Uzun bacaklılara ek olarak: flamingo takımı Flamingo uzun ayaklıdır, hatta çok uzun bacaklıdır ve alışılmadık derecede uzun bacaklı bir kuştur. Ancak burada tartışmayacağımız makul nedenlerden dolayı artık ayak bileği gagalıların (ayrıca flamingoların da dahil olduğu katmanlı gagalıların) dışında tutulmuştur.

Neandertal Genomu Yakın zamana kadar paleogenetikçilerin en büyük hayali mitokondriyal DNA'yı antik kemiklerden izole etmekti. Anne tarafından aktarılan genomun bu küçük kısmı, her hücrede yüzlerce kopya halinde mevcuttur.

Pasteur'ün aşılarına eklenenler Pasteur'ün aşılarına yeni ve önemli bir katkı daha 20. yüzyılda bilim adamları tarafından geliştirildi. Birkaç yıl önce Sovyet bilim adamları kuduz karşıtı gama globulini yarattılar. Bu ilacın bulunmasıyla kuduz hastalığının önlenmesi daha da arttı

14. Bölüm İlk insan genomu Bilimsel bir yarışta sizden önde olma ihtimali genellikle umutsuzluğa ve çılgın umutlara neden olur - ya şansınız yaver giderse ve rakibiniz yarın ölürse. Bazen her şeyden vazgeçmek istersiniz ama sonra yıllarca süren sıkı çalışma boşa gider

1.5. Kararsız genom Klasik genetik çerçevesinde geliştirilen genomların stabilitesine ilişkin geleneksel fikirler, mobil (göçmen) genetik elemanların (MGE) keşfinden sonra büyük ölçüde sarsıldı. MGE'ler genom içinde hareket edebilen yapılardır

giriiş

DNA moleküllerinin mitokondride keşfedilmesinin üzerinden çeyrek asır geçtikten sonra, sadece moleküler biyologlar ve sitologlar değil, genetikçiler, evrimciler, paleontologlar ve kriminologlar da bu moleküllerle ilgilenmeye başladı. Bu kadar yaygın bir ilgi, Kaliforniya Üniversitesi'nden A. Wilson'ın çalışmasıyla tetiklendi. 1987 yılında, beş kıtada yaşayan tüm insan ırklarının farklı etnik gruplarının 147 temsilcisinden alınan mitokondriyal DNA'nın karşılaştırmalı analizinin sonuçlarını yayınladı. Bireysel mutasyonların türüne, konumuna ve sayısına bağlı olarak, tüm mitokondriyal DNA'nın atalara ait bir nükleotid dizisinden ayrışma yoluyla ortaya çıktığı tespit edildi. Sözde bilimsel basında, bu sonuç son derece basitleştirilmiş bir şekilde yorumlandı - tüm insanlık, yaklaşık olarak Kuzey-Doğu Afrika'da yaşayan, mitokondriyal Havva adı verilen (hem kızları hem de oğulları yalnızca annelerinden mitokondri aldıkları için) tek bir kadından geldi. 200 bin yıl önce. Bir 10 yıl daha sonra, bir Neandertal kalıntısından izole edilen mitokondriyal DNA parçasını deşifre etmek ve insanlarla Neandertallerin son ortak atasının 500 bin yıl önceki varlığını tahmin etmek mümkün oldu.

Günümüzde insan mitokondri genetiği hem popülasyon hem de tıbbi açıdan yoğun bir şekilde gelişmektedir. Bir dizi ciddi kalıtsal hastalık ile mitokondriyal DNA'daki kusurlar arasında bir bağlantı kurulmuştur. Yaşlanmayla ilişkili genetik değişiklikler en çok mitokondride belirgindir. İnsanlarda ve diğer hayvanlarda boyut, şekil ve genetik kapasite açısından bitkilerden, mantarlardan ve protozoalardan farklı olan mitokondri genomu nedir? Rolü nedir, nasıl çalışır ve genel olarak farklı taksonlarda ve özel olarak insanlarda mitokondriyal genom nasıl ortaya çıktı? Bu konuyu “küçük ve en mütevazı” makalemde tartışacağım.

Mitokondriyal matris, DNA'ya ek olarak, birçok özelliği bakımından endoplazmik retikulumun zarlarında bulunan ökaryotik ribozomlardan farklı olan kendi ribozomlarını da içerir. Bununla birlikte, bileşimlerinde yer alan tüm proteinlerin %5'inden fazlası mitokondri ribozomlarında oluşmaz. Mitokondrinin yapısal ve fonksiyonel bileşenlerini oluşturan proteinlerin çoğu nükleer genom tarafından kodlanır, endoplazmik retikulumun ribozomlarında sentezlenir ve kanalları aracılığıyla toplanma bölgesine taşınır. Dolayısıyla mitokondri, iki genomun ve iki transkripsiyon ve translasyon aparatının ortak çabalarının sonucudur. Mitokondriyal solunum zincirinin bazı alt birim enzimleri, bazıları nükleer genom, bazıları ise mitokondriyal genom tarafından kodlanan farklı polipeptitlerden oluşur. Örneğin, mayadaki oksidatif fosforilasyonun anahtar enzimi olan sitokrom c oksidaz, mitokondride kodlanan ve sentezlenen üç alt birimden ve hücre çekirdeğinde kodlanan ve sitoplazmada sentezlenen dört alt birimden oluşur. Çoğu mitokondriyal genin ifadesi spesifik nükleer genler tarafından kontrol edilir.

Mitokondrinin kökenine ilişkin simbiyotik teori

Mitokondri ve bitki plastidlerinin hücre içi endosembiyoz ortağı bakterilerden kökeni hakkındaki hipotez, 1890 yılında R. Altman tarafından ifade edildi. Yarım yüzyıl önce ortaya çıkan biyokimya, sitoloji, genetik ve moleküler biyolojinin hızlı gelişimi yüzyıl boyunca, hipotez ortaya çıktı. büyük miktarda gerçek materyale dayanan bir teoriye dönüştü. Özü şudur: Fotosentetik bakterilerin ortaya çıkışıyla birlikte, metabolizmalarının bir yan ürünü olan oksijen, Dünya atmosferinde birikmiştir. Konsantrasyonu arttıkça anaerobik heterotrofların yaşamı daha karmaşık hale geldi ve bazıları enerji elde etmek için oksijensiz fermantasyondan oksidatif fosforilasyona geçti. Bu tür aerobik heterotroflar, anaerobik bakterilerden daha verimli bir şekilde fotosentez sonucu oluşan organik maddeleri parçalayabilir. Serbest yaşayan aeroblardan bazıları anaeroblar tarafından yakalandı ancak "sindirilmedi", enerji istasyonları, yani mitokondri olarak depolandı. Mitokondri, solunum yeteneği olmayan hücrelere ATP molekülleri sağlamak için esir alınan köleler olarak görülmemelidir. Bunlar daha ziyade, Proterozoyik'te kendileri ve yavruları için, yenilme riskiyle karşılaşmadan en az çabayı harcayabilecekleri en iyi barınakları bulan "yaratıklardır".

Çok sayıda gerçek simbiyotik teorinin lehine konuşuyor:

Mitokondri ve serbest yaşayan aerobik bakterilerin boyutları ve şekilleri örtüşmektedir; her ikisi de histonlarla ilişkili olmayan dairesel DNA molekülleri içerir (doğrusal nükleer DNA'nın aksine);

Nükleotid sekansları açısından, mitokondrinin ribozomal ve transfer RNA'ları nükleer olanlardan farklılık gösterirken, bazı aerobik gram-negatif öbakterilerin benzer molekülleriyle şaşırtıcı bir benzerlik gösterir;

Mitokondriyal RNA polimerazları, hücre çekirdeğinde kodlanmış olmasına rağmen, bakteriyel olanlar gibi rifampisin tarafından inhibe edilir ve ökaryotik RNA polimerazları bu antibiyotiğe karşı duyarsızdır;

Mitokondri ve bakterilerdeki protein sentezi, ökaryotların ribozomlarını etkilemeyen aynı antibiyotikler tarafından baskılanır;

Mitokondrinin iç zarının ve bakteriyel plazma zarının lipit bileşimi benzerdir, ancak ökaryotik hücrelerin diğer zarlarıyla homolog olan mitokondrinin dış zarınınkinden çok farklıdır;

İç mitokondriyal membranın oluşturduğu kristalar, birçok prokaryotun mezozomal membranlarının evrimsel analoglarıdır;

Bakterilerden mitokondri oluşumuna giden yolda ara formları taklit eden organizmalar (ilkel amip) hala mevcuttur. Pelomixa mitokondrisi yoktur ancak her zaman endosimbiyotik bakteri içerir).

Farklı ökaryot krallıklarının farklı atalara sahip olduğu ve bakteriyel endosimbiyozun, canlı organizmaların evriminin farklı aşamalarında ortaya çıktığına dair bir fikir var. Bu aynı zamanda tek hücreli hayvanların, mantarların, bitkilerin ve yüksek hayvanların mitokondriyal genomlarının yapısındaki farklılıklarla da kanıtlanmaktadır. Ancak her durumda, promitokondriden gelen genlerin ana kısmı, muhtemelen mobil genetik elemanların yardımıyla çekirdeğe girmiştir. Ortakyaşamlardan birinin genomunun bir kısmı diğerinin genomuna dahil edildiğinde, ortakyaşarların entegrasyonu geri döndürülemez hale gelir. Yeni genom, her iki partnerin de bireysel olarak sentezleyemeyeceği yararlı ürünlerin oluşumuna yol açan metabolik yollar yaratabilir. Bu nedenle, steroid hormonlarının adrenal korteks hücreleri tarafından sentezi, bazıları mitokondride ve bazıları endoplazmik retikulumda meydana gelen karmaşık bir reaksiyonlar zinciridir. Çekirdek, promitokondriyal genleri yakalayarak ortakyaşamın fonksiyonlarını güvenilir bir şekilde kontrol edebildi. Çekirdek, mitokondrinin dış zarındaki tüm proteinleri ve lipit sentezini, matris proteinlerinin çoğunu ve organellerin iç zarını kodlar. En önemlisi, çekirdek mtDNA replikasyonu, transkripsiyonu ve translasyonu için enzimleri kodlar, böylece mitokondrinin büyümesini ve çoğalmasını kontrol eder. Simbiyoz ortaklarının büyüme oranı yaklaşık olarak aynı olmalıdır. Konakçı daha hızlı büyürse, her nesilde birey başına ortakyaşar sayısı azalacak ve sonunda mitokondrisiz torunlar ortaya çıkacaktır. Cinsel olarak üreyen bir organizmanın her hücresinin, konağın bölümleri arasında DNA'sını kopyalayan birçok mitokondri içerdiğini biliyoruz. Bu, yavru hücrelerin her birinin mitokondriyal genomun en az bir kopyasını almasını sağlar.

Mitokondriyal biyogenezde hücre çekirdeğinin rolü

Belirli bir mutant maya türü, mitokondriyal DNA'da büyük bir silinmeye sahiptir ve bu, mitokondride protein sentezinin tamamen durmasına yol açar; Bunun sonucunda bu organeller görevlerini yerine getiremezler. Bu tür mutantlar düşük glikozlu bir ortamda büyüdüklerinde küçük koloniler oluşturduklarından bunlara denir. sitoplazmik mütantamiminyon.

Küçük mutantların mitokondriyal protein sentezi olmamasına ve bu nedenle normal mitokondri oluşturmamasına rağmen, bu tür mutantlar yine de aşağıdaki proteinleri içerir: promitokondri, Belli bir dereceye kadar sıradan mitokondriye benzeyenler, normal bir dış zara ve az gelişmiş kristalara sahip bir iç zara sahiptir. Promitokondri, DNA ve RNA polimerazları, sitrik asit döngüsünün tüm enzimleri ve iç zarı oluşturan birçok protein dahil olmak üzere nükleer genler tarafından kodlanan ve sitoplazmik ribozomlarda sentezlenen birçok enzimi içerir. Bu, nükleer genomun mitokondriyal biyogenezdeki baskın rolünü açıkça göstermektedir.

Kayıp DNA fragmanları mitokondriyal genomun %20 ila %99,9'undan fazlasını oluştursa da, minyon mutantlardaki toplam mitokondriyal DNA miktarının her zaman vahşi tiptekiyle aynı seviyede kaldığını belirtmek ilginçtir. Bunun nedeni, aynı bölümün tandem tekrarlarından oluşan ve normal bir moleküle eşit büyüklükte bir DNA molekülünün oluşması sonucunda hala az çalışılan DNA amplifikasyonu sürecinden kaynaklanmaktadır. Örneğin, vahşi tip DNA'nın nükleotid dizisinin %50'sini tutan küçük bir mutantın mitokondriyal DNA'sı iki tekrardan oluşacaktır; oysa yalnızca tutan bir molekül 0,1% Vahşi tip genom, kalan parçanın 1000 kopyasından oluşturulacak. Böylece minyon mutantlar, doğanın kendisi tarafından klonlandığı söylenebilecek mitokondriyal DNA'nın büyük miktarlarda spesifik bölümlerini elde etmek için kullanılabilir.

