციკლი საქარომიცესი cerevisiae

საფუარი არის ერთუჯრედიანი, მაგრამ მრავალბირთვიანი ორგანიზმი. ისინი თავიანთი ცხოვრების მნიშვნელოვან ნაწილს ჰაპლოფაზაში ატარებენ და, შესაბამისად, მათი ბირთვები ჰაპლოიდურია. ჰაპლოიდური კლონები, რომლებსაც აქვთ საპირისპირო სქესის ფაქტორები (ან შეჯვარების ტიპები), ადა A,შეუძლიათ ერთმანეთთან შერწყმა. ჰაპლოიდური კლონები იგივე ტიპის გადაკვეთით ვერ მონაწილეობენ განაყოფიერებაში. განაყოფიერების შემდეგ ბირთვების შერწყმა და დიპლოიდური კლონები წარმოიქმნება. დიპლოიდურ კლონებში ხდება სპორულაცია და მეიოზი, წარმოიქმნება ასკუსი, რაც იწვევს ჯვარედინი ორი საპირისპირო ტიპის ჰაპლოიდურ კლონებს. ადა ათანაბარი პროპორციებით. ბუნებრივია, მარტივი მენდელის გენები გაიყოფა ისევე, როგორც გენი, რომელიც აკონტროლებს სქესის ფაქტორს, ე.ი. მისცემს 1:1 გაყოფას.

ზიგოტურ ფაზაში საფუარი ჰეტეროზიგოტურია და შეიძლება გამრავლდეს ორი გზით: ვეგეტატიური და გენერაციული. ვეგეტატიური გამრავლების დროს ისინი უბრალოდ იყოფიან და რამდენიმე დიპლოიდური ბირთვი შედის მიღებულ უჯრედებში. გარდა ამისა, ვეგეტატიური გამრავლება შეიძლება მოხდეს კვირტის მეშვეობითაც. წარმოქმნილ კვირტებში ბირთვებიც დიპლოიდურია. ბუნებრივია, ვეგეტატიური გამრავლების დროს ბირთვული გენების გაყოფა არ ხდება - ჰეტეროზიგოტები რჩებიან ჰეტეროზიგოტებად.

გენერაციული გამრავლების დროს ხდება მეიოზი და იქმნება ჰაპლოიდური ბირთვების მქონე უჯრედები, რომლებსაც ასკოსპორები ეწოდება. ასკოსპორები ჰაპლოიდურია და ისინი იყოფიან თანაბარი რაოდენობის ასკოსპორებად დომინანტური და რეცესიული ალელებით, ე.ი. 1:1.

ამრიგად, თუ 1:1 სეგრეგაცია არ შეინიშნება, მაშინ ეს შეიძლება მიუთითებდეს იმაზე, რომ ეს გენები შესაძლოა იყოს არამენდელური და, შესაბამისად, შესაძლოა ციტოპლაზმური.

საფუარში ექსტრაბირთვული მუტანტის არსებობა პირველად აჩვენა ფრანგმა მკვლევარმა ბ. ეფრუსიმ ჯერ კიდევ 1949 წელს. ამ მუტანტებს აღენიშნებოდათ სუნთქვის დეფექტები და ცუდი ზრდა. ისინი არ შეიცავდნენ ციტოქრომს. ასეთი მუტანტების მიღება შესაძლებელია დიდი რაოდენობით (ზოგჯერ 100%-მდე) აკრიდინის საღებავების გავლენის ქვეშ. მაგრამ ისინი ასევე შეიძლება მოხდეს სპონტანურად 1%-მდე სიხშირით. ამ მუტანტებს ეძახიან " წვრილმანი", ფრანგული სიტყვიდან "პატარა".

როდესაც ეს მუტანტები გადაკვეთეს ნორმალურ შტამებთან, ყველა შთამომავლობა გამონაკლისის გარეშე ნორმალური იყო. თუმცა სხვა გენეტიკური მარკერებისთვის, როგორიცაა ადენინისა და თიამინის საჭიროება, სქესის ტიპის ფაქტორებად დაყოფა ნორმალური იყო - 1:1.

თუ შემთხვევით შეარჩევთ უჯრედებს პირველი თაობის ჰიბრიდებიდან და ხელახლა გადაკვეთთ მათ მუტანტებთან წვრილმანიყველა შთამომავლობა ისევ ნორმალური იყო, თუმცა ზოგჯერ იშვიათი მუტანტის შთამომავლობა ჩნდებოდა 1%-ზე ნაკლები სიხშირით. იმათ. ისინი თითქმის იგივე სიხშირით გამოჩნდნენ, როგორც ამ მუტანტების სპონტანური გაჩენა. შესაძლებელი იყო ამ ჰიბრიდების ხელახლა შერჩევა და მათი გადაკვეთა ნორმალურებთან იგივე შედეგით. თუ ვივარაუდებთ, რომ ეს არის ბირთვული გენების მუტაციები, მაშინ ეს შეიძლება წარმოდგენილი იყოს 20 დამოუკიდებელ ლოკზე გაყოფის შედეგად. მუტანტის გაჩენა ერთდროული მუტაციით 20 ლოკუსში თითქმის წარმოუდგენელი მოვლენაა.

რ. რაიტმა და დ. ლედერბერგმა მოიპოვეს დამაჯერებელი მტკიცებულება, რომ ეს მუტანტები არ არიან ბირთვული. მათი ექსპერიმენტის დიზაინი ასეთი იყო. როდესაც საფუარის უჯრედები ერწყმის, ბირთვები მაშინვე არ ერწყმის და ამ მომენტში შესაძლებელია კვირტების დეპონირება, რომლებიც კვლავ შეიცავენ ჰაპლოიდურ ბირთვებს როგორც ერთი, ასევე მეორე მშობლისგან. ასეთი ჰაპლოიდური კვირტები სპონტანურად დიპლოიდირდება (A --> AA; a --> aa). თუ ერთი შტამი, მაგალითად, მუტაციით წვრილმანიაღინიშნება არგინინზე ზრდის შეუძლებლობა და მეორე - არა წვრილმანი, აღინიშნება ტრიპტოფანზე ზრდის შეუძლებლობა, შემდეგ ასეთი ჰიბრიდებიდან კვირტების შერჩევით, ვირჩევთ მშობლის შტამებს ბირთვულ გენებზე დაყრდნობით. რა ემართება ციტოპლაზმურებს? რ.რაიტის და დ.ლედერბერგის ექსპერიმენტის შედეგად გამოვლინდა შემდეგი. 91 კლონიდან ნაპოვნი იქნა 6 კლონი, რომლებსაც იგივე ბირთვი ჰქონდათ, რაც არაკლონებს. წვრილმანიმუტანტი, მაგრამ ფენოტიპი ტიპიურია წვრილმანი. შესაბამისად, ამ ფენოტიპს განსაზღვრავს არა ბირთვი, არამედ მისგან დამოუკიდებლად და ამ მუტაციას შეიძლება ეწოდოს არაბირთვული.

ბირთვული მუტაციები მოგვიანებით აღმოაჩინეს წვრილმანი. საერთო ჯამში, დაახლოებით 20 ასეთი მუტანტი აღმოაჩინეს, ყველა მათგანი ნორმალურად მენდელიზირებულია და ასკოსპორების შთამომავლები აძლევდნენ ნორმალურ გაყოფას 2:2, თუმცა ფენოტიპურად ისინი ძალიან ჰგვანან ციტოპლაზმურ მუტანტებს. ციტოპლაზმური გადაკვეთისას წვრილმანიბირთვულებთან, აღმოჩნდა, რომ ზიგოტები იძენენ ნორმალურად სუნთქვის უნარს, შემდეგ კი ხდება გაყოფა 2: ამრიგად, კომპლემენტაციის ტესტმა დაამტკიცა, რომ საქმე გვაქვს სხვადასხვა ლოკალიზაციის მუტანტებთან. ბირთვული და ციტოპლაზმური მუტანტების აღმოჩენამ დაქვეითებული მიტოქონდრიული ფუნქციით ასევე აჩვენა, რომ ამ ორგანელების ყველა ფუნქცია არ არის კოდირებული ციტოპლაზმური გენებით. ზოგიერთი მათგანი კოდირებს ბირთვულ გენებს.

შემდგომში ბ. ეფრუსიმ აღმოაჩინა სხვა მსგავსი ფენოტიპი, როგორც წვრილმანი, მაგრამ ამ მუტაციის მემკვიდრეობა სხვაგვარად მოხდა. მუტანტების გადაკვეთისას წვრილმანინორმალურ უჯრედებში ყველა შთამომავლობამ შეიძინა ნელა ზრდის თვისება და გაყოფა იყო 0:4. ციტოპლაზმური მუტანტების პირველ ტიპს, რომელიც წარმოშობდა მხოლოდ ნორმალურ შთამომავლობას, ამიტომ ეწოდა ნეიტრალური, ხოლო მეორეს, რომელიც წარმოქმნიდა მხოლოდ მუტანტებს, ეწოდა სუპრესიული, ანუ დომინანტი. წვრილმანი. სუპრესიულობა ამ შემთხვევაში ერთგვარი დომინირებაა. მაგრამ ეს არის განსაკუთრებული სახის დომინირება, როდესაც რეცესიული ალელი არა მხოლოდ იმალება ჰეტეროზიგოტში, ის უბრალოდ მთლიანად ქრება. მრავალრიცხოვანმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ დამთრგუნველი მუტანტები წვრილმანიასევე ციტოპლაზმურია, ვინაიდან მათი გარეგნობის გამომწვევი ფაქტორები ბირთვთან ერთად მემკვიდრეობით არ გადადის.

შემდგომმა მოლეკულურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ სუპრესიული მუტანტები წვრილმანინეიტრალურისგან განსხვავებით, მათ აქვთ უფრო მოკლე მიტოქონდრიული დნმ-ის მოლეკულები, რომლებიც შედგება თითქმის ექსკლუზიურად AT წყვილებისგან. სავარაუდოდ, სუპრესიული ეფექტი ეფუძნება ასეთი მიტოქონდრიული დნმ-ის უფრო სწრაფ გამრავლებას და, შედეგად, ნორმალური მიტოქონდრიული დნმ-ის გადაადგილებას.

ამრიგად, ციტოპლაზმურ მუტანტებში წვრილმანი მიტოქონდრიულ დნმ-ში არის ან შედარებით მცირე წაშლა (ნეიტრალური მუტანტები წვრილმანი), ან მიტოქონდრიული გენომის ტოტალური გადაწყობები - (სუპრესიული მუტანტები წვრილმანი).

გარდა ამისა, აღმოაჩინეს მუტანტები არასრული სუპრესიით, ე.ი. ნორმალური ტიპის ინდივიდების გარკვეული პროცენტის წარმოქმნის უნარი - 10, 20, 30 და თუნდაც დაახლოებით 50 პროცენტი.

აღმოჩნდა, რომ ჩახშობის ხარისხი დამოკიდებულია გარე გარემოზე - ტემპერატურაზე, სუბსტრატს და ა.შ. ბირთვული მუტანტები არ აჩვენებდნენ ასეთ დამოკიდებულებას, რამაც შესაძლებელი გახადა განასხვავოს არასრულად დამთრგუნველი ციტოპლაზმური წვრილმანიბირთვულიდან.