Organellerin biyogenezi esas olarak nükleer genler tarafından kontrol edilse de, bazı verilere göre organellerin kendileri de geri bildirim ilkesi üzerinde bir tür düzenleyici etkiye sahiptir; en azından mitokondride durum böyledir. Sağlam hücrelerin mitokondrilerinde protein sentezi bloke edilirse, DNA, RNA ve proteinlerin mitokondriyal sentezinde yer alan enzimler, sanki hücre bloke edici maddenin etkisinin üstesinden gelmeye çalışıyormuş gibi sitoplazmada fazla miktarda oluşmaya başlar. Ancak mitokondriden gelen bazı sinyallerin varlığı şüphe götürmez olsa da, doğası hala bilinmemektedir.

Bir dizi nedenden ötürü, mitokondriyal biyogenezin mekanizmaları artık kültürlerdeki çoğu durumda incelenmektedir. Saccharomyces Carlsbergensis(bira mayası ve S. cerevisiae(fırıncının mayası). İlk olarak, glikoz üzerinde büyürken, bu mayalar yalnızca glikoliz yoluyla var olma, yani mitokondriyal fonksiyon olmadan var olma gibi benzersiz bir yetenek sergilerler. Bu, mitokondriyal ve nükleer DNA'daki bu organellerin gelişimine müdahale eden mutasyonların incelenmesini mümkün kılar. Bu tür mutasyonlar hemen hemen tüm diğer organizmalarda öldürücüdür. İkincisi, maya (basit tek hücreli ökaryotlar) yetiştirmek ve biyokimyasal olarak incelemek kolaydır. Son olarak maya, genellikle eşeysiz tomurcuklanma (asimetrik mitoz) yoluyla hem haploid hem de diploid fazlarda çoğalabilir. Ancak mayada cinsel süreç de meydana gelir: zaman zaman iki haploid hücre birleşerek diploid bir zigot oluşturur; bu daha sonra ya mitozla bölünür ya da mayoz bölünmeye uğrayarak yeniden haploid hücreler üretir. Eşeysiz ve eşeyli üremenin değişimini deneysel olarak kontrol ederek mitokondri işlevinden sorumlu genler hakkında çok şey öğrenilebilir. Bu yöntemleri kullanarak, özellikle bu tür genlerin nükleer DNA'da mı yoksa mitokondriyal DNA'da mı lokalize olduğunu bulmak mümkündür, çünkü mitokondriyal genlerdeki mutasyonlar, nükleer genlerin kalıtımını yöneten Mendel yasalarına göre kalıtsal değildir.

Mitokondrinin taşıma sistemleri

Mitokondri ve kloroplastlarda bulunan proteinlerin çoğu bu organellere sitozolden alınır. Bu durum iki soruyu gündeme getiriyor: Hücre proteinleri uygun organele nasıl yönlendiriyor ve bu proteinler hücreye nasıl giriyor?

Enzimin küçük alt biriminin (S) kloroplast stromaya taşınması incelenerek kısmi bir cevap elde edildi. ribuloz-1,5-bisfosfat-karboksimenholler. Eğer mRNA tek hücreli bir alg sitoplazmasından izole edilmişse Klamidomonas veya in vitro protein sentezleme sistemine bir matris olarak eklenen bezelye yapraklarından elde edilen birçok proteinden biri spesifik bir anti-S antikoruna bağlanacaktır. İn vitro sentezlenen S proteinine ppo-S adı verilir çünkü normal S proteininden yaklaşık 50 amino asit kalıntısı daha büyüktür. Pro-S proteini sağlam kloroplastlarla inkübe edildiğinde organellere nüfuz eder ve orada peptidaz tarafından S-proteinine dönüştürülür. Daha sonra S proteini, kloroplastın ribozomlarında sentezlenen büyük ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaz alt birimine bağlanır ve onunla kloroplastın stromasında aktif bir enzim oluşturur.

S protein transferinin mekanizması bilinmemektedir. Pro-S'nin, kloroplastın dış zarında veya dış ve iç zarların birleşim yerinde bulunan bir reseptör proteinine bağlanarak, enerji gerektiren bir işlem sonucunda zar ötesi kanallar yoluyla stromaya aktarıldığı düşünülmektedir. harcama.

Mitokondriye protein taşınması da benzer şekilde gerçekleşir. Saflaştırılmış maya mitokondrisi, yeni sentezlenmiş radyoaktif maya proteinlerini içeren bir hücre ekstraktı ile inkübe edilirse, nükleer genom tarafından kodlanan mitokondriyal proteinlerin, sitoplazmada mitokondriyal olmayan proteinlerden ayrıldığı ve seçici olarak mitokondriye dahil edildiği gözlemlenebilir. sağlam hücre. Bu durumda, dış ve iç zarların, matrisin ve zarlar arası boşluğun proteinleri, mitokondrinin ilgili bölmesine giden yolu bulur.

İç zar, matris ve zarlar arası boşluğa yönelik yeni sentezlenen proteinlerin birçoğunun N-terminallerinde, matriste bulunan spesifik bir proteaz tarafından taşınma sırasında bölünen bir lider peptid bulunur. Proteinlerin bu üç mitokondriyal bölmeye taşınması, iç zarda oluşturulan elektrokimyasal proton gradyanının enerjisini gerektirir. Dış zar için protein transferinin mekanizması farklıdır: bu durumda ne enerji harcaması ne de daha uzun bir öncü proteinin proteolitik bölünmesi gereklidir. Bu ve diğer gözlemler, mitokondriyal proteinlerin dört grubunun da organele aşağıdaki mekanizmayla taşındığını göstermektedir: Dış zara yönelik olanlar dışındaki tüm proteinlerin, enerji harcaması gerektiren bir işlemin sonucu olarak iç zara dahil edildiği varsayılmaktadır. ve dış ve iç zarlar arasındaki temas yerlerinde meydana gelir. Görünen o ki, proteinin membrana bu ilk katılımından sonra proteolitik bölünmeye maruz kalıyor ve bu da konformasyonunda bir değişikliğe yol açıyor; Konformasyonun nasıl değiştiğine bağlı olarak, protein ya zara sabitlenir ya da matrisin içine ya da zarlar arası boşluğa "itilir".

Proteinlerin mitokondri ve kloroplast zarlarından transferi prensip olarak endoplazmik retikulum zarlarından transferine benzer. Ancak birkaç önemli farklılık vardır. Birincisi, protein matriks veya stromaya taşındığında organelin hem dış hem de iç zarından geçerken, endoplazmik retikulumun lümenine taşındığında moleküller yalnızca bir zardan geçer. Ek olarak proteinlerin retikuluma transferi mekanizma kullanılarak gerçekleştirilir. hedeflenen sürüm(vektörel akıntı) - protein henüz ribozomu tamamen terk etmediğinde başlar (kotranslasyonel içe aktarma), Protein molekülünün sentezi tamamen tamamlandıktan sonra mitokondri ve kloroplastlara aktarım gerçekleşir. (çeviri sonrası içe aktarma).

Bu farklılıklara rağmen her iki durumda da hücre, proteinin hangi membrana yöneleceğini belirleyen bir sinyal dizisini içeren öncü proteinleri sentezler. Görünüşe göre birçok durumda bu dizi, taşıma işleminin tamamlanmasından sonra öncü molekülden ayrılır. Ancak bazı proteinler hemen son halleriyle sentezlenir. Bu gibi durumlarda sinyal dizisinin, bitmiş proteinin polipeptit zincirinde yer aldığına inanılmaktadır. Sinyal dizileri hala tam olarak anlaşılamamıştır, ancak bu tür dizilerin çeşitli türleri olması muhtemeldir ve bunların her biri, bir protein molekülünün hücrenin belirli bir bölgesine transferini belirler. Örneğin bir bitki hücresinde sentezi sitozolde başlayan proteinlerin bir kısmı daha sonra mitokondriye, bir kısmı kloroplastlara, bir kısmı peroksizomlara ve bir kısmı da endoplazmik retikuluma taşınır. Proteinlerin hücre içi doğru dağılımına yol açan karmaşık süreçler ancak şimdi anlaşılmaktadır.

Yeni mitokondri oluşturmak için nükleik asitlere ve proteinlere ek olarak lipitlere de ihtiyaç vardır. Kloroplastlardan farklı olarak mitokondri, lipitlerinin çoğunu dışarıdan alır. Hayvan hücrelerinde, endoplazmik retikulumda sentezlenen fosfolipitler, özel proteinler kullanılarak mitokondrinin dış zarına taşınır ve daha sonra iç zara dahil edilir; bunun iki membran arasındaki temas noktasında meydana geldiğine inanılmaktadır. Mitokondri tarafından katalize edilen lipit biyosentezinin ana reaksiyonu, fosfatidik asidin esas olarak mitokondri iç zarında bulunan ve tüm lipitlerin yaklaşık %20'sini oluşturan fosfolipit kardiyolipine dönüştürülmesidir.

Mitokondriyal genomların boyutu ve şekli

Bugüne kadar 100'den fazla farklı mitokondriyal genom okundu. Nükleotid sekansının tamamen belirlendiği mitokondriyal DNA'daki genlerin seti ve sayısı, farklı hayvan, bitki, mantar ve protozoa türleri arasında büyük farklılıklar gösterir. En fazla sayıda gen, kamçılı protozoanın mitokondriyal genomunda bulundu. Rectinomo-nas americana- Diğer organizmaların mtDNA'sında bulunan tüm protein kodlayan genler dahil olmak üzere 97 gen. Yüksek hayvanların çoğunda, mitokondriyal genom 37 gen içerir: 13'ü solunum zinciri proteinleri için, 22'si tRNA için ve ikisi rRNA için (büyük ribozomal alt birim 16S rRNA ve küçük 12S rRNA için). Bitkilerde ve protozoalarda, hayvanlardan ve çoğu mantardan farklı olarak mitokondriyal genom, bu organellerin ribozomlarını oluşturan bazı proteinleri de kodlar. DNA polimeraz (mitokondriyal DNA'yı kopyalayan) ve RNA polimeraz (mitokondriyal genomu kopyalayan) gibi şablon polinükleotit sentezinin anahtar enzimleri, çekirdekte şifrelenir ve sitoplazmadaki ribozomlarda sentezlenir. Bu gerçek, ökaryotik bir hücrenin karmaşık hiyerarşisinde mitokondriyal özerkliğin göreliliğini gösterir.

Farklı türlerin mitokondriyal genomları yalnızca gen kümesi, konum ve ifade sırası bakımından değil, aynı zamanda DNA'nın boyutu ve şekli açısından da farklılık gösterir. Bugün açıklanan mitokondriyal genomların büyük çoğunluğu dairesel, aşırı sarmal, çift sarmallı DNA molekülleridir. Bazı bitkilerde dairesel formların yanı sıra doğrusal olanlar da vardır ve siliatlar gibi bazı protozoalarda mitokondride yalnızca doğrusal DNA bulunur.

Kural olarak her mitokondri kendi genomunun birkaç kopyasını içerir. Böylece insan karaciğer hücrelerinde yaklaşık 2 bin mitokondri bulunur ve bunların her biri 10 özdeş genom içerir. Fare fibroblastlarında iki genom içeren 500 mitokondri, maya hücrelerinde ise S. cerevisiae- her biri dört genoma sahip olan 22'ye kadar mitokondri.

https://pandia.ru/text/78/545/images/image002_21.jpg" align = "left" width = "386 yükseklik = 225" yükseklik = "225"> İncir. 2. Doğrusal (A), dairesel (B), zincir (C) mtDNA oligomerlerinin oluşum şeması. ori, DNA replikasyonunun başladığı bölgedir.

Farklı organizmaların mitokondriyal genomunun boyutu, falciparum plasmodium'daki 6 binden az nükleotid çiftinden (iki rRNA genine ek olarak, yalnızca üç protein kodlayan gen içerir) kara bitkilerindeki yüzbinlerce nükleotid çiftine (örneğin, örnek, Arabidopsis thaliana turpgiller familyasından 366924 nükleotid çifti). Üstelik aynı familya içinde bile daha yüksek bitkilerde mtDNA boyutunda 7-8 kat fark bulunur. Omurgalıların mtDNA'sının uzunluğu biraz farklılık gösterir: insanlarda - 16569 nükleotid çifti, domuzlarda - 16350, yunuslarda - 16330, pençeli kurbağalarda Xenopus laevis- 17533, sazanda - 16400. Bu genomlar aynı zamanda çoğu uçtan uca yerleşmiş olan genlerin lokalizasyonu açısından da benzerdir; Hatta bazı durumlarda genellikle bir nükleotid kadar örtüşürler, böylece bir genin son nükleotidi diğerindeki ilk nükleotid olur. Omurgalılardan farklı olarak bitkilerde, mantarlarda ve protozoalarda mtDNA, %80'e kadar kodlamayan diziler içerir. Mitokondriyal genomlardaki genlerin sırası türler arasında farklılık gösterir.

Mitokondrideki reaktif oksijen türlerinin yüksek konsantrasyonu ve zayıf bir onarım sistemi, mtDNA mutasyonlarının sıklığını nükleer DNA'ya kıyasla büyüklük sırasına göre artırır. Oksijen radikalleri, C®T (sitozin deaminasyonu) ve G®T'ye (guaninde oksidatif hasar) spesifik ikamelere neden olur ve bunun sonucunda mtDNA muhtemelen AT çiftleri açısından zengin olur. Ek olarak, tüm mtDNA'ların ilginç bir özelliği vardır; nükleer ve prokaryotik DNA'ların aksine metillenmezler. Metilasyonun (DNA'nın kodlama fonksiyonunu bozmadan nükleotid dizisinin geçici kimyasal modifikasyonu), programlanmış gen inaktivasyonunun mekanizmalarından biri olduğu bilinmektedir.