ქლამიდომონას ციტოპლაზმური ანტიბიოტიკორეზისტენტობის მუტანტების შესახებ მონაცემების მოპოვების შემდეგ, საფუარში დაიწყო ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობის მუტაციების მიღება. ასეთი მუტანტების რაოდენობაც ციტოპლაზმური აღმოჩნდა. შეჯვარებისას, მაგალითად, ერითრომიცინის მიმართ მგრძნობიარე ერითრომიცინის მიმართ ერსXერრ, ყველა შთამომავალი იყო ერითრომიცინისადმი მგრძნობიარე ერს(ანუ იგივე ველური ტიპი) და არ მომხდარა გაყოფა. იგივე შედეგი აჩვენა სხვა ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტულ მუტანტებს. ამასთან, თუ კვირტები შეირჩევა ზიგოტის წარმოქმნისთანავე, მაშინ მათ შორის შეიძლება აღმოჩნდეს მუტანტური ფენოტიპები.

დიჰიბრიდული გადაკვეთისას, ე.ი. ორი ციტოპლაზმური მუტანტის გადაკვეთისას, რომლებიც მგრძნობიარეა სხვადასხვა ანტიბიოტიკების მიმართ, მაგალითად, რეზისტენტული ქლორამფენიკოლის მიმართ, მაგრამ მგრძნობიარე ერითრომიცინის მიმართ მგრძნობიარე ქლორამფენიკოლის მიმართ, მაგრამ მდგრადია ერითრომიცინის მიმართ. CrER-ებიXCsERr, შთამომავლობაში ჭარბობდა მხოლოდ ერთი მშობლის ფენოტიპი - CrER-ები. ამავდროულად, განაყოფიერებისთანავე კვირტებიდან არჩევისას, აღმოჩენილი იქნა არა მხოლოდ ფენოტიპების მშობლების კლასები, არამედ რეკომბინანტებიც: CrERrდაCsER-ები, იმათ. მგრძნობიარე ან რეზისტენტული ორივე ანტიბიოტიკის მიმართ. რეკომბინანტების არსებობამ პირველად აჩვენა, რომ მიტოქონდრიულ გენებს შეუძლიათ რეკომბინირება ისე, როგორც ბირთვულს. ამავდროულად, ქლამიდომონასში პლასტიდური გენების რეკომბინაციის ექსპერიმენტებისგან განსხვავებით, საფუარში აღმოჩენილია რეკომბინაციის პოლარობა, ე.ი. რეკომბინანტული ფენოტიპების არათანაბარი რაოდენობა გადაკვეთის მიმართულებიდან გამომდინარე. რეკომბინაციის პოლარობა აიხსნება როგორც სპეციალური გენეტიკური სქესის ფაქტორის არსებობა მიტოქონდრიულ გენომში. ეს ფაქტორი დასახელდა როგორც u+ და u-. მშობელი ფორმა, რომელსაც აქვს ფაქტორი u+, ე.ი. ქალი მშობელი უზრუნველყოფს მისი მარკერების შეღავათიან გადაცემას (გადაცემის უფრო მაღალი სიხშირე). ამ მიტოქონდრიულ ფაქტორზე ერთსქესიანი მშობლების შეჯვარებისას არ შეინიშნება რეკომბინაციის პოლარობა და მიიღება რეკომბინანტების თანაბარი რაოდენობა. თავად მიტოქონდრიის სქესის ფაქტორი მემკვიდრეობით მიიღება ორგანიზმის სქესის მიუხედავად.

სინამდვილეში, აქვთ თუ არა სქესი ციტოპლაზმურ ორგანელებს - მიტოქონდრიებს ზოგადად მიღებული გაგებით? შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ის არსებობს, თუ დავიჯერებთ, რომ E. coli აქვს.

მაგრამ მთავარი ის იყო, რომ მიღებული მრავალი მუტაციის დახმარებით და მიტოქონდრიული გენების რეკომბინაციის გამოვლენით მათი რუკების დახატვა შესაძლებელი გახდა.

მუტაციების გადაკვეთის ექსპერიმენტებში, როგორიცაა წვრილმანიანტიბიოტიკორეზისტენტობის მუტაციებით, აღმოჩნდა, რომ სულ მცირე ყველა სუპრესიული მუტაცია წვრილმანიანტიბიოტიკორეზისტენტობის გენები იკარგება ჯვარედინად. დადასტურებულია, რომ ეს ხდება დამთრგუნველის გამო წვრილმანი აქვთ მიტოქონდრიული დნმ-ის დაზიანების ფართო უბნები და ამ შემთხვევაში რეკომბინაციის მოლოდინი უბრალოდ შეუძლებელია. როდესაც რესპირატორული უკმარისობის მუტაციები გამოწვეული იყო მუტანტებში, რომლებსაც რეზისტენტული აქვთ გარკვეული ანტიბიოტიკების მიმართ, აღმოჩნდა, რომ რეზისტენტობის მარკერები ზოგჯერ იკარგებოდა. რესპირატორული უკმარისობის მქონე მუტანტების წარმოებისას ანტიბიოტიკების მიმართ ორმაგი რეზისტენტობის მუტანტების გამოყენებით, როგორც თავდაპირველი ფორმა, მიღებულმა მუტანტებმა სუნთქვის უკმარისობით შეიძლება დაკარგონ ორივე რეზისტენტობის მარკერი ან მხოლოდ ერთი მათგანი. ეს ვარაუდობს, რომ რესპირატორული უკმარისობის მუტანტები წარმოადგენენ მიტოქონდრიული დნმ-ის წაშლის გარკვეულ ხარისხს და, შესაბამისად, ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიტოქონდრიული გენომის რუკებისთვის.

1952 წელს ნეიროსპორაში კ. მიტჩელმა აღმოაჩინა პირველი ნელა მზარდი მუტანტი, რომელსაც შემდგომში ეწოდა. MI-1 (ინგლისური "დედა მემკვიდრეობის" აბრევიატურა - დედობრივი მემკვიდრეობა). ამ მუტაციის მემკვიდრეობა მოხდა გადაკვეთის მიმართულებიდან გამომდინარე და ყველა შთამომავალი იყო იგივე ფენოტიპი, როგორც დედის ფორმა. ეს ალბათ იმიტომ ხდება, რომ ნეიროსპორაში მამრობითი გამეტი არ მონაწილეობს ციტოპლაზმაში განაყოფიერების დროს. ამ სპონტანურად წარმოქმნილი მუტაციის მიტოქონდრიებთან კავშირი მიუთითებდა არა მხოლოდ დედის მემკვიდრეობითა და ურთიერთჯვარედინების განსხვავებებით, არამედ იმითაც, რომ მათ არ ჰქონდათ ციტოქრომები. ადა ბელექტრონების გადაცემის სისტემაში.

შემდგომში მიღებულ იქნა ნეიროსპორას სხვა ნელა მზარდი შტამები, რომლებიც დაკავშირებულია მიტოქონდრიულ სუნთქვის უკმარისობასთან. ზოგიერთი მათგანი, მაგალითად, მუტანტებია MI-3 და MI-4, როგორც გაირკვა, ისინი მემკვიდრეობით მიიღეს ისევე, როგორც მუტანტს MI-1, ხოლო მეორე ნაწილი, მაგალითად, მუტანტები არიან S115და S117აჩვენა ნორმალური მენდელის მონოჰიბრიდული მემკვიდრეობა. ეს მოგვაგონებს სხვა მსგავს შემთხვევებს, როდესაც ორგანელების, ქლოროპლასტების და მიტოქონდრიების ფენოტიპი იცვლება ბირთვული და ციტოპლაზმური მუტაციების დროს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ორივე ციტოპლაზმური და ბირთვული გენეტიკური სისტემები ერთობლივად აკონტროლებენ მათ ფუნქციებს.

შემდგომში აღმოაჩინეს რამდენიმე სუპრესორული გენი, რომელთა დანერგვამ აღადგინა ზრდის ტემპი ნელა მზარდი მუტანტებში. საინტერესოა აღინიშნოს, რომ თითოეულმა ამ სუპრესორმა აღადგინა ზრდის ტემპი მხოლოდ ერთ მუტანტში. მაგალითად, სუპრესორული გენი ე.წ ვაღადგინა ციტოპლაზმური მუტანტის ზრდის ტემპი MI-1, მაგრამ არა სხვა ციტოპლაზმურ მუტანტში MI-3 ან MI-4, და არა ბირთვულ მუტანტებში S115და S117. სხვა სუპრესორებიც ანალოგიურად მოქმედებდნენ. თუ მრავალი თაობის შემდეგ სუპრესორული გენები ამოღებულია სოკოებიდან შეჯვარებით, მუტანტური ციტოპლაზმური ფენოტიპი კვლავ გამოჩნდება. ბირთვული და ციტოპლაზმური გენების მსგავსი ურთიერთქმედება შეიძლება შეინიშნოს მაღალ მცენარეებში, მაგალითად, ბევრ მცენარეში მამრობითი უნაყოფობის თვისების მემკვიდრეობის დროს.

ბირთვული და ციტოპლაზმური ნელა მზარდი მუტანტების ერთმანეთთან გადაკვეთისას ნაჩვენები იყო ბირთვული და ციტოპლაზმური გენების დამოუკიდებელი მემკვიდრეობა.

მაგალითად, x ველური ტიპის გადაკვეთისას (MI-1 xS115) შთამომავლობა F 1 (MI-1 xS115) იყო ფენოტიპურად ჰომოგენური - ყველა ინდივიდი ნელა იზრდებოდა და დაბრუნების ან საცდელი ჯვრების შთამომავლები იყო ველური x ტიპის (MI-1 xS115) აღარ შეიცავდა მუტაციებს MI-1 და გაიყო ბირთვული გენის გასწვრივ S-115 1:1 თანაფარდობით.

ციტოპლაზმური მუტანტების ერთმანეთთან გადაკვეთამ რაიმე ახალი შედეგი არ გამოიღო, ვინაიდან ციტოპლაზმური მუტანტები, ყოველ შემთხვევაში ნეიროსპორაში, სექსუალური რეპროდუქციის დროს ავლენენ მკაცრად დედობრივ მემკვიდრეობას. იმავდროულად, სხვადასხვა ციტოპლაზმური მუტანტები, თუმცა მათ ჰქონდათ პრინციპში ერთი და იგივე ფენოტიპი - ნელი ზრდა - მათ შორის ფენოტიპური განსხვავებები მაინც შეინიშნებოდა, რადგან მათ ჰქონდათ ნელი ზრდის სხვადასხვა ხარისხი. თუმცა, მკაცრი დედობრივი მემკვიდრეობა სქესობრივი გამრავლების დროს არ იძლეოდა ორი ციტოპლაზმური მუტაციის გაერთიანებას ციტოგეტში (ციტოპლაზმური ჰეტეროზიგოტი), რამაც შეუძლებელი გახადა ციტოპლაზმური გენების რეკომბინაცია და, შესაბამისად, მათი დახატვა.

ამ სიტუაციიდან გამოსავალი იქნა ნაპოვნი ნეიროსპორული ჰიფების შერწყმის გზით, რამაც შესაძლებელი გახადა სხვადასხვა ბირთვული და არაბირთვული გენომის ერთ უჯრედში გაერთიანება.

სხვადასხვა ციტოგეტების შექმნისას მიიღეს შემდეგი შედეგები:

MI-1 / ველური ტიპი -- ყველა შთამომავალი მხოლოდ ველური ტიპია;

MI-3 / ველური ტიპი - ველური ტიპის შთამომავლობის ნაწილი, ხოლო მეორე ნაწილი იზრდება მუტანტისთვის დამახასიათებელი სიჩქარით. MI-3;

MI-1 / MI-ზ-- ფენოტიპის მქონე შთამომავლების უმეტესობა MI-3 და ფენოტიპის მქონე შთამომავლების მცირე ნაწილი MI-1;

MI-1 / MI-4 -- თავდაპირველად ველური ტიპის ფენოტიპი, შემდეგ კი იყოფა ფენოტიპებად MI-1 და MI-4.

ამრიგად, ამ უკანასკნელ შემთხვევაში გამოვლინდა ციტოპლაზმური მუტაციების კომპლემენტაცია, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ეს მუტაციები მოხდა მიტოქონდრიული გენომის სხვადასხვა რეგიონში.

შემდგომში მიღებული იქნა ნეიროსპორას სხვა ციტოპლაზმური მუტაციები. ჰიფების შერწყმის და ციტოგეტების წარმოქმნის მეთოდმა შესაძლებელი გახადა სხვადასხვა რეკომბინანტების მოპოვების იმედი და ნეიროსპორას გენეტიკური რუქის შემდგომი აგება. თუმცა, ეს თავიდან აიცილა იმ ფაქტმა, რომ ნეიროსპორამ არ წარმოქმნა ციტოპლაზმური მუტაციების მრავალფეროვნება, როგორიცაა ქლამიდომონასი ან საფუარი.

შემდგომში, ნეიროსპორიდან მიღებული სხვადასხვა არაქრომოსომული მუტაციები შეისწავლეს მოლეკულური ბიოლოგიის მეთოდების გამოყენებით და შეძლეს ასოცირება მიტოქონდრიულ გენომთან.

სხვა Podospore სოკოში აღმოაჩინეს მუტაცია, რომელიც იწვევს ნაადრევი დაბერების ფენომენს. მუტანტებში კულტურის სიცოცხლისუნარიანობა თანდათან შემცირდა ხელახლა დათესვისას. ორმხრივი ჯვრებით დაზუსტდა დაბერების ფენომენის მემკვიდრეობის დედობრივი ბუნება. თუმცა, დედობრივი მემკვიდრეობა არასრული იყო. თვისება გადაეცემა როგორც სქესობრივი გზით, ასევე მიცელიას შეერთებით. გაყოფის არსებობა, თუმცა არარეგულარული, მიუთითებს თვისების მემკვიდრეობის კორპუსკულურ ბუნებაზე. საკმაოდ ბევრი კვლევა ჩატარდა იმის დასადასტურებლად, რომ ეს არ არის ინფექციური აგენტი, არამედ მიტოქონდრიული გენი. მიუხედავად იმისა, რომ სრული მოლეკულური მონაცემები ამჟამად არ არის ხელმისაწვდომი, უკვე ნათელია, რომ ეს ასევე არის მიტოქონდრიული გენომის მუტაციები. დაბერების გენის არსებობამ მიტოქონდრიულ გენომში მრავალი სპეკულაცია გამოიწვია გერონტოლოგიურ თემებზე და ზოგიერთი ექიმი თვლის, რომ ადამიანებში დაბერება დაკავშირებულია არა მხოლოდ მიტოქონდრიის ფუნქციების ცვლილებასთან, არამედ მათ გენომის ცვლილებებთან.

ადამიანებში გერონტოლოგიურ პროცესებსა და მიტოქონდრიულ დნმ-ში ცვლილებებს შორის კავშირის იდეის სპეკულაციური ბუნების მიუხედავად, ამას ადასტურებს ახალი მონაცემები ადამიანის მიტოქონდრიულ გენომში ცვალებადობის შესწავლის შესახებ.

უძველესი დროიდან ადამიანებში ცნობილია საკმაოდ დიდი რაოდენობით დაავადებები, რომლებიც მემკვიდრეობით გადაეცემა დედის ხაზით - დედიდან ყველა შთამომავალამდე. ეს დაავადებები საკმაოდ იშვიათია, ალბათ იმის გამო, რომ ისინი გადამდებია მხოლოდ მდედრობითი სქესის მიერ. გარდა ამისა, მიტოქონდრიულ დნმ-ში დიდი დელეციური ცვლილებები, რა თქმა უნდა, ყველაზე ხშირად იწვევს ან სიკვდილს ემბრიონულ პერიოდში ან რეპროდუქციული ფუნქციების დარღვევას. ნებისმიერ შემთხვევაში, ისინი ეფექტურად ანადგურებენ ბუნებრივ გადარჩევას.

ფორმალური გენეტიკური მიდგომა, რომელიც საკმაოდ კარგად იყო გამოყენებული ციტოპლაზმური გენების შესწავლაში სამოდელო ობიექტებში (ქლამიდომონა, საფუარი და ა. მემკვიდრეობის ანალიზიდან ირკვევა, რომ ასეთი მემკვიდრეობითი დაავადებები ჯერ კიდევ არსებობს.

მხედველობის ნერვის ატროფიის (ლებერის დაავადება ან მემკვიდრეობითი მხედველობის ნეიროპათია) ცნობილი სინდრომის გარდა, არსებობს სხვა დაავადებები, რომლებიც მემკვიდრეობით მიიღება ექსტრაბირთვული გზით. ეს დაავადებები, უპირველეს ყოვლისა, დაკავშირებულია კუნთების, ტვინის, გულის, ენდოკრინული სისტემების დისფუნქციასთან და დაკავშირებულია გარკვეულ ორგანოებში არასაკმარისად აქტიურ მიტოქონდრიულ ფუნქციასთან. არსებობს დიაბეტის მიტოქონდრიული ფორმაც კი.

მხოლოდ მოლეკულური მეთოდების დახმარებით იყო შესაძლებელი ამ დაავადებების ბუნების დადგენა. ლებერის დაავადების მქონე სხვადასხვა ოჯახების კვლევამ აჩვენა, რომ სხვადასხვა შემთხვევაში არსებობს მუტაციები მიტოქონდრიული გენომის სხვადასხვა ნაწილში.

ყველაზე ხშირად, მემკვიდრეობითი ციტოპლაზმური დაავადებების მქონე ოჯახები ავლენენ ჰეტეროპლაზმას და დედებს აქვთ როგორც ნორმალური, ასევე მუტანტური მიტოქონდრიული დნმ, რის შედეგადაც შთამომავლები არიან როგორც მუტანტური, ასევე ნორმალური პლაზმატიპებით.

ადამიანის ასაკსა და მიტოქონდრიულ დნმ-ს შორის კავშირი ასევე ნაჩვენებია მოლეკულური ბიოლოგიის ტექნიკის გამოყენებით. მიტოქონდრიული დნმ-ის კვლევებმა სხვადასხვა ასაკის ადამიანებში აჩვენა, რომ ხანდაზმულ ადამიანებში მუტანტური მიტოქონდრიული დნმ-ის პროცენტული მაჩვენებელი ტვინისა და გულის უჯრედებში სწრაფად იზრდება. გარდა ამისა, ზოგიერთი მემკვიდრეობითი სინდრომის კვლევებმა აჩვენა, რომ მათთან ერთად პაციენტებს ასევე აქვთ მიტოქონდრიული დნმ-ის მუტაციების გაზრდილი სიხშირე, რაც შესაძლოა სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირების მიზეზი იყოს.

გარდა მიტოქონდრიული გენომის მუტაციებისა, რომლებიც იწვევს სხეულის სერიოზულ პათოლოგიებს, აღმოჩენილია მიტოქონდრიული გენომის მრავალი საკმაოდ ნეიტრალური მუტაცია ადამიანის რასის სხვადასხვა პოპულაციაში. ათასობით ადამიანის ეს ვრცელი კვლევები ყველა კონტინენტიდან ხელს უწყობს ადამიანის წარმოშობისა და ევოლუციის აღდგენას. ადამიანის მიტოქონდრიული დნმ-ის მაიმუნების (გორილა, ორანგუტანი, შიმპანზე) შედარებით და თუ ვივარაუდებთ, რომ ადამიანისა და მაიმუნების განსხვავება მოხდა დაახლოებით 13 მილიონი წლის წინ, შესაძლებელია გამოვთვალოთ წლების რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ერთი ბაზის წყვილის შესაცვლელად. შემდგომში, მიტოქონდრიული დნმ-ის განსხვავებულობის შედარებით ადამიანთა სხვადასხვა რასაში, შესაძლებელი გახდა პირველი ქალის, შეიძლება ითქვას ევას დაბადების ადგილის და სხვადასხვა კონტინენტზე ადამიანის დასახლების დროის დადგენა (ნახ. 3).

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru/

ბრინჯი. 3 ადამიანის დასახლება, დ.უოლესის მიხედვით, მიტოქონდრიული დნმ-ის ცვალებადობის ანალიზზე დაყრდნობით. ციფრები მიუთითებს ამ ტერიტორიის დასახლების დროზე ათასობით წლის წინ.

ვინაიდან ყველაზე ცვალებადი მიტოქონდრიული დნმ აღმოაჩინეს აფრიკის აბორიგენებს შორის, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ადამიანის რასის "წინა დედა" აფრიკელი ქალი იყო. ეს მოხდა დაახლოებით 100 000 წლის წინ. დაახლოებით 70 000 წლის წინ ადამიანებმა დაიწყეს ცენტრალური აზიის დასახლება ახლო აღმოსავლეთისა და საუდის არაბეთის გავლით და ცოტა მოგვიანებით სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიაში, ინდონეზიასა და ავსტრალიაში. დაახლოებით 50 000 წლის წინ ევროპაში ხალხი გაჩნდა. იმავე მონაცემებმა აჩვენა, რომ ამერიკის კონტინენტის დასახლება ორ ეტაპად მოხდა: ჯერ 30000 წლის წინ ბერენგიის გავლით (მიწა, რომელიც იმ დროს არსებობდა ამერიკასა და აზიას აკავშირებდა) ჩრდილოეთიდან ამერიკის კონტინენტის ძალიან სამხრეთამდე, შემდეგ კი 8000. წლების წინ ასევე ჩრდილო-აღმოსავლეთ აზიიდან აღმოსავლეთ ჩრდილოეთ ამერიკამდე. წყნარი ოკეანის კუნძულებზე დასახლებულები შედარებით ცოტა ხნის წინ გამოჩნდნენ - რამდენიმე ათასი წლის წინ.