Organellerdeki DNA moleküllerinin boyutu ve yapısı

Bazı hücre ve dokularda göreceli miktarlarda DNA organelleri

Mitokondriyal genomun işleyişi

Memeli mitokondrisinin DNA replikasyonu ve transkripsiyon mekanizmalarında özel olan nedir?

Tamamlayıcı" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">MtDNA'daki tamamlayıcı zincirler, eşit olmayan miktarlarda "ağır" pürin ve "hafif" pirimidin nükleotidleri içerdikleri için spesifik yoğunluk açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Bunlar budur. - H (ağır - ağır) ve L (hafif - hafif) zincir mtDNA molekülünün replikasyonunun başlangıcında, D-döngüsü adı verilen bir döngü oluşur (İngiliz yer değiştirme döngüsünden - bir yer değiştirme döngüsü). skop, bir çift sarmallı ve bir tek sarmallı (H-zincirinin geri çekilmiş kısmı) bölümlerden oluşur. Çift sarmallı bölüm, L zincirinin bir kısmı ve uzunluktaki tamamlayıcı yeni sentezlenmiş DNA fragmanından oluşur. 450-650 (organizmanın tipine bağlı olarak) nükleotidler, ribonükleotid primerinin 5"- ucuna sahip olup, H-zincir sentezinin (oriH) başlangıç ​​noktasına karşılık gelir. L zincirinin sentezi ancak yavru H zinciri ori L noktasına ulaştığında başlar. Bunun nedeni, L zincirinin replikasyon başlangıç ​​bölgesinin yalnızca tek sarmallı DNA sentezi enzimleri tarafından erişilebilir olmasıdır. durumu ve dolayısıyla H zincirinin sentezi sırasında yalnızca örgüsüz bir çift sarmal durumunda. Böylece mtDNA'nın yavru zincirleri sürekli ve eşzamansız olarak sentezlenir (Şekil 3).

Şek. 3. Memeli mtDNA replikasyon şeması. İlk önce D halkası oluşur, ardından yavru H zinciri sentezlenir, ardından yavru L zincirinin sentezi başlar.

16S rRNA geninin sonu (Şekil 4). Uzun olanlardan 10 kat daha fazla kısa transkript var. Olgunlaşma (işleme) sonucunda, mitokondriyal ribozomların yanı sıra fenilalanin ve valin tRNA'nın oluşumunda rol oynayan 12S rRNA ve 16S rRNA'yı oluştururlar. Geriye kalan tRNA'lar uzun transkriptlerden çıkarılır ve 3" uçlarına poliadenil dizilerinin eklendiği çevrilmiş mRNA'lar oluşturulur. Bu mRNA'ların 5" uçları, ökaryotlar için olağandışı bir durum olarak başlıksızdır. Memeli mitokondriyal genlerinin hiçbiri intron içermediğinden birleştirme (füzyon) meydana gelmez.

Şekil 4. 37 gen içeren insan mtDNA'sının transkripsiyonu. Tüm transkriptler ori H bölgesinde sentezlenmeye başlar. Ribozomal RNA'lar uzun ve kısa H-sarmal transkriptlerinden çıkarılır. tRNA ve mRNA, her iki DNA zincirinin transkriptlerinin işlenmesi sonucu oluşur. tRNA genleri açık yeşil renkle gösterilmiştir.

Mitokondriyal genomun başka ne gibi sürprizler sunabileceğini bilmek ister misiniz? Harika! Okumaya devam etmek!..

Lider ve 3" kodlamayan bölgeler, çoğu nükleer mRNA gibi. Bazı genler de intronlar içerir. Dolayısıyla, sitokrom oksidaz b'yi kodlayan kutu geninde iki intron vardır. Birincil RNA transkriptinden, otokatalitik olarak (katılım olmadan) (herhangi bir veya proteinin) ilk intronun çoğunun bir kopyası kesilir. Kalan RNA, amino asit dizisinin bir kısmı kalan kopyalarda kodlanan maturaz enziminin oluşumu için bir şablon görevi görür. Maturase onları keserek kendi mRNA'sını yok eder ve ekzon kopyaları birbirine dikilir ve sitokrom oksidaz b için mRNA oluşur (Şekil 5). "kodlanmayan diziler" olarak.

Şekil 5. Maya mitokondrisinde sitokrom oksidaz b mRNA'nın işlenmesi (olgunlaştırılması). Eklemenin ilk aşamasında, eklemenin ikinci aşaması için gerekli olan maturaz sentezleyen mRNA oluşur.

Mitokondriyal genlerin ifadesini incelerken Trypanosoma brucei Moleküler biyolojinin temel aksiyomlarından birinden, mRNA'daki nükleotid dizisinin, DNA'nın kodlama bölgelerindeki diziye tam olarak karşılık geldiğini belirten şaşırtıcı bir sapma keşfedildi. Sitokrom c oksidazın alt birimlerinden birinin mRNA'sının düzenlendiği, yani transkripsiyondan sonra birincil yapısının değiştiği ortaya çıktı - dört urasil eklendi. Sonuç olarak, enzimin ek bir alt biriminin, virüslerin, mantarların, bitkilerin ve hayvanların dizisiyle hiçbir ortak yanı olmayan amino asit dizisinin sentezi için bir matris görevi gören yeni bir mRNA oluşur. Araştırmacı Burrell, buzağı mitokondriyal genlerinden birinin yapısını, bu gen tarafından kodlanan sitokrom oksidaz alt birimindeki amino asit dizisiyle karşılaştırdı. Sığır mitokondrisinin (ve insanların) genetik kodunun yalnızca evrensel olandan farklı olmadığı ortaya çıktı. biri "idealdir", yani şu kurala uyar: "eğer iki kodon iki özdeş nükleotide sahipse ve üçüncü nükleotitler aynı sınıfa aitse (pürin - A, G veya pirimidin - U, C), o zaman evrensel kodda bu kuralın iki istisnası vardır: üçlü AUA izolösini kodlar ve AUG kodonu metionini kodlar; ideal mitokondriyal kodda bu üçlülerin her ikisi de metiyonini kodlar; UGG üçlüsü yalnızca triptofanı kodlar ve UGA üçlüsü bir durdurma kodonunu kodlar. Evrensel kodda, her iki sapma da protein sentezinin temel yönleriyle ilgilidir: AUG kodonu başlatıcı kodondur ve durdurma kodonu UGA, polipeptit sentezini durdurur. İdeal kod, tanımlanan tüm mitokondrilerin doğasında yoktur, ancak hiçbirinin evrensel bir kodu yoktur. Mitokondrinin farklı dilleri konuştuğunu söyleyebiliriz ama çekirdeğin dilini asla konuşamayız.

“Evrensel” genetik kod ile iki mitokondriyal kod arasındaki farklar

Daha önce de belirtildiği gibi omurgalıların mitokondriyal genomunda 22 tRNA geni bulunmaktadır. Böyle eksik bir dizi, amino asitler için 60 kodonun tümüne nasıl hizmet eder (64 üçlüden oluşan ideal kodda dört durdurma kodonu vardır, evrensel kodda üç vardır)? Gerçek şu ki, mitokondride protein sentezi sırasında kodon-antikodon etkileşimleri basitleştirilir - üç antikodon nükleotidinden ikisi tanıma için kullanılır. Böylece, bir tRNA, yalnızca üçüncü nükleotidde farklılık göstererek kodon ailesinin dört üyesini de tanır. Örneğin, GAU antikodonuna sahip lösin tRNA, TsU, TsUC, TsUA ve Tsug kodonlarının karşısındaki ribozom üzerinde durur ve lösinin polipeptit zincirine şaşmaz bir şekilde dahil edilmesini sağlar. Diğer iki lösin kodonu, UUA ve UUG, antikodon AAU ile tRNA tarafından tanınır. Toplamda sekiz farklı tRNA molekülü, her biri dört kodonlu sekiz aileyi tanır ve 14 tRNA, her biri bir amino asidi kodlayan farklı kodon çiftlerini tanır.

İlgili mitokondriyal tRNA'lara amino asitlerin eklenmesinden sorumlu olan aminoasil-tRNA sentetaz enzimlerinin hücre çekirdeğinde kodlanması ve endoplazmik retikulumun ribozomlarında sentezlenmesi önemlidir. Böylece omurgalılarda mitokondriyal polipeptit sentezinin tüm protein bileşenleri çekirdekte şifrelenir. Bu durumda mitokondrideki protein sentezi, ökaryotik ribozomların çalışmasını bloke eden sikloheksimid tarafından baskılanmaz, ancak bakterilerde protein sentezini inhibe eden eritromisin ve kloramfenikol antibiyotiklerine karşı duyarlıdır. Bu gerçek, ökaryotik hücrelerin simbiyotik oluşumu sırasında mitokondrinin aerobik bakterilerden kökenini destekleyen argümanlardan biri olarak hizmet vermektedir.

Mitokondri için kendi genetik sisteminize sahip olmanın önemi

Peroksizomlar ve lizozomlar gibi diğer organeller neden buna ihtiyaç duymazken mitokondrinin kendi genetik sistemine ihtiyacı var? Bu sorun hiç de önemsiz değildir, çünkü nükleer genomda gerekli sayıda ek gen göz önüne alındığında, ayrı bir genetik sistemin sürdürülmesi hücre için pahalıdır. Burada ribozomal proteinler, aminoasil-tRNA sentetazlar, DNA ve RNA polimerazlar, RNA işleme ve modifikasyon enzimleri vb. kodlanmalıdır. Mitokondriden incelenen proteinlerin çoğu, amino asit dizilimi bakımından hücrenin diğer kısımlarındaki benzerlerinden farklılık gösterir. Bu organlarda başka yerlerde bulunabilecek çok az sayıda protein bulunduğuna inanmak için nedenler var. Bu, mitokondrinin genetik sistemini korumak için nükleer genomda birkaç düzine ek genin olması gerektiği anlamına gelir. Bu "israfın" nedenleri belirsizdir ve cevabın mitokondriyal DNA'nın nükleotid dizisinde bulunacağı umudu gerçekleşmemiştir. Mitokondride oluşan proteinlerin neden sitozolde değil de mutlaka orada sentezlenmesi gerektiğini hayal etmek zordur.

Tipik olarak enerji organellerinde genetik bir sistemin varlığı, organel içinde sentezlenen bazı proteinlerin dışarıdan mitokondri zarından geçemeyecek kadar hidrofobik olmasıyla açıklanmaktadır. Ancak ATP sentetaz kompleksi üzerine yapılan çalışmalar böyle bir açıklamanın mantıksız olduğunu göstermiştir. Her ne kadar ATP sentetazın bireysel protein alt birimleri evrim sırasında yüksek oranda korunmuş olsa da, bunların sentez yerleri değişir. Kloroplastlarda, kompleksin F1-ATPaz kısmının beş alt biriminden dördü de dahil olmak üzere oldukça hidrofilik birkaç protein, organel içindeki ribozomlar üzerinde üretilir. Tam tersine mantar Nörospora ve hayvan hücrelerinde, ATPaz'ın membran kısmının çok hidrofobik bir bileşeni (alt birim 9), sitoplazmanın ribozomlarında sentezlenir ve ancak bundan sonra organele geçer. Farklı organizmalarda işlevsel olarak eşdeğer proteinlerin alt birimlerini kodlayan genlerin farklı lokalizasyonunu, mitokondri ve kloroplastlardan oluşan modern genetik sistemlerin belirli evrimsel avantajlarını öne süren herhangi bir hipotez kullanarak açıklamak zordur.

Yukarıdakilerin tümü göz önüne alındığında, mitokondriyal genetik sistemin evrimsel bir çıkmazı temsil ettiğini ancak varsayabiliriz. Endosimbiyotik hipotez çerçevesinde bu, endosembiyoz ortağı genlerin konakçı nükleer genomuna transfer sürecinin tamamen tamamlanmadan durduğu anlamına gelir.

Sitoplazmik kalıtım

İnsanlar da dahil olmak üzere bazı hayvanlar için sitoplazmik gen transferinin sonuçları, mayalardan daha ciddidir. Birleşen iki haploid maya hücresi aynı boyuttadır ve ortaya çıkan zigota aynı miktarda mitokondriyal DNA katkıda bulunur. Böylece, mayada mitokondriyal genom, yavruların gen havuzuna eşit katkıda bulunan her iki ebeveynden de miras alınır (ancak birkaç nesil sonra ayırmak yavrular genellikle ebeveyn türlerinden yalnızca birinin mitokondrisini içerecektir). Bunun tersine, yüksek hayvanlarda yumurta, zigota spermden daha fazla sitoplazma katkısı sağlar ve bazı hayvanlarda sperm, sitoplazmaya hiç katkıda bulunmayabilir. Bu nedenle yüksek hayvanlarda mitokondriyal genomun yalnızca bir ebeveynden (yani ebeveyn tarafından) aktarılacağı düşünülebilir. anneçizgiler); ve aslında bu deneylerle doğrulanmıştır. Örneğin, mitokondriyal DNA'sı nükleotid sekansı bakımından biraz farklı olan (A ve B tipi) iki laboratuvar suşunun fareleri çaprazlandığında aşağıdakileri içeren yavruların elde edildiği ortaya çıktı:

yalnızca anne tipi mitokondriyal DNA içerir.