აღსანიშნავია, რომ ეს მონაცემები, მიტოქონდრიული დნმ-ის შედარებითი ანალიზის საფუძველზე, საკმაოდ კარგად შეესაბამება როგორც არქეოლოგიურ მონაცემებს, ასევე ლინგვისტურ ანალიზს.

მიტოქონდრიული დნმ-ის გამოყენება კაცობრიობის ისტორიის გასაანალიზებლად შესაძლებელი გახდა, რადგან მიტოქონდრიული გენომი შედარებით მცირე ზომისაა, მემკვიდრეობით მიიღება ექსკლუზიურად დედის ხაზით და, ბირთვული გენებისგან განსხვავებით, არ აერთიანებს.

მიტოქონდრიული გენომი

მიტოქონდრია გვხვდება არა მხოლოდ მცენარეულ უჯრედებში, არამედ ცხოველთა და სოკოვან უჯრედებში. ეს ორგანელები უფრო მრავალმხრივია ვიდრე პლასტიდები. დნმ მიტოქონდრიაში პირველად აღმოაჩინეს 1963 წელს (მ. ნაასი) პლასტიდებში დნმ-ის აღმოჩენისთანავე. ევკარიოტების სამივე სამეფოში მიტოქონდრიების ფუნქციებისა და სტრუქტურის მსგავსების მიუხედავად, მათი გენეტიკური ორგანიზაცია საკმაოდ განსხვავებულია, ამიტომ ამ სამეფოებში მიტოქონდრიული გენომის ორგანიზაცია ჩვეულებრივ განიხილება ცალკე, რაც განსაზღვრავს გენომის ორგანიზაციის საერთო მახასიათებლებს.

მიტოქონდრიული დნმ-ის ფიზიკურ-ქიმიური შემადგენლობა განსხვავებულია სხვადასხვა სამეფოში. მცენარეებში ის საკმაოდ მუდმივია: დნმ-ის 45-დან 47%-მდე შედგება GC წყვილებისგან. ცხოველებსა და სოკოებში ის უფრო მნიშვნელოვნად განსხვავდება: HC წყვილების 21-დან 50%-მდე.

მრავალუჯრედიან ცხოველებში მიტოქონდრიული გენომის ზომა მერყეობს 14,5-დან 19,5 კბ-მდე. პრაქტიკაში, ის ყოველთვის ერთი წრიული დნმ-ის მოლეკულაა. მაგალითად, ადამიანის მიტოქონდრიული დნმ არის წრიული მოლეკულა, რომელიც ზომავს 16569 ნუკლეოტიდურ წყვილს. ეს ზომა შეიძლება გამოიხატოს სხვა ერთეულებში - მოლეკულური წონის სახით - 10 6 დალტონი ან მოლეკულური კონტურის სიგრძის სახით - 5 მიკრონი. ამ მოლეკულის პირველადი სტრუქტურა სრულად არის განსაზღვრული. მიტოქონდრია შეიცავს საკუთარ მთარგმნელობით აპარატს - ე.ი. საკუთარი 70S რიბოზომები, ქლოროპლასტების ან პროკარიოტულის მსგავსი და შედგება ორი ქვედანაყოფისგან, საკუთარი მესინჯერი რნმ-ისგან, აუცილებელი ფერმენტებისგან და ცილოვანი ფაქტორებისგან. მათი გენომი აკოდირებს 12S და 16S რიბოსომურ რნმ-ებს, ასევე 22 გადამტან რნმ-ს. გარდა ამისა, მიტოქონდრიული დნმ კოდირებს 13 პოლიპეპტიდს, რომელთაგან 12 გამოვლენილია. ყველა კოდირების თანმიმდევრობა მდებარეობს უშუალოდ ერთმანეთის გვერდით. უკიდურეს შემთხვევაში, ისინი გამოყოფილია მხოლოდ რამდენიმე ნუკლეოტიდით. არაკოდირების მიმდევრობები, ე.ი. არა ინტრონები. კოდირების თანმიმდევრობის შემდეგ თითქმის ყოველთვის არის გადაცემის რნმ გენი. მაგალითად, თანმიმდევრობა ასეთია: ფენილალანინის გადაცემის რნმ - 12S რიბოსომური რნმ გენი - ვალინის გადაცემის რნმ - 16S რიბოსომური რნმ გენი - ლეიცინის გადაცემის რნმ და ა.შ. ეს რიგი დამახასიათებელია არა მხოლოდ ადამიანის მიტოქონდრიისთვის, ის ძალზე კონსერვატიული და დამახასიათებელია ყველა ცხოველისთვის: ხილის ბუზები, ხარები, თაგვები, ფრინველები, ქვეწარმავლები და სხვა ცხოველები.

გენების უმეტესობა განლაგებულია მძიმე ჯაჭვში, არსებობს მხოლოდ რვა სატრანსპორტო რნმ-ის გენები და ერთი სტრუქტურული გენი. ამრიგად, ყველა სხვა გენომისგან განსხვავებით, მიტოქონდრიულ გენომში ორივე ჯაჭვი მნიშვნელოვნებულია.

მიუხედავად იმისა, რომ ცხოველთა მიტოქონდრიებში გენების თანმიმდევრობა იგივეა, აღმოჩნდა, რომ თავად გენებს განსხვავებული კონსერვაცია აქვთ. ყველაზე ცვალებადია რეპლიკაციის წარმოშობის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა და რიგი სტრუქტურული გენები. ყველაზე დაკონსერვებული თანმიმდევრობები განლაგებულია რიბოსომური რნმ გენებში და ზოგიერთ სტრუქტურულ გენში, მათ შორის ATPase კოდირების თანმიმდევრობა.

უნდა აღინიშნოს, რომ გენეტიკური კოდის უნივერსალურობა დარღვეულია მიტოქონდრიულ გენომში. მაგალითად, ადამიანის მიტოქონდრია იყენებს AUA ტრიპლეტს, როგორც მეთიონინის კოდონს და არა იზოლეიცინს, როგორც ყველა სხვა, და UGA ტრიპლეტს, რომელიც გამოიყენება სტანდარტულ გენეტიკურ ლექსიკონში, როგორც გაჩერების კოდონი, აკოდებს ტრიპტოფანს მიტოქონდრიაში.

ზოგადად, ადამიანის მიტოქონდრიული დნმ ჰგავს სხვა ძუძუმწოვრებს: თაგვებსა და ხარებს. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი შორს არიან მჭიდროდ დაკავშირებული სახეობებისგან, მათი მიტოქონდრიული დნმ-ის ზომები საკმაოდ ახლოსაა ერთმანეთთან: 16,569; 16295; და 16,338 ბაზის წყვილი, შესაბამისად. გადაცემის რნმ-ის გენები იზიარებენ გარკვეული გრძნობის გენებს. სტრუქტურული გენებიდან ყველაზე მნიშვნელოვანია ციტოქრომ ოქსიდაზას, NADH დეჰიდროგენაზას, ციტოქრომ C ოქსიდორედუქტაზას და ატფ სინთეტაზას გენები (ნახ. 4).

ადამიანის მიტოქონდრიული გენომის რუკა, გენების გარდა, ასევე აჩვენებს ადამიანის ხუთ ცნობილ დაავადებას, რომლებიც მემკვიდრეობით მიიღება დედის ხაზით და გამოწვეულია მიტოქონდრიის გენომის მუტაციებით.

მაგალითად, ლებერის დაავადება - ოპტიკური ატროფია - გამოწვეულია NADH დეჰიდროგენაზას გენის მუტაციით. იგივე დაავადება ასევე შეიძლება გამოწვეული იყოს ციტოქრომის გენის მუტაციით ბდა სხვა ლოკუსები. საერთო ჯამში, ცნობილია ოთხი ადგილის დარღვევა და შეიძლება გამოიწვიოს იგივე მუტანტის ფენოტიპი. გარდა ამისა, იმავე რუკაზე ნაჩვენებია კიდევ ოთხი დაავადება, რომლებიც დაკავშირებულია თავის ტვინის, კუნთების, გულის, თირკმელების და ღვიძლის დეფექტებთან. ყველა ეს დაავადება მემკვიდრეობით მიიღება დედის ხაზით და თუ დედას აქვს არა მხოლოდ დეფექტური, არამედ ნორმალური მიტოქონდრიული დნმ და მიტოქონდრია, მაშინ ხდება მუტანტური და ნორმალური ორგანელების დახარისხება და შთამომავლობას შეიძლება ჰქონდეს ორივე ორგანელა სხვადასხვა პროპორციით. ასევე შეიძლება დაფიქსირდეს სომატური გაყოფა, როდესაც სხეულის ცალკეულ ნაწილებს არ აქვთ ეს დეფექტები.

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru/

ბრინჯი. 4 ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიული გენომის სტრუქტურა, რომელიც დაფუძნებულია ადამიანის, თაგვისა და მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიული დნმ-ის სრულ თანმიმდევრობაზე

ამრიგად, ცხოველთა მცირე მიტოქონდრიულ გენომს შეუძლია სხეულის უაღრესად მნიშვნელოვანი ფუნქციების კოდირება და დიდწილად განსაზღვროს მისი ნორმალური განვითარება.

პლასტიდის გენომის მსგავსად, მიტოქონდრიული გენომი კოდირებს მიტოქონდრიული პოლიპეპტიდების მხოლოდ ნაწილს (ცხრილი 1) და შეინიშნება ორმაგი კოდირების ფენომენი. მაგალითად, ATPase კომპლექსის ზოგიერთი ქვედანაყოფი დაშიფრულია ბირთვით, ხოლო მეორე ნაწილი დაშიფრულია მიტოქონდრიული გენომით. რიბოსომული მიოქონდრიული რნმ-ების და ცილების მაკოდირებელი გენების უმეტესობა, აგრეთვე ტრანსკრიფციული და ტრანსლაციის ფერმენტები, კოდირებულია უჯრედის ბირთვით.

ცხრილი 1

ცხოველთა მიტოქონდრიული დნმ გენები

მიტოქონდრიის გენომის ნეიროსპორა მეზოფილი

ცხოველის გენომი:

1. mtDNA-ზე გენების კომპაქტური განლაგება;

გენებში ინტრონების არარსებობა;

3. არაკოდირების რეგიონების არარსებობა mtDNA-ში, გარდა ORI რეგიონებისა;

4. tRNA გენების მდებარეობა სხვა გენებს შორის;

5. გენომის ზომისა და გენების განლაგების მაღალი მსგავსება სხვადასხვა სახეობებში;

6. ერთი ORI-ის არსებობა mtDNA-ს თითოეული ჯაჭვისთვის;

7. ორივე ჯაჭვის სიმეტრიული ტრანსკრიფცია;

8. პრინციპში, ერთი ტრანსკრიფციის დაწყების რეგიონის არსებობა დნმ-ის თითოეული ჯაჭვისთვის;

9. mRNA-ში 5/- და 3/- ტერმინალური არაკოდირების თანმიმდევრობების არარსებობა;

10. mRNA-ს მომწიფება პირველადი ტრანსკრიპტის tRNA თანმიმდევრობებად დაშლის შედეგად.

სოკოებში, მიტოქონდრიული გენომის ზომა საშუალოდ გაცილებით დიდია და მერყეობს 17,3-დან 101 კბ-მდე. უფრო მეტიც, მთავარი, როგორც წესი, წრიული დნმ-ის მოლეკულის გარდა, გვხვდება ერთიდან 4-მდე პლაზმიდის მსგავსი წრიული ან ხაზოვანი მოლეკულა, ზომით 1-დან 13 კბ-მდე. საფუარში მიტოქონდრიული გენომის ზომა განსხვავდება არა მხოლოდ სხვადასხვა სახეობებში, არამედ სხვადასხვა შტამებს შორისაც კი. სოკოებში მიტოქონდრიულ გენომში მნიშვნელოვანი განსხვავებების ძირითადი მიზეზებია ინტრონების არსებობა ან არარსებობა. მაგალითად, საფუარის სხვადასხვა სახეობაში, მიტოქონდრიული დნმ-ის ზომა მერყეობს 57-დან 85 კბ-მდე.

სხვადასხვა ზომის კლასების ინტრონებისა და მიტოქონდრიული დნმ-ის მოლეკულების არსებობა ყველაზე დამახასიათებელი თვისებაა, რაც განასხვავებს სოკოვან მიტოქონდრიას ცხოველური მიტოქონდრიისგან. ინტრონები არღვევენ ბევრ თანმიმდევრობას - რიბოსომური რნმ გენები, ზოგიერთი სტრუქტურული ცილის გენები, რომლებიც აკოდირებენ მიტოქონდრიულ ფერმენტებს. ინტრონების უმეტესობის არსებობა არ არის აუცილებელი მიტოქონდრიის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. ხელოვნურად შეიქმნა საფუარის შტამები, რომლებიც სრულიად მოკლებულია მიტოქონდრიულ ინტრონებს.

საფუარის მიტოქონდრიული დნმ-ის მრავალი ინტრონი შეიცავს ღია წაკითხვის ჩარჩოებს, რომლებიც კოდირებენ მუტურაზებს, რომლებიც მონაწილეობენ შეჯვარებაში, ხოლო სხვა ინტრონები შეიცავს ენდონუკლეაზების და საპირისპირო ტრანსკრიპტაზების კოდირებულ თანმიმდევრობას.

ცხოველების მიტოქონდრიულ დნმ-ში ნაპოვნი ყველა გენი სოკოებშიც არის. გარდა ამისა, სოკოებში აღმოაჩინეს სხვა გენები: მათ აქვთ tRNA გენების უფრო დიდი რაოდენობა, ნაპოვნი იქნა ATPase კომპლექსის მე-6, მე-8 და მე-9 ქვედანაყოფის გენები, მრავალი ახალი სტრუქტურული გენი და უცნობი ფუნქციის მქონე გენები ( ცხრილი 2).

მაგიდა 2

საფუარის მიტოქონდრიული დნმ გენები

საფუარის მიტოქონდრიულ დნმ-ში აღმოჩნდა მხოლოდ 2 რიბოსომური რნმ გენი და მხოლოდ 1 რიბოსომური ცილის გენი. ეს ცილა მდებარეობს რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფში. რიბოსომული ცილის გენი საკმაოდ ცვალებადია ზომით სხვადასხვა შტამებს შორისაც კი, რის გამოც მიიღო სახელი ცვლადი ( ვარლ). მიტოქონდრიული რიბოზომების დარჩენილი ცილები და რნმ დაშიფრულია ბირთვული გენებით. 24 გადამტანი რნმ გენი უზრუნველყოფს ყველა ამინომჟავის ტრანსპორტირებას ცილის სინთეზის ადგილზე და მხოლოდ ერთი გადამტანი რნმ, რომელიც ახორციელებს ლიზინს, იმპორტირებულია ციტოპლაზმიდან და კოდირებულია ბირთვით. საფუარის მიტოქონდრიის ყველა გადამტანი რნმ დაშიფრულია ერთი და იგივე დნმ-ის ჯაჭვით და მხოლოდ ერთი მათგანი კოდირებულია საპირისპირო ჯაჭვით. არცერთ სატრანსპორტო დნმ გენს არ აქვს ინტრონები. ციტოქრომ b პროტეინის გენებს და ციტოქრომ C ციტოგენებს შეიძლება ჰქონდეთ მრავალი ინტრონი - 5-დან 9-მდე.

წარმოდგენილი მონაცემებიდან გამომდინარეობს, რომ საფუარის მიტოქონდრიული გენომის მიერ კოდირებული სტრუქტურული ცილები აშკარად არასაკმარისია ამ ორგანელების ფუნქციონირებისთვის და მათი უმეტესობა დაშიფრულია ბირთვული გენომით.

მიტოქონდრიის ორგანიზაციისა და გამოხატვის დამახასიათებელი ნიშნებისოკოს გენომი:

1. სხვადასხვა სახეობებში მიტოქონდრიული გენების კომპლექტებისა და განლაგების მნიშვნელოვანი მრავალფეროვნება;

გენეტიკური მასალის ორგანიზების გზების მრავალფეროვნება - გენომის კომპაქტური ორგანიზაციიდან გენების თავისუფალ განაწილებამდე mtDNA-ს გასწვრივ გენებს შორის გაფართოებული არაკოდირების თანმიმდევრობით;

3. რიგი გენების მოზაიკური სტრუქტურა;

4. მნიშვნელოვანი ინტრასპეციფიკური ვარიაციები mtDNA ზომაში, რომელიც დაკავშირებულია „სურვილისამებრ“ ინტრონების არსებობასთან;

5. mtDNA ცალკეული სეგმენტების ამოკვეთა და გაძლიერების უნარი დეფექტური მიტოქონდრიული გენომის წარმოქმნით;

6. ერთი ან მეტი ORI-ის არსებობა, რომელთაგან თითოეულში რეპლიკაცია იწყება ორმხრივად;

7. ყველა მიტოქონდრიული გენის მდებარეობა mtDNA-ს ერთ ჯაჭვზე და mtDNA-ს ასიმეტრიული ტრანსკრიფცია;

8. mtDNA ტრანსკრიფციის ერთეულების სიმრავლე;

9. სხვადასხვა სახის სიგნალები პირველადი ტრანსკრიპტების დასამუშავებლად, რომლებიც შეიძლება იყოს ან tRNA ან სხვა ტიპის ოლიგონუკლეოტიდური ბლოკები - სახეობების მიხედვით;

10. უმეტეს შემთხვევაში, mRNAs შეიცავს გაფართოებულ ტერმინალურ არაკოდირებულ თანმიმდევრობებს.

მიტოქონდრიული გენომის ყველაზე რთული ორგანიზაცია მაღალ მცენარეებშია. მათი მიტოქონდრიული გენომი არის ზეხვეული ორჯაჭვიანი წრიული და/ან ხაზოვანი მოლეკულების ერთობლიობა. ყველა მიტოქონდრიული გენომის თანმიმდევრობა შეიძლება იყოს ორგანიზებული ერთ დიდ წრიულ "ქრომოსომად" და მიტოქონდრიული დნმ-ის სხვადასხვა ზომის კლასები, სავარაუდოდ, რეკომბინაციის პროცესების შედეგია. ისპანახზე მაინც, ორი გვარის სახეობა ბრასიკადა რაფანუს, შაქრის ჭარხალი და ხორბალი, ნაჩვენებია, რომ მიტოქონდრიული გენომის ასეთი დისპერსიის მიზეზი არის მიტოქონდრიული დნმ-ის ჰომოლოგიური უბნების რეკომბინაცია. პირდაპირ ორიენტირებული გამეორებების ორი ან სამი ოჯახის არსებობის გამო, 1-დან 14 კბ-მდე ზომით, მიტოქონდრიულ დნმ-ის მოლეკულებს შეუძლიათ აქტიური ინტერ- და ინტრაგენომიური გადანაწილება. ასეთი გადაწყობის შედეგად, მიტოქონდრიული დნმ შეიძლება იყოს წარმოდგენილი სხვადასხვა ზომის კლასის მოლეკულების სახით.

ასე, მაგალითად, ჯვარცმულში ბრასიკა campestris მიტოქონდრიული დნმ წარმოდგენილია სამი ტიპის წრიული მოლეკულების სახით. პირველი ტიპი შეიცავს სრულ გენომს - 218 კბ, მეორე - 135 და მესამე - 83 კბ. ქვეგენომიური რგოლები წარმოიქმნება გენომიური რგოლების რეკომბინაციის შედეგად, რომლებსაც აქვთ 2 კბ სიგრძის პირდაპირი გამეორებების წყვილი.

ხორბალში, მიტოქონდრიული გენომის ზომა გაცილებით დიდია - 430 კბ და არის 10-ზე მეტი პირდაპირი რეკომბინაციის გამეორება, რის შედეგადაც ელექტრონული მიკროსკოპული დაკვირვების დროს შესაძლებელია სხვადასხვა ზომის მრავალი რგოლის ნახვა, მაგრამ არავის დაუკვირვებია. ერთი დიდი წრიული მოლეკულა, შესაძლოა, ამ მდგომარეობაში, ხორბლის მიტოქონდრიული გენომი არასოდეს არსებობს. მარშანტიაში ხავსი და სხვა ჯვარცმული ბრასიკა ჰირტაარ არსებობს პირდაპირი რეკომბინაციის გამეორებები და, ალბათ, ამიტომაა, რომ მიტოქონდრიული დნმ არის იმავე ზომის კლასის წრიული მოლეკულების სახით. თუმცა, უმაღლესი მცენარეების მიტოქონდრიული დნმ-ისთვის ეს გამონაკლისია და არა წესი. უმაღლეს მცენარეთა უმეტესობაში, მიტოქონდრიული გენომი შეიცავს როგორც რეკომბინაციის გამეორებებს, ასევე სხვადასხვა ზომის კლასების მიტოქონდრიულ დნმ-ის მოლეკულებს.

ერთი და იგივე ზომის კლასის მოლეკულების რაოდენობა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მცენარის სხვადასხვა ქსოვილებში, რაც დამოკიდებულია მცენარის მდგომარეობასა და გარემო პირობებზე. მცენარის გაშენებისას აღინიშნა სხვადასხვა ზომის კლასის მიტოქონდრიული დნმ-ის მოლეკულების რიცხვითი შეფარდების ცვლილება. in vivoდა in ვიტრო. შესაძლოა, სხვადასხვა ზომის კლასების მოლეკულებს შორის რიცხვითი ურთიერთობების ცვლილებები ასახავს მცენარეების ადაპტირებას სასურველი გენების გაძლიერების გზით.