Sitoplazmik kalıtım, nükleer olanın aksine, Mendel yasalarına uymaz. Bunun nedeni yüksek hayvanlarda ve bitkilerde farklı cinsiyetlerden gelen gametlerin farklı miktarlarda mitokondri içermesidir. Yani fare yumurtasında 90 bin mitokondri varken spermde sadece dört mitokondri var. Döllenmiş bir yumurtadaki mitokondrilerin ağırlıklı olarak veya yalnızca dişiden geldiği, yani tüm mitokondriyal genlerin kalıtımının anneden olduğu açıktır. Sitoplazmik kalıtımın genetik analizi nükleer-sitoplazmik etkileşimler nedeniyle zordur. Sitoplazmik erkek kısırlığı durumunda, mutant mitokondriyal genom, resesif alelleri özelliğin gelişimi için gerekli olan belirli nükleer genlerle etkileşime girer. Bu genlerin hem homo hem de heterozigot durumdaki baskın alelleri, mitokondriyal genomun durumuna bakılmaksızın bitki verimliliğini yeniden sağlar.

Spesifik bir örnek vererek genlerin anneden kalıtım mekanizması üzerinde durmak istiyorum. Mitokondriyal genlerin Mendel olmayan (sitoplazmik) kalıtım mekanizmasını nihai ve geri dönülemez biçimde anlamak için, iki haploid hücre bir diploid zigot oluşturmak üzere birleştiğinde bu tür genlere ne olduğunu düşünelim. Bir maya hücresinin mitokondriyal protein sentezinin kloramfenikole direncini belirleyen bir mutasyon taşıması ve diğer vahşi tip hücrenin bu antibiyotiğe duyarlı olması durumunda: mutant genler, mayaların bir ortamda yetiştirilmesiyle kolayca tanımlanabilir. yalnızca sağlam mitokondriye sahip hücrelerin kullanabileceği gliserol; bu nedenle kloramfenikol varlığında böyle bir ortamda yalnızca mutant geni taşıyan hücreler büyüyebilir. Diploid zigotumuz başlangıçta hem mutant hem de vahşi tip mitokondriye sahip olacaktır. Mitozun bir sonucu olarak, zigottan sadece az sayıda mitokondri içeren diploid bir yavru hücre tomurcuklanacaktır. Birkaç mitotik döngüden sonra, sonunda yeni hücrelerden biri, ister mutant ister vahşi tip olsun, tüm mitokondrileri alacaktır. Dolayısıyla böyle bir hücrenin tüm yavruları genetik olarak aynı mitokondriye sahip olacaktır. Sadece bir tür mitokondri içeren diploid yavruların oluşması sonucu oluşan böyle rastgele bir sürece denir. mitotiko secemaato. Yalnızca tek tip mitokondriye sahip diploid bir hücre mayoz bölünmeye uğradığında, dört yavru haploid hücrenin tümü aynı mitokondriyal genleri alır. Bu tür mirasa denir nemendebir aslan sıyırmak veya sitoplazmik Nükleer genlerin Mendel kalıtımının aksine. Sitoplazmik gen transferi, incelenen genlerin mitokondride bulunduğu anlamına gelir.

Mitokondriyal genomların, bunların popülasyon genetiğinin belirli yasalarını takip eden evriminin ve nükleer ve mitokondriyal genetik sistemler arasındaki ilişkilerin incelenmesi, ökaryotik hücrenin ve bir bütün olarak organizmanın karmaşık hiyerarşik organizasyonunu anlamak için gereklidir.

Bazı kalıtsal hastalıklar ve insan yaşlanması, mitokondriyal DNA'daki veya mitokondriyal fonksiyonu kontrol eden nükleer genlerdeki belirli mutasyonlarla ilişkilidir. MtDNA kusurlarının karsinojenezdeki rolüne ilişkin veriler birikmektedir. Bu nedenle mitokondri kanser kemoterapisinin hedefi olabilir. Bir dizi insan patolojisinin gelişiminde nükleer ve mitokondriyal genomların yakın etkileşimi hakkında gerçekler vardır. Şiddetli kas zayıflığı, ataksi, sağırlık ve zeka geriliği olan hastalarda otozomal dominant bir şekilde kalıtsal olarak çoklu mtDNA silinmeleri bulundu. Koroner kalp hastalığının klinik belirtilerinde, büyük olasılıkla anne etkisine (sitoplazmik kalıtım) bağlı olan cinsel dimorfizm tespit edilmiştir. Gen terapisinin gelişimi, öngörülebilir gelecekte mitokondriyal genomlardaki kusurların düzeltilmesi için umut veriyor.

Bilindiği gibi, çok bileşenli bir sistemin bileşenlerinden birinin işlevini kontrol etmek için, meydana gelen değişikliklerin daha sonra analiz edilmesiyle bu bileşenin ortadan kaldırılması gerekli hale gelmektedir. Bu özetin konusu, yavruların gelişiminde anne genomunun rolünü belirtmek olduğundan, çeşitli faktörlerin neden olduğu mitokondriyal genom bileşimindeki bozuklukların sonuçlarını öğrenmek mantıklı olacaktır. Yukarıdaki rolü incelemek için kullanılan aracın mutasyon süreci olduğu ortaya çıktı ve bizi ilgilendiren eyleminin sonuçları sözde idi. mitokondriyal hastalıklar.

Mitokondriyal hastalıklar insanlarda sitoplazmik kalıtımın, daha doğrusu “organel kalıtımının” bir örneğidir. Bu açıklamanın yapılması gerekiyor çünkü En azından bazı organizmalarda hücresel organellerle (sitojenlerle) ilişkili olmayan sitoplazmik kalıtsal belirleyicilerin varlığı artık kanıtlanmıştır (-Vechtomov, 1996).

Mitokondriyal hastalıklar, mitokondrinin genetik, yapısal ve biyokimyasal bozukluklarından ve doku solunumunun bozulmasından kaynaklanan heterojen bir hastalık grubudur. Mitokondriyal hastalığın teşhisini koymak için kapsamlı bir soybilimsel, klinik, biyokimyasal, morfolojik ve genetik analiz önemlidir. Mitokondriyal patolojinin ana biyokimyasal belirtisi laktik asidozun gelişmesidir; genellikle hiperpiruvatik asidemi ile birlikte hiperlaktik asidemi tespit edilir. Farklı seçenek sayısı 120 forma ulaştı. Beyin omurilik sıvısındaki laktik ve pirüvik asit konsantrasyonunda sabit bir artış vardır.

Mitokondriyal hastalıklar (MD) modern tıp için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Kalıtsal aktarım yöntemlerine göre MD'ler, nükleer genlerin mutasyonu nedeniyle mitokondriyal proteinlerin yapısı ve işleyişinin bozulduğu veya mitokondriyal DNA'nın ifadesinin değiştiği Mendel tipine göre monogenik olarak miras alınan hastalıkları içerir. esas olarak anne yoluyla yavrulara aktarılan mitokondriyal genlerdeki mutasyonların neden olduğu hastalıklardır.

Mitokondrinin büyük patolojisini gösteren morfolojik çalışmalardan elde edilen veriler: mitokondrinin anormal proliferasyonu, şekil ve boyutta bozukluklarla birlikte mitokondri polimorfizmi, kristaların düzensizliği, sarkolemma altında anormal mitokondri birikimleri, mitokondride parakristalin kapanımlar, interfibriller vakuollerin varlığı

Mitokondriyal hastalıkların formları

1 . Mitokondriyal DNA'daki mutasyonların neden olduğu mitokondriyal hastalıklar

1.1.Mitokondriyal DNA delesyonlarının neden olduğu hastalıklar

1.1.1.Cairns-Sayre sendromu

Hastalık 4-18 yaşlarında kendini gösterir, ilerleyici dış oftalmopleji, retinitis pigmentosa, ataksi, intensiyonel tremor, atriyoventriküler kalp bloğu, beyin omurilik sıvısında 1 g/l'den fazla protein düzeyi artışı, iskelet dokusunda "düzensiz" kırmızı lifler kas biyopsileri

1.1.2.Pearson sendromu

Hastalığın başlangıcı doğumdan veya yaşamın ilk aylarında, bazen ensefalomiyopatiler, ataksi, demans, ilerleyici dış oftalmopleji, hipoplastik anemi, bozulmuş ekzokrin pankreas fonksiyonu gelişimi, ilerleyici seyir mümkündür.

2 .Mitokondriyal DNA'nın nokta mutasyonlarından kaynaklanan hastalıklar

Anneden kalıtım, bir veya her iki gözde görme keskinliğinde akut veya subakut azalma, nörolojik ve osteoartiküler bozukluklarla kombinasyon, retinal mikroanjiyopati, görme keskinliğinde remisyon veya restorasyon olasılığı ile ilerleyici seyir, hastalığın 20 yaşında başlaması -30 yıl

2.2.NAPR sendromu (nöropati, ataksi, retinitis pigmentoza)

Maternal kalıtım türü, nöropati, ataksi ve retinitis pigmentozanın bir kombinasyonu, gecikmiş psikomotor gelişim, demans, kas dokusu biyopsilerinde "yırtılmış" kırmızı liflerin varlığı

2.3.MERRF sendromu (miyoklonus-epilepsi, “düzensiz” kırmızı lifler)

Anneden kalıtım şekli, hastalığın 3-65 yaş arası başlaması, miyoklonik epilepsi, ataksi, demans ile birlikte sensörinöral sağırlık, optik sinirlerde atrofi ve derin hassasiyet bozuklukları, laktik asidoz, EEG incelemelerinde jeneralize banyo epilepsisi ortaya çıkar kompleksler, iskelet kası biyopsilerinde "düzensiz" kırmızı lifler, ilerleyici seyir

2.4. MELAS sendromu (mitokondriyal ensefalomiyopati, laktik asidoz, felç benzeri ataklar)

Maternal kalıtım, hastalığın 40 yaşından önce başlaması, egzersiz intoleransı, mide bulantısı ve kusma ile birlikte migren benzeri baş ağrıları, felç benzeri ataklar, konvülsiyonlar, laktik asidoz, kas biyopsilerinde “düzensiz” kırmızı lifler, ilerleyici seyir.

3 .Genomlar arası iletişimdeki kusurlarla ilişkili patoloji

3.1.Çoklu mitokondriyal DNA silinmesi sendromları

Blefaroptoz, dış oftalmopleji, kas zayıflığı, sensörinöral sağırlık, optik sinir atrofisi, ilerleyici seyir, iskelet kası biyopsilerinde “yırtılmış” kırmızı lifler, solunum zinciri enzimlerinin aktivitesinde azalma.

3.2.Mitokondriyal DNA silinmesi sendromu

Otozomal resesif kalıtım şekli

Klinik formlar:

3.2.1.Ölümcül çocuksu

a) şiddetli karaciğer yetmezliği b) hepatopati c) kas hipotansiyonu

Yenidoğan döneminde ilk kez

3.2.2.Konjenital miyopati

Şiddetli kas zayıflığı, genel hipotansiyon, kardiyomiyopati ve konvülsiyonlar, böbrek hasarı, glikozüri, aminoasitopati, fosfatüri

3.2.3.İnfantil miyopati

Yaşamın ilk 2 yılında ortaya çıkan, ilerleyici kas güçsüzlüğü, proksimal kas gruplarında atrofi ve tendon reflekslerinin kaybı, hızlı ilerleyen seyir, yaşamın ilk 3 yılında ölüm.

4 Nükleer DNA mutasyonlarının neden olduğu mitokondriyal hastalıklar

4.1.Solunum zincirindeki kusurlarla ilişkili hastalıklar

4.1.1.Kompleks 1 eksikliği (NADH:CoQ redüktaz)

Hastalığın 15 yaşından önce başlaması, miyopati sendromu, psikomotor gelişimde gecikme, kardiyovasküler sistem bozuklukları, tedaviye dirençli konvülsiyonlar, çoklu nörolojik bozukluklar, ilerleyici seyir

4.1.2.Kompleks 2 eksikliği (süksinat-CoQ redüktaz)

Ensefalomiyopati sendromu, ilerleyici seyir, nöbetler, olası pitozis gelişimi ile karakterizedir

4.1.3.Kompleks 3 (CoQ-sitokrom C oksidoredüktaz) eksikliği

Çoklu sistem bozuklukları, merkezi ve periferik sinir sistemi, endokrin sistemi, böbrekleri içeren çeşitli organ ve sistemlerde hasar, ilerleyici seyir

4.1.4.Kompleks eksikliği (sitokrom C oksidaz)

4.1.4.1.Ölümcül infantil konjenital laktik asidoz

Böbrek yetmezliği veya kardiyomiyopati ile birlikte mitokondriyal miyopati, yenidoğan çağında başlangıç, ciddi solunum bozuklukları, yaygın kas hipotansiyonu, ilerleyici seyir, yaşamın ilk yılında ölüm.

4.1.4.2.İyi huylu infantil kas zayıflığı

Atrofi, yeterli ve zamanında tedavi ile sürecin hızlı stabilizasyonu ve 1-3 yıllık yaşam süresine kadar iyileşme mümkündür.

5 Menkes sendromu (trikopoliodistrofi)

Psikomotor gelişimde keskin bir gecikme, büyümenin yavaşlaması, büyümenin bozulması ve saçta distrofik değişiklikler,

6 . Mitokondriyal ensefalomiyopatiler

6.1.Leigh sendromu(subakut nörotizan ensefalomiyelopati)

6 aylık yaşamdan sonra ortaya çıkar, kas hipotonisi, ataksi, nistagmus, piramidal semptomlar, oftalmopleji, optik sinir atrofisi, kardiyomiyopatinin eklenmesi ve hafif metabolik asidoz sıklıkla görülür.