გარდა ამისა, მიტოქონდრიული გენომი შეიძლება შეიცავდეს პლაზმიდებს, როგორც წრფივ, ისე წრიულ, როგორც დნმ-ის, ასევე რნმ-ის თანმიმდევრობით, ზომით 1-დან 30 კბ-მდე. მიტოქონდრიული პლაზმიდები, სავარაუდოდ, წარმოიქმნება სხვა უჯრედული გენომებიდან ან თუნდაც სხვა ორგანიზმებიდან. ზოგჯერ მათი არსებობა ან არარსებობა შეიძლება დაკავშირებული იყოს მცენარეების ციტოპლაზმურ მამრობითი სტერილურობასთან, მაგრამ, თუმცა, არა ყოველთვის. პლაზმიდები ზოგიერთ სახეობაშია, მაგრამ სტერილობა არ შეინიშნება. სულ მცირე ერთ შემთხვევაში, ნათლად იყო დემონსტრირება, რომ სიმინდის ეგრეთ წოდებული S-ტიპის სიმინდის სტერილობის მქონე ხაზების მიტოქონდრიაში, აღმოჩნდა კორელაცია პლაზმიდის მსგავსი მიტოქონდრიული დნმ-ის არსებობასა და ციტოპლაზმური მამრის ფენომენის გამოვლინებას შორის. სტერილობა. აღინიშნა მიტოქონდრიული პლაზმიდების უნარი ინტეგრირდნენ როგორც მიტოქონდრიულ გენომში, ასევე ბირთვულ ქრომოსომებში. თუმცა, სხვა შემთხვევებში, პლაზმური დნმ-ის არსებობა ყოველთვის არ იწვევს მტვრის სტერილურობას.

მცენარეების მიტოქონდრიული გენომის ზომა ყველაზე ცვალებადია - 200-დან 2500 კბ-მდე. უმაღლესი მცენარეების მიტოქონდრიული გენომის ზომა უფრო დიდია, ვიდრე მათი ქლოროპლასტის გენომის ზომა.

მიტოქონდრიული გენომის ზომის მნიშვნელოვანი ცვალებადობა მცენარის მიტოქონდრიული გენომის მეორე მახასიათებელია. გენომი არა მხოლოდ ძალიან დიდია, არამედ შეიძლება იყოს განსხვავებული, თუნდაც მჭიდროდ მონათესავე სახეობებს შორის, და ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება შეინიშნოს დაბალი ცვალებადობა - გვარის სახეობები ბრასიკა, სხვებში ის ძალიან დიდია. ყველაზე დიდი ზომის ცვალებადობა შეინიშნება გოგრის მცენარეებში. ამ ოჯახის შიგნით, მიტოქონდრიული გენომის ზომა ყველაზე ცვალებადია - 330 კბ-დან. საზამთროში 2500 კბ-მდე. ნესვზე. ამრიგად, მიტოქონდრიული დნმ-ის წილი მცენარის გენომის მთლიან მოცულობაში ასევე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს - დაახლოებით 1% მცენარეთა უმეტესობაში, 15% -მდე ნესვის ჰიპოკოტილურ უჯრედებში.

სხვადასხვა მიზეზით ცდილობდნენ აეხსნათ დიდი მიტოქონდრიული გენომის არსებობა.

მიტოქონდრიის ფუნქციონირებისთვის აუცილებელი დამატებითი გენების ან სპეციალური თანმიმდევრობების არსებობა.

დნმ-ის არსებობა, რომელსაც მცენარე იყენებს, მაგრამ არა როგორც კოდირება, არამედ სხვა ფუნქციისთვის.

დნმ-ს, რომელიც არ გამოიყენება მიტოქონდრიული ფუნქციონირებისთვის, ეწოდება "ეგოისტურ" დნმ.

როგორც ჩანს, მიტოქონდრიული გენომის ზომის გაზრდის კიდევ ერთი შესაძლებლობა არსებობს - ეს არის ბირთვული და ქლოროპლასტის დნმ-ის ჰომოლოგიური თანმიმდევრობები. ბირთვული დნმ-ის ჰომოლოგიური თანმიმდევრობები, მაგალითად, Arabidopsis-ში შეადგენს მიტოქონდრიული გენომის 5%-მდე. თავდაპირველად, ქლოროპლასტის გენომის თანმიმდევრობა, რომელიც ჩართული იყო მიტოქონდრიულ გენომში, აღმოაჩინეს სიმინდის შემადგენლობაში. იგი მოიცავდა დაახლოებით 14 კბ რეგიონს, რომელიც შეიცავს შეცვლილ ქლოროპლასტის 16S-რიბოსომული რნმ გენებს და დიდი ქვედანაყოფის RDPK/O რეგიონს. შემდგომში, ქლოროპლასტების ჩასმა აღმოაჩინეს მრავალი უმაღლესი მცენარის სახეობის მიტოქონდრიულ გენომში. როგორც წესი, ისინი შეადგენენ მიტოქონდრიული თანმიმდევრობების 1-2%-ს და მოიცავს სამ ძირითად თანმიმდევრობას.

თანმიმდევრობა 12 კბ სიგრძისაა. ქლოროპლასტის დნმ-ის საპირისპირო გამეორებიდან. ის შეიცავს მიმდევრობებს ოთხი გადამტანი რნმ-ის 3" ეგზონისთვის და მე-16 რიგისთვის სრიბოსომული რნმ.

1.9-დან 2.7 კბ-მდე თანმიმდევრობა, რომელიც მთლიანად კოდირებს რუბისკოს დიდ ქვედანაყოფს.

თანმიმდევრობა არა უმეტეს 2 კბ. ქლოროპლასტის გენომში ეს რეგიონი აკოდირებს 23S რიბოსომური რნმ-ის, 4.5S და 5S rRNA-ს 3" ბოლოს, ასევე სამ გადამტან რნმ-ს. ყველა ქლოროპლასტის გენომის თანმიმდევრობიდან, რომლებიც გვხვდება მცენარის მიტოქონდრიულ გენომში, მხოლოდ გადამტანი რნმ. თანმიმდევრობები რეალურად გადაიწერება.

ვინაიდან იგივე ქლოროპლასტების თანმიმდევრობა წარმოდგენილია მრავალი მცენარეული სახეობის მიტოქონდრიულ გენომში, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მათ აქვთ გარკვეული ფუნქციური მნიშვნელობა. ამასთან, მათი როლი, გადაცემის მექანიზმი და ამ გადაცემის დრო უცნობი რჩება. მოხდა თუ არა ეს გადაცემა ევკარიოტული უჯრედის ფორმირების ევოლუციის შორეულ დროს, თუ ქლოროპლასტების შეყვანის არსებობა მიტოქონდრიულ გენომში მიუთითებს იმაზე, რომ ეს არის ორგანელებს შორის ინფორმაციის გაცვლის ნორმალური პროცესი, რომელიც ახლა ხდება, თუ ასე ხდება. პერიოდულად ხდება კონკრეტული სახეობებისა და მცენარეების გვარების ჩამოყალიბების შედარებით ბოლო ევოლუციურ დროს?

გარდა ამისა, მიტოქონდრიული გენომის ზოგიერთი თანმიმდევრობა არის ვირუსების ჰომოლოგიური თანმიმდევრობა.

მცენარის მიტოქონდრიის გენომში არსებული გენების რაოდენობის დასადგენად, რომლებიც რეალურად ფუნქციონირებენ, არაერთმა მკვლევარმა განსაზღვრა მთარგმნელობითი პროდუქტების რაოდენობა. ნაჩვენებია, რომ აღმოჩენილი ცილის ზოლების რაოდენობა იგივე იყო მცენარეებისთვისაც კი, რომლებსაც გენომის ზომაში 10-ჯერ განსხვავებული ჰქონდათ. მიუხედავად იმისა, რომ გამოყენებული მეთოდები პირდაპირ არ პასუხობს კითხვას მიტოქონდრიულ გენომში გენების მთლიანი რაოდენობის შესახებ, თუმცა საინტერესოა, რომ იგივე რაოდენობის მთარგმნელობითი პროდუქტი იქნა გამოვლენილი ანგიოსპერმის გაანალიზებულ სახეობებში და ახლოს იყო ცილების მაკოდირებელი გენების რაოდენობასთან. ცხოველური და მიტოქონდრიული მიტოქონდრია.

პირველად, მცენარეებში მიტოქონდრიული დნმ-ის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა განისაზღვრა 1986 წელს ერთ სახეობაში - Marchantia ( მარშანტია პოლიმორფა), მოგვიანებით კი არაბიდოპსისში და წყალმცენარეების რამდენიმე სახეობაში.

მიტოქონდრიული დნმ-ის მოლეკულას მარშანტიაში აქვს ზომა 186608 bp. ის კოდირებს გენებს 3 rRNA-სთვის, 29 გენისთვის 27 tRNA-სთვის და 30 გენისთვის ცნობილი ფუნქციური ცილებისთვის (16 რიბოსომური ცილა, 3 ციტოქრომ C ოქსიდაზას 3 ქვედანაყოფი, ციტოქრომ b, ATP სინთეზის 4 ქვედანაყოფი და NADH დეჰიდროგენაზას 9 ქვეერთეული). გენომი ასევე შეიცავს 32 ამოუცნობ ღია კითხვის ჩარჩოს. გარდა ამისა, 32 ინტრონი აღმოაჩინეს 16 გენში. კონკრეტული კომპლექსის გენების რაოდენობა შეიძლება განსხვავდებოდეს სხვადასხვა მცენარეში, ვინაიდან ამ კომპლექსის ერთი ან მეტი გენი შეიძლება გადავიდეს ბირთვში. დაუდგენელ გენებს შორის, სულ მცირე 10 მუდმივად გვხვდება მცენარეთა თითქმის ყველა სახეობაში, რაც მიუთითებს მათი ფუნქციების მნიშვნელობაზე.

მიტოქონდრიული გენების რაოდენობა, რომლებიც ახდენენ მცენარის მიტოქონდრიის გადაცემის რნმ-ების კოდირებას, ძალიან ცვალებადია. ბევრ სახეობაში, მათი მიტოქონდრიული გადაცემის რნმ აშკარად არასაკმარისია და, შესაბამისად, ექსპორტირებულია ციტოპლაზმიდან (დაშიფრულია ბირთვის ან პლასტიდის გენომის მიერ). მაგალითად, Arabidopsis-ში 12 გადაცემის რნმ არის მიტოქონდრიული კოდირებული, 6 არის ქლოროპლასტი და 13 ბირთვული; მარშანტიაში 29 მიტოქონდრიულია და 2 ბირთვული და არცერთ სატრანსპორტო რნმ-ს არ აქვს ქლოროპლასტის კოდირება; კარტოფილში 25 მიტოქონდრიულია, 5 ქლოროპლასტი და 11 ბირთვული; ხორბალში 9 მიტოქონდრიულია, 6 ქლოროპლასტი და 3 ბირთვული (ცხრილი 3).

ცხოველთა მიტოქონდრიული დნმ-ისა და ქლოროპლასტის გენებისგან განსხვავებით, მცენარეთა მიტოქონდრიული დნმ-ის გენები დისპერსიულია გენომში. ეს ეხება როგორც სატრანსფერო რნმ-ის მაკოდირებელ გენს, ასევე ცილების მაკოდირებელ გენებს.

ცხრილი 3

მიტოქონდრიული გადაცემის რნმ-ების ბუნება მცენარეებში

სოკოვანი მიტოქონდრიის გენომის მსგავსად, მცენარეული მიტოქონდრიის გენომს აქვს ინტრონები, რომლებიც არ გააჩნიათ ცხოველური მიტოქონდრიების გენომებს.

ზოგიერთ სახეობაში გენომში რამდენიმე გენი დუბლირებულია. ამრიგად, სიმინდისა და ლობიოში rRNA გენები არ მეორდება, ხორბალში კი რამდენჯერმე მეორდება. გენები, რომლებიც აკოდირებენ მიტოქონდრიულ ცილებს, ასევე შეიძლება განმეორდეს მათ გენომში.

ბუნებრივია, მიტოქონდრია, ისევე როგორც ქლოროპლასტები, შეიცავს ბევრად მეტ ფერმენტ ცილას, ვიდრე მათი გენების გენომი. და, შესაბამისად, ცილების უმეტესობას აკონტროლებს ბირთვული გენომი, რომელიც იკრიბება ციტოპლაზმაში ციტოპლაზმურ და არა მიტოქონდრიულ რიბოზომებზე და ტრანსპორტირდება მიტოქონდრიულ მემბრანებში.

ამრიგად, მცენარეების მიტოქონდრიული გენომი უკიდურესად ცვალებადი სისტემაა, მაგრამ საკმაოდ სტაბილური გენების რაოდენობით. ქლოროპლასტების კომპაქტური გენომისგან განსხვავებით, მცენარეების მიტოქონდრიულ გენომში გენები შეადგენენ გენომის 20%-ზე ნაკლებს. მიტოქონდრიული გენომის გაფართოება სოკოებთან ან ცხოველებთან შედარებით გამოწვეულია ინტრონების, სხვადასხვა განმეორებადი თანმიმდევრობის, ქლოროპლასტების გენომის, ბირთვისა და ვირუსების არსებობით. მცენარის მიტოქონდრიული გენომის დაახლოებით 50%-ის ფუნქციები ჯერ კიდევ არ არის განმარტებული. გარდა იმისა, რომ მრავალი სტრუქტურული გენი, რომელიც აკონტროლებს მიტოქონდრიების ფუნქციას, მდებარეობს ბირთვში, ასევე არსებობს მრავალი გენი, რომლებიც აკონტროლებენ მიტოქონდრიული გენების ტრანსკრიფციის, დამუშავების და ტრანსლაციის პროცესებს. შესაბამისად, მიტოქონდრია კიდევ უფრო ნაკლებად ავტონომიური ორგანელებია, ვიდრე პლასტიდები.

ლიტერატურა

მთავარი:

1. ალიოხინა ნ.დ., ბალნოკინი იუ.ვ., გავრილენკო ვ.ფ. და სხვა მცენარეთა ფიზიოლოგია. სახელმძღვანელო სტუდენტებისთვის. უნივერსიტეტები. მ.: აკადემია. 2005. 640 გვ.

დავიდენკო ო.გ. არაქრომოსომული მემკვიდრეობა. მინსკი: BSU. 2001. 189 გვ.

3. დანილენკო ნ.გ., დავიდენკო ო.გ. ორგანელების გენომის სამყაროები. მინსკი: ტექნოლოგია. 2003. 494 გვ.

4. ივანოვი ვ.ი. და სხვები. მ.: აკადემიკოსი. 2006. 638 გვ.

5. ჟიმულევი ი.ს. ზოგადი და მოლეკულური გენეტიკა. ნოვოსიბირსკი: სიბ. უნი. 2007. 479 გვ.

6. Singer M., Berg P. გენები და გენომები. მ.: მირ. 1998. T. 1-

7. ჩენცოვი ს. შესავალი უჯრედულ ბიოლოგიაში. მ.: აკადემიკოსი. 2004. 495 გვ.

დამატებითი:

1. დანილენკო ნ.გ. რნმ-ის რედაქტირება: გენეტიკური ინფორმაცია სწორდება ტრანსკრიფციის შემდეგ // გენეტიკა. 2001. T. 37. No3. გვ 294-316.

მარგელის ლ. სიმბიოზის როლი უჯრედის ევოლუციაში. მ.: მირი, 1983 წ.

3. Odintsova M. S., Yurina N. P. პროტისტული მიტოქონდრიის გენომი // გენეტიკა. 200 T. 38. No6. გვ 773-778.

4. Odintsova M. S., Yurina N. P. უმაღლესი მცენარეების და წყალმცენარეების პლასტიდების გენომი: სტრუქტურა და ფუნქციები // მოლ. ბიოლ. 2003. T. 37. No5. P. 768-783.

5. Yurina N. P., Odintsova M. S. ქლოროპლასტის გენომის ორგანიზაციის ზოგადი მახასიათებლები. შედარება პრო- და ევკარიოტების გენომებთან // მოლ. ბიოლ. 199 T. 36. No 4. P. 757-771.

6. იურინა ნ.პ., ოდინცოვა მ.ს. ქლოროპლასტების და მცენარეული მიტოქონდრიების გენომის სტრუქტურული ორგანიზაციის შედარებითი მახასიათებლები // გენეტიკა. 1998. T. 34. No1. გვ. 5-2.

გამოქვეყნებულია Allbest.ru-ზე

მსგავსი დოკუმენტები

მიტოქონდრიების ულტრასტრუქტურული ორგანიზაციის არსი. მიტოქონდრიების როლი უჯრედის რედოქს ბალანსის შენარჩუნებაში. მიტოქონდრიის ენერგეტიკული ფუნქციების სპეციფიკა. მიტოქონდრიის მორფოფუნქციური მახასიათებლების ცვლილებები აციდოზის დროს.

ნაშრომი, დამატებულია 27/01/2018


მიტოქონდრიების ფუნქციური როლისა და სტრუქტურული ორგანიზაციის შესწავლა. ნორმოქსიის პირობებში მიტოქონდრიული რესპირატორული ჯაჭვის ფუნქციონირების განხილვა და დახასიათება. თავის ტვინის ნეიროტროფიული ფაქტორის ანტიჰიპოქსიური ეფექტის შესავალი.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 04/18/2018


უჯრედების სიკვდილის ძირითადი მექანიზმები. მიტოქონდრია, როგორც აპოპტოზის ცენტრალური საკონტროლო წერტილი. მორფოლოგიური ცვლილებები და მიტოქონდრიების გადანაწილება უჯრედში აპოპტოზის დროს. ციტოქრომის C გამოშვების ნიმუშები მიტოქონდრიების როლი დაბერების პროცესში.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 01/07/2013


ფერმენტების კომპლექსი, რომელიც ლოკალიზებულია მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე. ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესი. ATP სინთეზი შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე ჟანგბადის თანდასწრებით. სასუნთქი ჯაჭვის კომპონენტები. პ.მიტჩელის ქიმიოსმოტიკური თეორიის არსი.

პრეზენტაცია, დამატებულია 10/22/2014


მიტოქონდრიებისა და პლასტიდების სტრუქტურისა და მათი ფუნქციების შესწავლა. ჰიპოთეზა მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტების სიმბიოზური წარმოშობის შესახებ. კუნთოვანი ქსოვილის ზოგადი ტიპიური მახასიათებლები. სპერმატოგენეზი, მისი ძირითადი პერიოდები: გამრავლება, ზრდა, მომწიფება და ფორმირება.

ტესტი, დამატებულია 03/11/2014


მიტოქონდრიების კონცეფცია და თვისებები, მათი სტრუქტურა, მონაწილეობა უჯრედულ სუნთქვაში და ენერგიის გაცვლაში. ემბრიონის განვითარების გასტრულაციის დამახასიათებელი ნიშნები. ლეიკოციტების ფუნქციების, სტრუქტურის, კლასიფიკაციის გათვალისწინება. თიმუსის (თიმუსის ჯირკვლის) გამოჩენა.

ტესტი, დამატებულია 04/21/2015


ლორწოვანი ფორმების ტაქსონომიური ჯგუფის სტრუქტურა, ქიმიური შემადგენლობა, გავრცელება ბუნებაში და მნიშვნელობა. ლორწოვანი ფორმების მცენარეული სხეულები. ტროფიკული და დისპერსიული ეტაპები. სპორების წარმოქმნის პროცესი. მობილური სტადიების არსებობა ციკლებში, მიტოქონდრიის სტრუქტურა.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 08/12/2015


წყალმცენარეების უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა და ძირითადი კომპონენტები. ბოჭკოების შემთხვევითი განლაგების შემთხვევები მწვანე წყალმცენარეებს შორის, ციტოპლაზმის ორგანიზება სახეობის სხვადასხვა წარმომადგენელში, დროშების, მიტოქონდრიებისა და ქლოროპლასტების დანიშნულება.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 29/07/2009


ფოტოდინამიკური თერაპიის კლინიკური გამოყენება. ფოტოსენსიბილიზატორების მოქმედების მექანიზმი უჯრედულ დონეზე. მიტოქონდრიისა და კალციუმის იონების როლი ფოტოდინამიკურად გამოწვეულ აპოპტოზში. სასიგნალო პროცესებისა და დამცავი ცილების მონაწილეობა უჯრედულ რეაქციებში.

ტესტი, დამატებულია 08/19/2015


მიტოქონდრია არის ორმემბრანიანი მარცვლოვანი ან ძაფისებრი ორგანელა, ევკარიოტული უჯრედების ელემენტი (ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები), ენერგეტიკული სადგური. ძირითადი ფუნქცია და ენერგიის გამომუშავება; წარმოშობა, სტრუქტურა. მიტოქონდრიული დნმ და მემკვიდრეობა.