6.2.Alpers sendromu(ilerleyici sklerozan polidistrofi)

Karaciğer sirozu, kompleks 5 (ATP sentetaz) eksikliği, gecikmiş psikomotor gelişim, ataksi, demans, kas zayıflığı, hastalığın ilerleyici seyri, olumsuz prognoz ile birlikte beynin gri maddesinin dejenerasyonu

6.3.Koenzim-Q eksikliği

Metabolik krizler, kas zayıflığı ve yorgunluk, oftalmopleji, sağırlık, görme azalması, felç benzeri ataklar, ataksi, miyoklonus epilepsisi, böbrek hasarı: glikozüri, aminoasitopati, fosfatüri, endokrin bozuklukları, ilerleyici seyir, solunum zinciri enzimlerinin aktivitesinde azalma

7 .Laktik ve piruvik asitlerin metabolik bozuklukları ile ilişkili hastalıklar

7.1 Piruvat karboksilaz eksikliği Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın yenidoğan döneminde başlaması, “gevşek çocuk” semptom kompleksi, tedaviye dirençli konvülsiyonlar, kanda yüksek keton cisimcikleri konsantrasyonu, hiperamonyemi, hiperlizinemi, piruvat karboksilaz aktivitesinde azalma iskelet kasları

7.2.Piruvat dehidrojenaz eksikliği

Yenidoğan döneminde ortaya çıkan belirtiler, kraniyofasiyal dismorfi, tedaviye dirençli konvülsiyonlar, solunum ve emme bozuklukları, “sarkık çocuk” semptom kompleksi, serebral disjinezi, yüksek laktat ve piruvat seviyeleri ile şiddetli asidoz

7.3.Azalmış piruvat dehidrojenaz aktivitesi

Yaşamın ilk yılında başlangıç, mikrosefali, gecikmiş psikomotor gelişim, ataksi, kas distonisi, koreoatetoz, yüksek piruvat içerikli laktik asidoz

7.4.Dihidrolipoiltransasetilaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın yenidoğan döneminde başlaması, mikrosefali, gecikmiş psikomotor gelişim, kas hipotonisi ve ardından kas tonusunda artış, optik disk atrofisi, laktik asidoz, dihidrolipoiltrans-asetilaz aktivitesinde azalma

7.5.Dihidrolipoil dehidrojenaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın yaşamın ilk yılında başlaması, "gevşek çocuk" semptom kompleksi, kusma ve ishal ile dismetabolik krizler, gecikmiş psikomotor gelişim, optik disklerin atrofisi, laktik asidoz, artan alanin seviyeleri kan serumu, α-ketglutarat, dallı zincirli α-keto asitler, dihidrolipoil dehidrojenaz aktivitesinde azalma

8 .Yağ asitlerinin beta oksidasyonundaki kusurlardan kaynaklanan hastalıklar

8.1.Uzun karbon zincirli asetil-CoA dehidrojenaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın yaşamın ilk aylarında başlaması, kusma ve ishal ile birlikte metabolik krizler, "gevşek çocuk" semptom kompleksi, hipoglisemi, dikarboksilik asidüri, uzun karbon zincirli yağ asitlerinin asetil-CoA dehidrojenaz aktivitesinde azalma asitler

8.2 Orta karbon zincirli asetil-CoA dehidrojenaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın yenidoğan döneminde veya yaşamın ilk aylarında başlaması, kusma ve ishal ile birlikte metabolik krizler,

kas zayıflığı ve hipotansiyon, sıklıkla ani ölüm sendromu gelişir, hipoglisemi, dikarboksilik asidüri, orta karbon zincirli yağ asitlerinin asetil-CoA dehidrojenaz aktivitesinde azalma

8.3. Kısa zincirli yağ asidi asetil-CoA dehidrojenaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım, hastalığın farklı başlangıç ​​yaşları, azalmış egzersiz toleransı, kusma ve ishal ile metabolik krizler, kas zayıflığı ve hipotansiyon, idrarla metilsüksinik asit atılımının artması, kısa karbon zincirli yağ asitlerinin asetil-CoA dehidrojenazı

8.4.Yağ asitlerinin asetil-CoA dehidrojenazlarının çoklu eksikliği

Yenidoğan formu: kraniyofasiyal dismorfi, beyin disjinezi, şiddetli hipoglisemi ve asidoz, malign seyir, yağ asitlerinin tüm asetil-CoA dehidrojenaz aktivitesinde azalma,

İnfantil formu:"Sarkık çocuk" semptom kompleksi, kardiyomiyopati, metabolik krizler, hipoglisemi ve asidoz

8.5.Tüm yağ asidi asetil-CoA dehidrojenazların aktivitesinde azalma

Geç çıkış formu: periyodik kas zayıflığı atakları, metabolik krizler, hipoglisemi ve asidoz daha az belirgindir, zeka korunur,

9 .Krebs döngüsünün enzimopatileri

9.1.Fumaraz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım, hastalığın yenidoğan veya yenidoğan döneminde başlaması, mikrosefali, genel kas zayıflığı ve hipotansiyon, uyuşukluk atakları, hızlı ilerleyen ensefalopati, kötü prognoz

9.2.Süksinat dehidrojenaz eksikliği

İlerleyici ensefalomiyopati ile karakterize nadir bir hastalık

9.3 Alfa-ketoglutarat dehidrojenaz eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın neonatal başlangıcı, mikrosefali, “gevşek çocuk” semptom kompleksi, uyuşukluk atakları, laktik asidoz, hızlı ilerleyen seyir, dokularda Krebs döngüsü enzimlerinin içeriğinin azalması

9.4.Karnitin eksikliği sendromları ve metabolizmasının enzimleri

Karnitin palmitoiltransferaz-1 eksikliği, otozomal resesif kalıtım türü, hastalığın erken başlangıcı, ketonemik olmayan hipoglisemik koma atakları, hepatomegali, hipertrigliseridemi ve orta derecede hiperamonyemi, fibroblastlarda ve karaciğer hücrelerinde karnitin palmitoiltransferaz-1 aktivitesinde azalma

9.5.Karnitin asilkarnitin translokaz eksikliği

Hastalığın erken başlangıcı, kardiyovasküler ve solunum bozuklukları, "gevşek çocuk" semptom kompleksi, uyuşukluk ve koma atakları, karnitin ester konsantrasyonlarının artması ve kan serumundaki serbest karnitin azalmasının arka planına karşı uzun karbon zincirleri, azalmış aktivite karnitin asilkarnitin translokazının

9.6.Karnitin palmitoil transferaz-2 eksikliği

Otozomal resesif kalıtım türü, kas güçsüzlüğü, miyalji, miyoglobinüri, iskelet kaslarında karnitin palmitoiltransferaz-2 aktivitesinin azalması

Otozomal resesif kalıtım türü, miyopatik semptom kompleksi, uyuşukluk ve uyuşukluk atakları, kardiyomiyopati, hipoglisemi atakları, serum karnitin düzeylerinde azalma ve idrarla atılımda artış.

Mitokondriyal (ve sadece) genomun işleyişindeki belirli değişikliklerle ilişkili böylesine 'korkunç' bir patoloji listesini analiz ettikten sonra, bazı sorular ortaya çıkıyor. Mitokondriyal genlerin ürünleri nelerdir ve hangi süper mega hayati hücresel süreçlerde yer alırlar?

Anlaşıldığı üzere, yukarıdaki patolojilerden bazıları, NADH dehidrojenaz kompleksinin 7 alt birimi, 2 ATP sentetaz alt birimi, sitokrom c oksidazın 3 alt birimi ve ubikinol-sitokrom c redüktazın (sitokrom) 1 alt biriminin sentezindeki bozukluklar nedeniyle ortaya çıkabilir. b) mitokondrinin gen ürünleridir. Buna dayanarak, bu proteinlerin hücresel solunum, yağ asidi oksidasyonu ve ATP sentezi, iç MT zarının elektron taşıma sistemindeki elektron transferi, antioksidan sistemin işleyişi vb. süreçlerinde anahtar rol oynadığı sonucuna varabiliriz.

Apoptozun mekanizmalarına ilişkin son verilere bakıldığında birçok bilim adamı apoptozun bir kontrol merkezinin olduğu sonucuna varmıştır...

Mitokondriyal proteinlerin rolü, mitokondriyal sentezi bloke eden antibiyotiklerin kullanımında da gösterilmiştir. Doku kültüründeki insan hücreleri tetrasiklin veya kloramfenikol gibi bir antibiyotikle tedavi edilirse bir veya iki bölünmeden sonra büyümeleri duracaktır. Bunun nedeni mitokondriyal protein sentezinin inhibisyonudur, bu da kusurlu mitokondrinin ortaya çıkmasına ve sonuç olarak yetersiz ATP oluşumuna yol açar. O halde neden antibiyotikler bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için kullanılabilir? Bu sorunun birkaç yanıtı var:

1. Bazı antibiyotikler (eritromisin gibi) memeli mitokondrisinin iç zarından geçmez.

2. Vücudumuzdaki hücrelerin çoğu çok yavaş bölünmez veya bölünmez, bu nedenle mevcut mitokondrinin yenileriyle değiştirilmesi de aynı yavaşlıkta gerçekleşir (birçok dokuda mitokondrinin yarısı yaklaşık beş gün veya daha uzun bir sürede yenilenir). Bu nedenle, normal mitokondri sayısı, ancak mitokondriyal protein sentezi blokajının günlerce sürdürülmesi durumunda kritik seviyeye düşecektir.

3. Dokudaki bazı koşullar, bazı ilaçların en hassas hücrelerin mitokondrilerine girmesini engeller. Örneğin, kemik iliğinde yüksek Ca2+ konsantrasyonu, hızla bölünen (ve dolayısıyla en savunmasız) kan hücresi öncüllerine nüfuz edemeyen bir Ca2+-tetrasiklin kompleksinin oluşumuna yol açar.

Bu faktörler mitokondriyal protein sentezini inhibe eden bazı ilaçların yüksek hayvanların tedavisinde antibiyotik olarak kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Bu ilaçlardan yalnızca ikisinin yan etkileri vardır: Yüksek dozlarda kloramfenikol ile uzun süreli tedavi, kemik iliğinin hematopoietik fonksiyonunun bozulmasına yol açabilir (kırmızı ve beyaz kan hücrelerinin oluşumunu baskılar) ve uzun süreli tetrasiklin kullanımı, kemik iliğinin hematopoietik fonksiyonunun bozulmasına yol açabilir. bağırsak epiteline zarar verir. Ancak her iki durumda da bu yan etkilerin mitokondriyal biyogenezin bloke edilmesinden mi yoksa başka bir nedenden mi kaynaklandığı henüz tam olarak belli değil.

Çözüm

Mt genomunun yapısal ve fonksiyonel özellikleri aşağıdaki gibidir. İlk olarak mtDNA'nın anneden tüm yavrulara aktarıldığı tespit edildi.

torunları ve kızlarından sonraki nesillere aktarılır, ancak oğullar DNA'larını (anne mirası) aktarmazlar. Anne karakteri

mtDNA'nın kalıtımı muhtemelen iki durumla ilişkilidir: ya babadan gelen mtDNA'nın oranı çok küçüktür (babadan gelen mtDNA yoluyla aktarılmaz)

25 bin anne mtDNA'sında birden fazla DNA molekülü olması), mevcut yöntemlerle tespit edilememesi veya döllenme sonrasında babaya ait mitokondrinin çoğalmasının engellenmesi. İkincisi, birleştirici değişkenliğin olmaması - mtDNA ebeveynlerden yalnızca birine aittir, bu nedenle mayozda nükleer DNA'nın karakteristik rekombinasyon olayları yoktur ve nükleotit dizisi yalnızca mutasyonlar nedeniyle nesilden nesile değişir. Üçüncüsü, mtDNA'da intron yoktur

(rastgele bir mutasyonun DNA'nın kodlama bölgesini etkileme ihtimalinin yüksek olması), koruyucu histonlar ve etkili bir DNA onarım sistemi - tüm bunlar, nükleer DNA'dakinden 10 kat daha yüksek bir mutasyon oranını belirler. Dördüncüsü, normal ve mutant mtDNA aynı hücre içinde aynı anda bir arada var olabilir - heteroplazmi olgusu (yalnızca normal veya yalnızca mutant mtDNA'nın varlığına homoplazmi denir). Son olarak, her iki zincir de mtDNA'da kopyalanır ve çevrilir ve bir dizi özellik bakımından mtDNA'nın genetik kodu evrensel olandan farklıdır (UGA triptofanı kodlar, AUA metiyonini kodlar, AGA ve AGG durdurucudur).

kodonlar).

Mt-genomunun bu özellikleri ve yukarıdaki işlevleri, mtDNA nükleotid dizisi değişkenliği çalışmasını doktorlar, adli tıp bilim adamları, evrimsel biyologlar,

Tarih biliminin temsilcilerinin kendi özel problemlerini çözmeleri.

Mitokondriyal miyopatilerin (J.Y. Holt ve diğerleri, 1988) ve Leber kalıtsal optik nöropatisinin (D.C. Wallace, 1988) altında mtDNA gen mutasyonlarının yattığının keşfedildiği 1988'den bu yana, insan mt genomundaki mutasyonların daha sistematik tanımlanması, aşağıdakilerin oluşmasına yol açtı: mitokondriyal hastalıklar (MD) kavramı. Şu anda her mitokondriyal gen türünde patolojik mtDNA mutasyonları keşfedilmiştir.

Kaynakça

1. Skulachev, mitokondri ve oksijen, Soros. eğitim dergi

2. Biyokimyanın temelleri: Üç cilt halinde, M.: Mir, .

3. Nicholes D. G. Biyoenerjetik, Bir Giriş. Kemiozm'a. Th., Acad. Basın, 1982.

4. Stryer L. Biyokimya, 2. baskı. San Francisco, Freeman, 1981.

5. Skulachev biyolojik membranları. M., 1989.

6. , Chentsov retikulumu: Yapı ve bazı işlevler // Bilimin Sonuçları. Biyolojinin genel sorunları. 1989

7. Chentsov sitolojisi. M.: Moskova Devlet Üniversitesi Yayınevi, 1995

8. , Mitokondriyal genomun yeterlilik kapsamı // Vestn. RAMS, 2001. ‹ 10. s. 31-43.

9. Holt I.J., Harding A.E., Morgan-Hughes I.A. Mitokondriyal miyopatili hastalarda kas mitokondriyal DNA'sının silinmesi. Doğa 1988, 331:717-719.

10. ve benzeri.İnsan genomu ve yatkınlık genleri. St.Petersburg, 2000

11. , Mitokondri genomu. Novosibirsk, 1990.

12. //Soros. eğitim dergi 1999. Sayı 10. S.11-17.

13. Simbiyozun hücre evrimindeki rolü. M., 1983.

14. //Soros. eğitim dergi 1998. Sayı 8. S.2-7.

15. //Soros. eğitim dergi 2000. No.1. S.32-36.

Kiev Ulusal Üniversitesi adını almıştır. Taras Şevçenko

Biyoloji Bölümü

Makale

konuyla ilgili:

“Çocuğun gelişiminde anne genomunun rolü”

İleOrasıenta IVkurs

Biyokimya Bölümü

Frolova Artema

Kiev 2004

Plan:

Giriiş................................................. ..................................1

Mitokondrinin kökenine ilişkin simbiyotik teori......2

Mitokondriyal biyogenezde hücre çekirdeğinin rolü................................................. ...........5

Mitokondriyal taşıma sistemleri.................................................. .................. ......7

Mitokondriyal genomların boyutu ve şekli..................................10

Mitokondriyal genomun işleyişi......14

Mitokondri için kendi genetik sistemine sahip olmanın önemi................................................. ....................................................19

Sitoplazmik kalıtım................................................20

Sunum Metni

Leber sendromu: LHON (1871) anneden geçen görme kaybı, optik sinirin atrofisi ve retinanın ganglion hücre tabakasının dejenerasyonu nedeniyle 20-30 yaş arası kişilerde meydana gelir. Hastalık, anneden geçen mitokondriyal DNA mutasyonu ile ilişkilidir. ND genlerinden biri (kompleks I) . Vakaların %70'inde G11778A(ND4)'tür ve Japonya'da vakaların %90'ında, vakaların %13'ünde G3460A'dır (ND1); vakaların %14'ünde T14484C (ND6) Mutasyon homoplazmik durumdadır

634 baz puan N ailesindeki Leber sendromunun DNA tanısı ilk kez 2006 yılında tarafımızdan gerçekleştirildi. G11778 G11778A yerine probandın Leber sendromlu sağlıklı kız kardeş anne kişi proband ile değiştirilmesi

Vakaların %80-85'inde erkekler etkileniyor (X kromozomu bir tür hassasiyet odağı taşıyor mu?) Patojenik kompleks I mutasyonları taşıyan erkeklerin yalnızca %50'si ve kadınların %10'u gerçekten görme kaybı yaşıyor mu? Çoğu zaman, Leber sendromuna yol açan mutasyonlar mtDNA haplogrubu J'de meydana gelir; Bu grup Avrupalıların yaklaşık %15'i tarafından taşınıyor. Hastalığın oluşumunda rol oynayan ek faktörler var mı (???)

En yaygın nokta mutasyonu: Lösin tRNA'sında A3243G MELAS sendromu felç benzeri atakları olan hastaların çoğunda bulunur Miyopati laktik asidoz ensefalopatisi Mutasyon yalnızca heteroplazmik durumda meydana gelir Bazı ailelerde A3243G ağırlıklı olarak kardiyomiyopatiye, diğerlerinde diyabet ve sağırlığa, diğerlerinde ise PEO'ya neden olur , dördüncü olarak - ensefalopati???

2007'de MELAS sendromunu test ettik. Anne: fenotipik olarak çok kısa boylu, I evli bir kadın. ZPR. Yaralanmadan sonra aniden öldü Mitokondriopati? Oğulda (kandaki mutant moleküllerin %80'i) ve annede (%40) MELAS mutasyonu keşfedildi

RNA (devamı) Lizin tRNA genindeki mutant moleküllerin >%85 seviyesindeki A8344G mutasyonu MERRF sendromuna yol açar: Miyoklonus-epilepsi; “yırtılmış” kırmızı kas lifleri; zeka geriliği; ataksi; kas atrofisi vb. Hastaların anneleri genellikle fenotipik olarak sağlıklıdır veya hafif semptomlara sahiptir. Mutasyon, vücuttaki translasyonun etkinliğini keskin bir şekilde azaltır ve böylece solunum zincirinin eksikliğine neden olur.

12S rRNA geninin en sık görülen mutasyonu A1555G Mutasyon taşıyıcılarının ototoksik aminoglikozidlere duyarlılığı nedeniyle sendromik olmayan işitme kaybına neden olur. 12S ve 16S genlerinin diğer mutasyonları kardiyomiyopati, ataksi, MELAS, diyabet, sensörinöral işitme kaybına neden olur.

NARP (nöropati ataksisi ve retinitis pigmentosa) ATPase6 genindeki mutasyon - nükleotid 8993'te T - G transversiyonu (mutant DNA'nın %70-90'ı) T8993G: ATPase6'da lösinin yerini arginin alır, bu da ATP sentezinin bozulmasına yol açar. mtDNA %90'dan fazladır, klinik belirtiler daha erken gözlenir ve semptomlar daha şiddetlidir: Leigh sendromu (LS) özellikleriyle birlikte subakut nekrotizan ensefalopati

Nörodejeneratif hastalık: - merkezi sinir sisteminin subkortikal bölgelerinde simetrik nekrotik lezyonlar - bazal ganglionlar, talamus, beyin sapı, omurilik; - demiyelinizasyon, vasküler proliferasyon ve “gliosis”; - motor ve zihinsel gerileme, ataksi, distoni, anormal solunum Hastalık erken çocukluk döneminde, nadiren yetişkinlikte başlar; Ölüm genellikle hastalığın başlangıcından iki yıl sonra meydana gelir.

DNA (MILS) 7/10 vaka – solunum zincirinin alt birimlerini veya bunun birleştirilmesinde yer alan proteinleri kodlayan nükleer otozomal genlerin resesif mutasyonları ATPase 6 LS 1/10 vakaları – X kromozomu PDHC mutasyonları

Bunun nedeni 5 kb'lik büyük bir silinmedir. 5 tRNA geni ve 5 protein geni kaybolur KSS - ölümcül bir çoklu sistem patolojisi, 4-18 yaşlarında kendini gösterir: CPEO, retinitis pigmentosa, ataksi, sağırlık, endokrin fonksiyon bozukluğu, atriyoventriküler kalp bloğu, beyin omurilik sıvısında protein seviyelerinde artış 100 mg/dl'nin üzerinde, iskelet kaslarında "düzensiz" lifler Delesyon kalıtsal değildir

2 sendrom: Pearson sendromu – PS Hipoplastik anemi, pankreasın bozulmuş ekzokrin fonksiyonu PEO sendromu – Progresif dış oftalmopleji Her üç sendrom da sporadiktir, mutant mtDNA'nın farklı dokularda birikmesiyle ayrılmasına bağlı olarak oluşur

P.n. ölümcül KSS yerine PEO görülebilir Progresif dış oftalmopleji, pitoz Patoloji dış ekstraoküler kasların felci ile ilişkilidir Bu durumda mutant moleküllerin yüzdesi KSS sendromundan daha azdır, sendrom göz için bir tehdit ile ilişkili değildir Biyokimyasal olarak kaslarda başta sitokrom oksidaz olmak üzere solunum zinciri enzimlerinde bozukluklar bulunur.

Tükenme -MDS Hücrelerde normal mtDNA miktarının %1 - 30'u kalır. Sendrom doğumdan sonraki ilk haftalarda kendini gösterir: ölümcül hepatopati; genelleştirilmiş hipotansiyonlu miyopati; nöbetlerle birlikte kardiyomiyopati (de-Toni-Debreu-Fanconi sendromu); proksimal kas gruplarının atrofisi; tendon reflekslerinin kaybı. Ağır vakalarda ölüm yaşamın ilk yılında meydana gelir

Solunum zinciri genleri LHON LHON+distoni Sporadik miyopati Sporadik miyopati Ensefalomiyopati Sporadik miyopati NARP MILS FBSN MI Ley sendromu Lökodistrofi Ley sendromu Kardiyoensefalopati Lökodistrofi/tübülopati Ley sendromu Paraganglioma

Mitokondriyal anormallik mi? Belirtiler açıksa damardan kan alın ve nokta mutasyonları veya silinmeleri için PCR testi yapın. Kan testinin sonucu negatifse bu hastalığın (heteroplazmi!) olmadığı anlamına gelmez. biyopsi: yetişkinlerde çocuklarda kas veya cilt testi İnvaziv olmayan test için idrar tortusu, yanağın iç yüzeyinin kazınması, daha az sıklıkla saç kökleri kullanılır.

Mitokondriyal anormallik mi? (2) Taze kas, histolojik ve histokimyasal olarak analiz edilir. Solunum zinciri komplekslerinin bireysel bağlantılarının aktivitesine ilişkin ölçümler, süksinat dehidrojenaz aktivitesi için boyama yoluyla veya taze kas Gomori "trikrom boyası" kullanılarak ortaya çıkarılır. Bir bağlantıda bir kusur tespit edilirse, bu, karşılık gelen alt birimin (i veya m) mutasyonunu gösterir; kusurlar çoklu ise, mt tRNA'da veya mitokondrinin işleyişinde yer alan nükleer genlerde bir kusur mümkündür.

Mitokondriyal anormallik mi? (3) Bazen kusur egzersiz sırasında kendini gösterir (ATPase6 geninin mutasyonuna bağlı NARP sendromu) - klinik test gereklidir: laktat ölçümleri, manyetik rezonans veya kızılötesi spektroskopi ile fiziksel egzersiz Son olarak, henüz tanımlanmayan bir durumda, nadirdir. “özel” mutasyonlar, doğrudan mtDNA dizilimi gerçekleştirilir

Farklı organları ilgilendiren hastalıklar ve görünüşte ilgisiz anomalilerin eşzamanlı tezahürü Kalp kası iletim bozuklukları ve serebellar ataksi ile birlikte eksternal oftalmopleji Kas zayıflığı ile birlikte migren Diyabet ile birlikte ensefalomiyopati Optik atrofi ve kardiyomiyopati ile birlikte bulantı, kusma Sağırlık ile birlikte diyabet Eksternal oftalmopleji, pitozis ve retinopati ile birlikte sağırlık Boy kısalığı Miyopati ve felç benzeri ataklarla birlikte Sideroblastik anemiyle birlikte ekzokrin pankreas fonksiyon bozukluğu Gelişimsel gecikme veya beceri kaybı ve oftalmopleji, oftalmoparezi

Mitokondriyal hastalıklar? Mitokondriyal ensefalopatilerin görülme sıklığı yaklaşık 1:11.000 olarak belirlenmiştir. Mitokondriyal hastalıkların genel sıklığı 1:8.000 Mitokondriyal hastalıkların ortaya çıkma yaşı çok değişmektedir ~ 5 yıl sonra ~%50 ~ 5 yıl önce %50 Mitokondriyal hastalıklardan mortalite 5 Tezahür tarihinden itibaren yılda -20%

Mitokondriopati, bulaşıcı hastalıklara maruz kaldıktan sonra durumu keskin bir şekilde kötüleşebilir; durum ayrıca stres, oruç tutma, hipotermi, uzun süreli hareketsizlik, lokal ve genel anesteziyi dikkatli kullanın!

Hastalıklar – bu ne kadar gerçekçi? Farmakolojik yaklaşım Vitaminler, kofaktörler, serbest radikal temizleyiciler - solunum zincirinin zarar görmesini önlemek için En başarılı örnek, MELAS hastalarında laktik asidozu azaltmak için kullanılan dikloroasetattır. Başarı kısmi ve geçicidir, çoğunlukla tedavi etkisizdir

Hastalıklar (2) Diğer bir yaklaşım ise mutant:normal mtDNA oranını azaltmaktır I. "Gen değişimi" yoluyla mutant olmayan moleküllerin sayısını artırmak Genellikle stres veya egzersize yanıt olarak uydu hücreleri çoğalır ve iskelet miyofibrilleriyle birleşir. Miyopatili bazı hastalar. Uydu hücrelerinde mutant mtDNA yüzdesi iskelet kasına göre daha düşüktür Kastaki normal mtDNA moleküllerinin oranı artar, kusur düzeltilir İskelet kaslarında uydu hücrelerinin çoğalması uyarılır

Hastalıklar (3) II. Mutant mtDNA moleküllerinin sayısının azaltılması Mutant DNA'ya seçici olarak bağlanan ve replikasyonunu bloke eden sentetik moleküllerin geliştirilmesi Mutant DNA'yı seçici olarak yok eden bir kısıtlama enziminin mitokondriye sokulması Başarı şu ana kadar yalnızca in vitro olarak elde edildi.