მიტოქონდრიული გენომის ფუნქციონირება რა არის განსაკუთრებული ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიების დნმ-ის რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის მექანიზმებში? ცხოველთა უმეტესობაში, mtDNA-ს დამატებითი ჯაჭვები მნიშვნელოვნად განსხვავდება სპეციფიკური სიმკვრივით, რადგან ისინი შეიცავს არათანაბარი რაოდენობით "მძიმე" პურინის და "მსუბუქი" პირიმიდინის ნუკლეოტიდებს. ასე რომ, მათ უწოდებენ - H (მძიმე - მძიმე) და L (მსუბუქი - მსუბუქი) ჯაჭვი. mtDNA მოლეკულის რეპლიკაციის დასაწყისში წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებული D- მარყუჟი (ინგლისური Displacement მარყუჟიდან). ეს სტრუქტურა, რომელიც ჩანს ელექტრონულ მიკროსკოპში, შედგება ორჯაჭვიანი და ერთჯაჭვიანი (H-ჯაჭვის გაფართოებული ნაწილისგან). ორჯაჭვიანი რეგიონი წარმოიქმნება L-ჯაჭვის ნაწილით და მის ახლად სინთეზირებული დნმ-ის ფრაგმენტით, სიგრძით 450-650 ნუკლეოტიდი (დამოკიდებულია ორგანიზმის ტიპზე), რომელსაც აქვს რიბონუკლეოტიდური პრაიმერი 5" ბოლოში, რაც შეესაბამება. H-ჯაჭვის სინთეზის საწყის წერტილამდე (oriH) L-ჯაჭვის სინთეზი იწყება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ქალიშვილი H-ჯაჭვი მიაღწევს ori L წერტილს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ L-ჯაჭვის რეპლიკაციის დაწყების რეგიონი არის ხელმისაწვდომია დნმ-ის სინთეზის ფერმენტებისთვის მხოლოდ ერთჯაჭვიან მდგომარეობაში და, შესაბამისად, მხოლოდ დაუხვევი ორმაგ სპირალში H-ჯაჭვის სინთეზის დროს. ამრიგად, mtDNA-ს შვილობილი ძაფები სინთეზირდება უწყვეტად და ასინქრონულად (ნახ. 3). ნახ 3. მიტოქონდრიებში, D- მარყუჟის მქონე მოლეკულების საერთო რაოდენობა მნიშვნელოვნად აღემატება სრულად გამრავლებული მოლეკულების რაოდენობას. ეს გამოწვეულია იმით, რომ D- მარყუჟს აქვს დამატებითი ფუნქციები - mtDNA-ს მიმაგრება შიდა მემბრანაზე და ტრანსკრიფციის დაწყება, ვინაიდან ამ რეგიონში ლოკალიზებულია დნმ-ის ორივე ჯაჭვის ტრანსკრიპციის პრომოტორები. ევკარიოტული გენების უმეტესობისგან განსხვავებით, რომლებიც ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად ტრანსკრიბირებულია, ძუძუმწოვრების mtDNA-ს თითოეული ჯაჭვი გადაიწერება ერთი რნმ-ის მოლეკულის შესაქმნელად, რომელიც იწყება ori H-ის რეგიონში, გარდა ამ ორი გრძელი რნმ-ის მოლეკულისა, რომელიც ავსებს H- და L-ს. ჯაჭვები, ასევე წარმოიქმნება H- ჯაჭვის მოკლე მონაკვეთები, რომლებიც იწყება იმავე წერტილიდან და მთავრდება 16S rRNA გენის 3" ბოლოში (ნახ. 4). ასეთი მოკლე ტრანსკრიპტები 10-ჯერ მეტია, ვიდრე გრძელი. როგორც მათგან მომწიფების (დამუშავების) შედეგად წარმოიქმნება 12S rRNA და 16S rRNA, რომლებიც მონაწილეობენ მიტოქონდრიული რიბოსომების ფორმირებაში, ასევე ფენილალანინის და ვალინის tRNA-ები ამოღებულია გრძელი ტრანსკრიპტებიდან და წარმოიქმნება ტრანსლირებული mRNA 3" ბოლოები, რომელთა პოლიადენილის თანმიმდევრობაც მიმაგრებულია. ამ mRNA-ების 5" ბოლოები არ არის დახურული, რაც უჩვეულოა ევკარიოტებისთვის. შერწყმა (სპლაისინგი) არ ხდება, რადგან არცერთი ძუძუმწოვრების მიტოქონდრიული გენი არ შეიცავს ინტრონებს.

ND1-ND6, ND4L - NAD-H-დეჰიდროგენაზას კომპლექსის ქვედანაყოფების გენები; COI-COIII - ციტოქრომ c ოქსიდაზას ქვედანაყოფების გენები; ATP6, ATP8 - ATP სინთეტაზას ქვედანაყოფების გენები Cyt b - ციტოქრომ b გენი.

ნახ 4.ადამიანის mtDNA-ს ტრანსკრიფცია, რომელიც შეიცავს 37 გენს. ყველა ტრანსკრიპტის სინთეზირება იწყება ori H რეგიონში რიბოსომური რნმ-ები ამოღებულია გრძელი და მოკლე H-სტრიქონების ტრანსკრიპტებიდან. tRNA და mRNA წარმოიქმნება დნმ-ის ორივე ჯაჭვის ტრანსკრიპტების დამუშავების შედეგად. tRNA გენები მითითებულია ღია მწვანეში.

გსურთ იცოდეთ კიდევ რა სიურპრიზები შეიძლება წარმოაჩინოს მიტოქონდრიულ გენომს? დიდი! წაიკითხეთ!..

იმისდა მიუხედავად, რომ ძუძუმწოვრებისა და საფუარის მიტოქონდრიების გენომები შეიცავს დაახლოებით იგივე რაოდენობის გენებს, საფუარის გენომის ზომა 4-5-ჯერ მეტია - დაახლოებით 80 ათასი ნუკლეოტიდური წყვილი. მიუხედავად იმისა, რომ საფუარის mtDNA-ს კოდირებადი თანმიმდევრობები ძალზე ჰომოლოგიურია ადამიანებში შესაბამის თანმიმდევრობებთან, საფუარის mRNA-ებს დამატებით აქვთ 5" ლიდერი და 3" არაკოდირების რეგიონი, როგორც ბირთვული mRNA-ების უმეტესობას. მრავალი გენი ასევე შეიცავს ინტრონებს. ამრიგად, ციტოქრომ ოქსიდაზა b კოდირებულ ყუთ გენს აქვს ორი ინტრონი. პირველი ინტრონის უმეტესი ნაწილის ასლი ამოღებულია პირველადი რნმ-ის ტრანსკრიპტიდან ავტოკატალიზურად (ნებისმიერი ცილის მონაწილეობის გარეშე). დარჩენილი რნმ ემსახურება როგორც შაბლონს ფერმენტ მა-ტურაზას ფორმირებისთვის, რომელიც ჩართულია შერწყმაში. მისი ამინომჟავების თანმიმდევრობის ნაწილი დაშიფრულია ინტრონების დარჩენილ ასლებში. Maturase წყვეტს მათ, ანადგურებს საკუთარ mRNA-ს, ეგზონების ასლები იკერება ერთმანეთთან და წარმოიქმნება ციტოქრომ ოქსიდაზა b-ის mRNA (ნახ. 5). ასეთი ფენომენის აღმოჩენამ აიძულა გადაგვეფიქრა ინტრონების იდეა, როგორც „არაკოდირების მიმდევრობა“.

ნახ 5.

მიტოქონდრიული გენების ექსპრესიის შესწავლისას ტრიპანოსომა ბრუსეიგასაკვირი გადახრა აღმოაჩინეს მოლეკულური ბიოლოგიის ერთ-ერთი ძირითადი აქსიომიდან, რომელიც ამტკიცებს, რომ ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა mRNA-ში ზუსტად შეესაბამება დნმ-ის კოდირების რეგიონებში არსებულს. აღმოჩნდა, რომ ციტოქრომ c ოქსიდაზას ერთ-ერთი ქვედანაყოფის mRNA არის რედაქტირებული, ე.ი. ტრანსკრიფციის შემდეგ იცვლება მისი პირველადი სტრუქტურა - ჩასმულია ოთხი ურაცილი. შედეგად, წარმოიქმნება ახალი mRNA, რომელიც ემსახურება ფერმენტის დამატებითი ქვედანაყოფის სინთეზის შაბლონს, რომლის ამინომჟავების თანმიმდევრობას არაფერი აქვს საერთო იმ თანმიმდევრობასთან, რომელიც კოდირებულია დაუმუშავებელი mRNA (იხ. ცხრილი).

მიტოქონდრიამ მეცნიერებს უდიდესი სიურპრიზი 1979 წელს წარმოუდგინა. მანამდე ითვლებოდა, რომ გენეტიკური კოდი უნივერსალური იყო და იგივე სამეული აკოდირებს იგივე ამინომჟავებს ბაქტერიებში, ვირუსებში, სოკოებში, მცენარეებსა და ცხოველებში. ინგლისელმა მკვლევარმა ბურელმა შეადარა ხბოს ერთ-ერთი მიტოქონდრიული გენის სტრუქტურა ამინომჟავების თანმიმდევრობას ციტოქრომ ოქსიდაზას ქვედანაყოფში, რომელიც კოდირებულია ამ გენით. აღმოჩნდა, რომ პირუტყვის (ისევე, როგორც ადამიანებში) მიტოქონდრიის გენეტიკური კოდი არა მხოლოდ განსხვავდება უნივერსალურისგან, ის არის „იდეალური“, ე.ი. ემორჩილება შემდეგ წესს: ”თუ ორ კოდონს აქვს ორი იდენტური ნუკლეოტიდი, ხოლო მესამე ნუკლეოტიდი მიეკუთვნება იმავე კლასს (პურინი - A, G ან პირიმიდინი - U, C), მაშინ ისინი კოდირებენ იმავე ამინომჟავას. უნივერსალურ კოდში ამ წესის ორი გამონაკლისი არსებობს: AUA ტრიპლეტი აკოდირებს იზოლეიცინს, ხოლო AUG კოდონი მეთიონინს, ხოლო იდეალურ მიტოქონდრიულ კოდში ორივე ეს ტრიპლეტი კოდირებს მეთიონინს; UGG ტრიპლეტში კოდირებულია მხოლოდ ტრიპტოფანი, ხოლო UGA ტრიპლეტი შიფრავს გაჩერების კოდონს. უნივერსალურ კოდში, ორივე გადახრა ეხება ცილის სინთეზის ფუნდამენტურ ასპექტებს: AUG კოდონი არის ინიცირებული, ხოლო გაჩერების კოდონი UGA აჩერებს პოლიპეპტიდის სინთეზს. იდეალური კოდი არ არის თანდაყოლილი ყველა აღწერილი მიტოქონდრიისთვის, მაგრამ არცერთ მათგანს არ აქვს უნივერსალური კოდი. შეიძლება ითქვას, რომ მიტოქონდრიები სხვადასხვა ენაზე საუბრობენ, მაგრამ არასოდეს ბირთვის ენაზე.

განსხვავებები "უნივერსალურ" გენეტიკურ კოდსა და ორ მიტოქონდრიულ კოდს შორის

მიტოქონდრიული

ძუძუმწოვრების კოდი

მიტოქონდრიული

საფუარის კოდი

"უნივერსალური"

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა:

• მიტოქონდრიული დნმ გენები;
• თევზებისა და თევზების თავსებადობა: თავდაუზოგავი სიყვარული ან არასტაბილური ურთიერთობები თევზების ჰოროსკოპის მიხედვით თავსებადობა ჰგავს;
• როგორ დავაბრუნოთ საყვარელი ადამიანი კომუნიკაციის გარეშე - ძლიერი ჯადოქრების დადასტურებული შეთქმულებები როგორ დაუბრუნოთ ადამიანი საკუთარ თავს;
• სქოლეციფობია და როგორ ვებრძოლოთ მას;
• ექსპერტები ISS-ის მოქმედების გახანგრძლივების სასარგებლოდ საუბრობდნენ;
• ცილიტების სტრუქტურა და სასიცოცხლო აქტივობა ფლოსტის წამწამების მაგალითის გამოყენებით;
• მთავარეპისკოპოსი იონათან (ელეცკი): უკრაინის მართლმადიდებლური ეკლესიის დაბადების სათავეში;
• კურგანის რეგიონის ხელისუფლება არ უხდის რეგიონულ დედაქალაქს გუბერნატორი ოსიპოვი ასრულებს ფედერალურ მითითებებს არჩევნების გამჭვირვალობისთვის.;