Hastalıklar (4) “Moleküler hücre içi yeniden yapılanma” Arızalı mitokondriyal olanlar yerine sitoplazmadan normal tRNA'ların alınması Arızalı solunum kompleksinin değiştirilmesi. Başka bir organizmadan (maya) elde edilen normal olana zincirler Yumurta hücresi çekirdeğinin mutant sitoplazmadan normal olana nakli Tüm bu yaklaşımlar deneysel geliştirme aşamasındadır.

Hastalıklar – bu ne kadar gerçekçi? Günümüzde mitokondri hastalığını tedavi etmek mümkün değildir. Semptomatik tedavide: Fizik tedavi, aerobik jimnastik, orta ve hafif egzersiz Antiepileptik ilaçlar, hormonlar, vitaminler, metabolitler, kofaktörler Farmakolojik Blefaroplasti, koklear implantasyon, kalp, böbrek, karaciğer nakli, cilt altı. Endoskopik gastrotomi, krikofaringeal miyotomi Cerrahi

Mitokondriyal hastalıklar veya seyrini ağırlaştırır Valproat: MELAS'ta nöbet sıklığını arttırır, hepatotoksik Aspirin, fenobarbital Kortikosteroidler Tetrasiklin, kloramfenikol Aminoglikozidler streptomisin, gentamisin, amikasin, neomisin, kanamisin - ototoksik Etambutol (LHON'un tezahürünü kışkırtır) Statin (tezahürünü kışkırtır) MELAS) Antiretroviral ilaçlar: AZT – zidovudin, doksorubisin mtDNA tükenmesine neden olur Liste tam olmaktan çok uzak!

Daha fazla yükle...

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Mitokondriyal genetik

1. Mitokondrinin biçimsel genetiği

Plastidlerin aksine mitokondri tüm ökaryotlarda bulunur: bitkiler, hayvanlar ve mantarlar. Her üç krallıkta da mitokondri aynı işlevi görür ve yapıları genel olarak benzerdir. Mitokondri, boyutları 1 mikrondan değişen yuvarlak yapılardır (Şekil 1).

Pirinç. 1 Yaprak mezofil mitokondrisinin elektron mikrografı

Bununla birlikte, bazı durumlarda mitokondri oldukça uzun, boru şeklinde kavisli bir yapı halinde birleştirilebilir. Mitokondrinin iç içeriğine matris denir. Matris ince fibriller ve granüller içerir. Granüllerin, sitoplazmanın ribozomlarından boyut ve yoğunluk bakımından farklı olan mitokondriyal ribozomlar olduğu bulunmuştur. Mitokondri, diğer organeller gibi, dışta çift zarla çevrilidir. Mitokondrinin dış zarı, plastidlerin dış zarına, çekirdeğe ve endoplazmik retikulumun zarına benzer. Mitokondrinin iç zarı invaginasyonlar (kristalar) oluşturur. Mitokondrinin işlevlerini sağlayan tüm ana enzim toplulukları iç zarın yüzeyinde bulunur. Mitokondrinin iç ve dış zarlarını ayırmaya yönelik yöntemler vardır. Mitokondrinin dış zarı daha az yoğun olduğundan ve fosfat çözeltisinde geri dönülemez şekilde şiştiğinden, bu onun yırtılmasına ve iç zardan ayrılmasına yol açar. İzole edilmiş mitokondrinin fosfatla işlenmesinden sonra, bu organellerin dış ve iç zarları santrifüjleme yoluyla ayrılabilir. Elektron mikroskobu ile baktığınızda şeffaf içi boş küreler gibi görünürler ve iç zarın oluşturduğu kürenin hacmi, dış zar küresinin hacminden çok daha fazladır. Bu nedenle mitokondrinin hacimsel yapısını küçük bir topun içine yerleştirilmiş büyük bir top olarak hayal etmek kolaydır. Bu durumda iç zarda krista adı verilen çok sayıda kıvrım ortaya çıkacaktır. Mitokondride meydana gelen süreçlerin aktivitesi, kristaların sayısı ve büyüklüğü ile doğrudan ilgilidir. Krista yüzeyi ve dolayısıyla iç zarın yüzeyi ne kadar büyük olursa, bu işlemler o kadar aktif olur. Sonuç olarak mitokondri iç zarı, organellerin işlevsel durumuna bağlı olarak boyut olarak değişir.

İç ve dış zarlar yoğunluk (iç kısım daha yoğun), geçirgenlik (iç kısım oldukça spesifik geçirgenliğe sahiptir, dış kısım spesifik olmayan geçirgenliğe sahiptir), farklı enzim bileşimleri ve farklı protein/lipit oranları bakımından farklılık gösterir.

Mitokondrinin iç zarı yapısı bakımından benzersizdir. Elektron transferi, oksidatif fosfoliasyon, yağ asidi zincir sentezini gerçekleştiren çok bileşenli protein-enzim komplekslerinin yanı sıra küçük moleküllerin mitokondrinin iç boşluğuna transferini düzenleyen proteinler içerir.

Mitokondri, plastidler gibi asla "yeniden" ortaya çıkmaz. Anaerobik koşullarda yaşayan organizmalar bile mitokondriye benzer yapılara sahiptir. Örneğin, aynı maya türü aerobik ve anaerobik koşullar altında yetiştirilirse, o zaman anaerobik koşullar altında büyüyen hücrelerde mitokondri boyutu değişir, ancak sayıları azalmaz.

Mitokondrinin bölünmesi, tıpkı plastidler gibi, dambıl şeklindeki şekillerin oluşması ve ardından bunların bağlanmasıyla amitoz kullanılarak gerçekleştirilir.

Bazı durumlarda, mitokondriyal bölünmenin hücre çekirdeği ile eşzamanlılığını ve bunların bazı biyolojik nesnelerdeki yavru hücreler arasında oldukça doğru dağılımını göstermek mümkün oldu. Böylece siliatlarda mitokondriyal bölünmenin hücre çekirdeği ile tam senkronizasyonu gösterilmiştir. Bitki hücrelerinin mitotik olarak bölünmesinde ve yuvarlak kurt spermatositlerinin bölünmesinde, mitokondrinin iğ boyunca oldukça hassas bir şekilde dağıldığı gösterilmiştir.

Tarihsel olarak, hemen hemen tüm resmi mitokondriyal genetik, mantarlarda ve öncelikle mayada incelenmiştir. Diğer organizmalarda belirli özelliklerin mitokondri ile bağlantısına dair yalnızca izole edilmiş kanıtlar vardır. Mayanın yaşam döngüsü şekilde gösterilmiştir.

Pirinç. 2 Yaşam döngüsü Saccharomyces cerevisiae

Maya tek hücreli fakat çok çekirdekli bir organizmadır. Yaşamlarının önemli bir bölümünü haplofazda geçirirler ve bu nedenle çekirdekleri haploiddir. Karşıt cinsiyet faktörlerine (veya melezleme türlerine) sahip olan haploid klonlar, A Ve A, birbiriyle birleşebilir. Aynı türde çaprazlamaya sahip haploid klonlar döllenmeye katılamaz. Döllenmeden sonra çekirdekler birleşir ve diploid klonlar oluşur. Diploid klonlarda sporülasyon ve mayoz meydana gelir, iki zıt çaprazlama tipine sahip haploid klonlara yol açan bir ascus oluşur A Ve A eşit oranlarda. Doğal olarak basit Mendel genleri, cinsiyet faktörünü kontrol eden genle aynı şekilde bölünecektir; 1:1'lik bir bölünme verecektir.

Zigotik fazdaki maya heterozigottur ve iki şekilde çoğalabilir: bitkisel ve üretken. Bitkisel çoğalma sırasında basitçe bölünürler ve ortaya çıkan hücrelere birkaç diploid çekirdek girer. Ayrıca tomurcuklanma yoluyla vejetatif çoğalma da gerçekleşebilir. Oluşan tomurcuklarda çekirdekler de diploittir. Doğal olarak bitkisel üreme sırasında nükleer genlerde bölünme meydana gelmez; heterozigotlar heterozigot olarak kalır.

Üretken üreme sırasında mayoz bölünme meydana gelir ve askospor adı verilen haploid çekirdekli hücreler oluşur. Askosporlar haploiddir ve baskın ve resesif alellere sahip eşit sayıda askospora ayrılırlar; 1:1.

Dolayısıyla, eğer 1:1 ayrışma gözlemlenmezse, bu bize bu genlerin muhtemelen Mendel olmayan ve dolayısıyla muhtemelen sitoplazmik olduğunu gösterebilir.

Mayada nükleer olmayan bir mutantın varlığı ilk kez 1949'da Fransız araştırmacı B. Effrussi tarafından gösterildi. Bu mutantlar solunum bozuklukları ve zayıf büyüme sergiliyorlardı. Bazı sitokromları içermiyorlardı. Bu tür mutantlar, akridin boyalarının etkisi altında büyük miktarlarda (bazen %100'e kadar) elde edilebilmektedir. Ancak %1'e varan sıklıkta kendiliğinden de ortaya çıkabilirler. Bu mutantlara " minyon", Fransızca "küçük" kelimesinden gelir.

Bu mutantlar normal türlerle çaprazlandığında, istisnasız tüm yavrular normaldi. Adenin ve tiamin ihtiyacı gibi diğer genetik belirteçlerde cinsiyet tipi faktörlere bölünme normaldi (1:1).

İlk nesil melezlerden rastgele hücreleri seçip bunları tekrar mutantlarla çaprazlarsanız minyon Bazen %1'den daha az sıklıkla nadir mutant yavrular ortaya çıksa da, tüm yavrular yine normaldi. Onlar. bu mutantların kendiliğinden ortaya çıkışıyla hemen hemen aynı sıklıkta ortaya çıktılar. Bu melezleri tekrar seçip normal melezlerle çaprazlayarak aynı sonucu elde etmek mümkün oldu. Bunların nükleer genlerin mutasyonları olduğunu varsayarsak, bu durum 20 bağımsız lokustaki bölünmenin sonucu olarak temsil edilebilir. 20 lokusta eş zamanlı mutasyona uğramış bir mutantın ortaya çıkması neredeyse inanılmaz bir olaydır.

R. Wright ve D. Lederberg, bu mutantların nükleer olmadığına dair ikna edici kanıtlar elde etti. Deneylerinin tasarımı aşağıdaki gibiydi. Maya hücreleri birleştiğinde, çekirdekler hemen kaynaşmaz ve bu anda hem ebeveynden hem de diğer ebeveynden haploid çekirdekler içeren tomurcuklar birikebilir. Bu tür haploid tomurcuklar kendiliğinden diploidleşir (A --> AA; a --> aa). Örneğin bir mutasyona sahip bir suş varsa minyon arginin üzerinde büyüyememe ile işaretlenmiştir ve ikincisi - değil minyon, triptofan üzerinde büyüyememe ile işaretlenir, daha sonra bu tür melezlerden tomurcuklar seçerek, nükleer genlere dayalı ebeveyn suşları seçeriz. Sitoplazmik olanlara ne olur? R. Wright ve D. Lederberg'in deneyi sonucunda aşağıdakiler ortaya çıktı. 91 klondan klon olmayanlarla aynı çekirdeğe sahip 6 klon bulundu. minyon mutant ama fenotip tipik minyon. Sonuç olarak bu fenotip çekirdek tarafından değil ondan bağımsız olarak belirlenir ve bu mutasyona nükleer olmayan denilebilir.

Nükleer mutasyonlar daha sonra keşfedildi minyon. Toplamda bu tür yaklaşık 20 mutant keşfedildi. Bunların hepsi normal şekilde mendelize oldu ve askosporların nesilleri, fenotipik olarak sitoplazmik mutantlara çok benzer olmalarına rağmen normal 2:2 bölünme sağladı. Sitoplazmayı geçerken minyon nükleer olanlarla, zigotların normal nefes alma yeteneği kazandığı ve ardından bölünmenin gerçekleştiği keşfedildi 2: Böylece tamamlama testi, farklı lokalizasyondaki mutantlarla karşı karşıya olduğumuzu kanıtladı. Mitokondriyal fonksiyon bozukluğu olan nükleer ve sitoplazmik mutantların keşfi, bu organellerin tüm fonksiyonlarının sitoplazmik genler tarafından kodlanmadığını da gösterdi. Bazıları nükleer genleri kodlar.

Daha sonra B. Effrussi buna benzer başka bir fenotip keşfetti. minyon ancak bu mutasyonun kalıtımı farklı bir şekilde gerçekleşti. Mutantları geçerken minyon normal hücrelerle tüm nesiller yavaş büyüme özelliğini kazandı ve bölünme 0:4 oldu. Bu nedenle, yalnızca normal yavrular üreten ilk sitoplazmik mutant türü nötr olarak adlandırıldı ve yalnızca mutant olanları üreten ikinci tip, baskılayıcı veya baskın olarak adlandırıldı. minyon. Bu durumda baskıcı olmak bir tür tahakkümdür. Ancak bu, resesif alelin yalnızca heterozigotta gizlenmediği, tamamen ortadan kaybolduğu özel bir tür baskınlıktır. Çok sayıda deney, baskılayıcı mutantların minyon Ayrıca sitoplazmiktirler, çünkü görünümlerine neden olan faktörler çekirdekle birlikte kalıtsal değildir.

Daha sonraki moleküler çalışmalar, baskılayıcı mutantların minyon Nötr olanlardan farklı olarak, neredeyse yalnızca AT çiftlerinden oluşan daha kısa mitokondriyal DNA moleküllerine sahiptirler. Büyük olasılıkla baskılayıcı etki, bu tür mitokondriyal DNA'nın daha hızlı çoğalmasına ve bunun sonucunda normal mitokondriyal DNA'nın yer değiştirmesine dayanmaktadır.

Bu nedenle, tipteki sitoplazmik mutantlarda minyon mitokondriyal DNA'da nispeten küçük silinmeler vardır (nötr mutantlar minyon) veya mitokondriyal genomun toplam yeniden düzenlenmesi - (baskılayıcı mutantlar minyon).

Ek olarak, eksik baskılamaya sahip mutantlar da keşfedildi; normal tipte bireylerin belirli bir yüzdesini üretme yeteneği - 10, 20, 30 ve hatta yaklaşık yüzde 50.

Bastırma derecesinin dış ortamın (sıcaklık, alt tabaka vb.) etkilerine bağlı olduğu ortaya çıktı. Nükleer mutantlar böyle bir bağımlılık göstermedi, bu da tamamen baskılayıcı sitoplazmikleri ayırt etmeyi mümkün kıldı. minyon nükleerden.

Chlamydomonas'ta sitoplazmik antibiyotik direnç mutantları hakkında veriler elde edildikten sonra mayada antibiyotik direnç mutasyonları elde edilmeye başlandı. Bu tür mutantların bir kısmının da sitoplazmik olduğu ortaya çıktı. Örneğin eritromisine duyarlı olan ile eritromisine dirençli olanın çaprazlanması sırasında Acil servislerXhata, tüm yavrular eritromisine duyarlıydı Ers(yani vahşi türle aynı) ve herhangi bir bölünme meydana gelmedi. Aynı sonuç diğer antibiyotiklere karşı dirençli mutantlarda da gösterildi. Ancak tomurcuklar zigotun oluşumundan hemen sonra seçilirse aralarında mutant fenotipler bulunabilir.

Dihibrit geçişte, yani. farklı antibiyotiklere duyarlı, örneğin kloramfenikole dirençli, ancak eritromisine duyarlı, kloramfenikole duyarlı, ancak eritromisine dirençli iki sitoplazmik mutantı geçerken CrER'lerXCsERr, yavrularda ebeveynlerden yalnızca birinin baskın olduğu fenotip - CrER'ler. Aynı zamanda, döllenmeden hemen sonra tomurcuklardan seçim yapılırken, yalnızca fenotiplerin ebeveyn sınıfları değil, aynı zamanda rekombinantlar da keşfedildi: CrERrVeCsER'ler, onlar. Her iki antibiyotiğe de duyarlı veya dirençli. Rekombinantların varlığı ilk kez mitokondriyal genlerin nükleer genlerle aynı şekilde yeniden birleşebildiğini gösterdi. Aynı zamanda, Chlamydomonas'taki plastid genlerin rekombinasyonu üzerine yapılan deneylerin aksine, mayada rekombinasyon polaritesi keşfedildi; Geçiş yönüne bağlı olarak eşit olmayan sayıda rekombinant fenotip. Rekombinasyon polaritesi, mitokondriyal genomda özel bir genetik cinsiyet faktörünün varlığı olarak açıklanmıştır. Bu faktör u+ ve u- olarak adlandırıldı. u+ faktörüne sahip ana form, yani. dişi ebeveyn, belirteçlerinin tercihli iletimini (daha yüksek iletim frekansı) sağlar. Bu mitokondriyal faktör için aynı cinsiyetten ebeveynleri çaprazlarken rekombinasyon polaritesi gözlenmez ve eşit sayıda rekombinant elde edilir. Mitokondrinin cinsiyet faktörü, organizmanın cinsiyeti ne olursa olsun kalıtsaldır.

Gerçekte sitoplazmik organeller (genel kabul görmüş anlamda mitokondriler) seks yapar mı? E. coli'de olduğuna inanırsak var olduğunu varsayabiliriz.

Ancak asıl önemli olan, elde edilen birçok mutasyonun ve mitokondriyal genlerin rekombinasyonunun tespit edilmesinin yardımıyla bunların haritalanmasının mümkün hale gelmesiydi.

Mutasyonların çaprazlanmasıyla ilgili deneylerde minyon antibiyotik direnci mutasyonları ile en azından tüm baskılayıcı mutasyonların olduğu bulunmuştur. minyonÇaprazlamalarda antibiyotik direnç genleri kaybolur. Bunun gerçekleştiği gösterilmiştir çünkü baskılayıcı minyon mitokondriyal DNA'da geniş hasar alanları vardır ve bu durumda rekombinasyon beklemek kesinlikle imkansızdır. Bazı antibiyotiklere dirençli mutantlarda solunum yetmezliğine neden olan mutasyonlar tetiklendiğinde, direnç belirteçlerinin bazen kaybolduğu ortaya çıktı. Başlangıç ​​formu olarak antibiyotiklere karşı çift dirençli mutantlar kullanılarak solunum yetmezliği olan mutantlar üretilirken, ortaya çıkan solunum kusurlu mutantlar her iki direnç işaretini veya bunlardan yalnızca birini kaybedebilir. Bu, solunum yetmezliği mutantlarının bir dereceye kadar mitokondriyal DNA silinmesini temsil ettiğini ve dolayısıyla bunun mitokondriyal genomun haritasını çıkarmak için de kullanılabileceğini öne sürdü.

1952'de Neurospora'da K. Mitchell, daha sonra adı verilen ilk yavaş büyüyen mutantı keşfetti. Mİ-1 (İngilizce "annelik mirası"nın kısaltması - anne miras). Bu mutasyonun kalıtımı melezleme yönüne bağlı olarak meydana geldi ve tüm yavrular anne formuyla aynı fenotipteydi. Bunun nedeni muhtemelen Neurospora'daki erkek gametin döllenme sırasında sitoplazmaya katkıda bulunmamasıdır. Kendiliğinden oluşan bu mutasyonun mitokondri ile bağlantısı, yalnızca anneden miras alınması ve karşılıklı çaprazlamalardaki farklılıklarla değil, aynı zamanda sitokromlardan yoksun olmalarıyla da gösterilmiştir. A Ve B Elektron transfer sisteminde.

Daha sonra, mitokondriyal solunum yetmezliği ile ilişkili diğer yavaş büyüyen Neurospora türleri elde edildi. Örneğin bazıları mutanttır Mİ-3 Ve Mİ-4, ortaya çıktı ki, onlar da mutantla aynı şekilde miras alındılar Mİ-1, örneğin diğer kısım mutant iken S115 Ve S117 normal Mendel monohibrit kalıtım sergiledi. Bu, hem nükleer hem de sitoplazmik mutasyonlar meydana geldiğinde organellerin, kloroplastların ve mitokondri fenotipinin değiştiği diğer benzer vakaları anımsatıyor; bu da hem sitoplazmik hem de nükleer genetik sistemlerin işlevlerini ortaklaşa kontrol ettiğini gösteriyor.

Daha sonra, yavaş büyüyen mutantlarda büyüme hızını geri kazandıran birkaç baskılayıcı gen keşfedildi. Bu baskılayıcıların her birinin, mutantlardan yalnızca birinde büyüme oranını geri getirdiğini belirtmek ilginçtir. Örneğin, adı verilen bir baskılayıcı gen F sitoplazmik mutantın büyüme hızını geri getirdi Mİ-1, fakat diğer sitoplazmik mutantta değil Mİ-3 veya Mİ-4, ve nükleer mutantlarda değil S115 Ve S117. Diğer baskılayıcılar da benzer şekilde hareket etti. Birçok nesilden sonra baskılayıcı genler mantarlardan çaprazlama yoluyla çıkarılırsa, mutant sitoplazmik fenotip yeniden ortaya çıkacaktır. Nükleer ve sitoplazmik genler arasındaki benzer bir etkileşim, yüksek bitkilerde, örneğin birçok bitkide erkek kısırlık özelliğinin kalıtımı sırasında gözlemlenebilir.

Nükleer ve sitoplazmik yavaş büyüyen mutantlar birbirleriyle geçerken, nükleer ve sitoplazmik genlerin bağımsız kalıtımı gösterilmiştir.

Örneğin, vahşi tip x'i geçerken (Mİ-1xS115) yavru F 1 (Mİ-1xS115) fenotipik olarak homojendi - tüm bireyler yavaş büyüyordu ve geri dönüş veya test melezlemelerinin yavruları vahşi tip x idi (Mİ-1xS115) artık mutasyon içermiyor Mİ-1 ve nükleer gen boyunca bölünüyoruz S-115 1:1 oranında.

Sitoplazmik mutantların birbirleriyle çaprazlanması herhangi bir yeni sonuç vermedi, çünkü sitoplazmik mutantlar, en azından Neurospora'da, cinsel üreme sırasında kesinlikle anneden kalıtım gösteriyor. Bu arada, farklı sitoplazmik mutantlar, prensipte aynı fenotipe (yavaş büyüme) sahip olmalarına rağmen, aralarındaki fenotipik farklılıklar hala tespit edilebiliyordu çünkü yavaş büyümenin farklı dereceleri vardı. Bununla birlikte, cinsel üreme sırasındaki katı annesel kalıtım, iki sitoplazmik mutasyonun bir sitogen (sitoplazmik heterozigot) halinde birleştirilmesine izin vermedi, bu da sitoplazmik genlerin rekombinasyonunu ve dolayısıyla bunların haritalanmasını imkansız hale getirdi.

Bu durumdan bir çıkış yolu, çeşitli nükleer ve nükleer olmayan genomların tek bir hücrede birleştirilmesini mümkün kılan nörospora hiphalarının füzyonu yoluyla bulundu.

Çeşitli sitogetler oluştururken aşağıdaki sonuçlar elde edildi:

Mİ-1 / yabani tip -- tüm yavrular yalnızca yabani tiptedir;

Mİ-3 / yabani tip - vahşi tipin yavrularının bir kısmı, diğer kısmı ise mutantın karakteristik hızında büyür Mİ-3;

Mİ-1 / Mİ-Z-- fenotipli yavruların çoğu Mİ-3 ve fenotipe sahip yavruların küçük bir kısmı Mİ-1;

Mİ-1 / Mİ-4 -- başlangıçta yabani tipte bir fenotip, daha sonra fenotiplere bölünür Mİ-1 Ve Mİ-4.

Böylece, ikinci durumda, sitoplazmik mutasyonların tamamlayıcılığı tespit edildi; bu, bu mutasyonların mitokondriyal genomun farklı bölgelerinde meydana geldiğini gösterir.

Daha sonra Neurospora'nın diğer sitoplazmik mutasyonları elde edildi. Hiflerin füzyonu ve sitogetlerin üretimi yöntemi, çeşitli rekombinantların üretilmesini ve ardından Neurospora'nın genetik bir haritasının oluşturulmasını umut etmeyi mümkün kıldı. Ancak bu, Neurospora'nın Chlamydomonas veya maya gibi çok çeşitli sitoplazmik mutasyonlar üretmemesi nedeniyle engellendi.

Daha sonra Neurospora'dan elde edilen çeşitli kromozomal olmayan mutasyonlar moleküler biyoloji yöntemleri kullanılarak incelendi ve mitokondriyal genomla ilişkilendirildi.

Başka bir Podospore mantarında erken yaşlanma olgusuna neden olan bir mutasyon keşfedildi. Mutantlarda kültürün yaşayabilirliği, yeniden tohumlama sonrasında giderek azaldı. Karşılıklı çaprazlamalarla yaşlanma olgusunun kalıtımının anne doğası açıklığa kavuşturuldu. Ancak anneden miras eksikti. Bu özellik hem cinsel yolla hem de miselyumlara katılarak bulaşır. Bölünmenin varlığı, her ne kadar düzensiz olsa da, özelliğin kalıtımının parçacıklı doğasını gösterir. Bunun bulaşıcı bir ajan değil, mitokondriyal bir gen olduğunu gösteren pek çok araştırma yapıldı. Tam moleküler veriler şu anda mevcut olmasa da bunların aynı zamanda mitokondriyal genomun mutasyonları olduğu zaten açıktır. Mitokondriyal genomda yaşlanma geninin varlığı, gerontolojik konularda birçok spekülasyona yol açtı ve bazı doktorlar, insanlarda yaşlanmanın yalnızca mitokondri fonksiyonlarındaki değişikliklerle değil aynı zamanda genomlarındaki değişikliklerle de ilişkili olduğuna inanıyor.

İnsanlardaki gerontolojik süreçler ile mitokondriyal DNA'daki değişiklikler arasındaki bağlantı fikrinin spekülatif doğasına rağmen, insan mitokondriyal genomundaki değişkenlik çalışmasına ilişkin yeni veriler bunu doğrulamaktadır.

Antik çağlardan beri, insanlarda anne soyundan anneden tüm torunlara kadar miras alınan oldukça fazla sayıda hastalık bilinmektedir. Bu hastalıklar oldukça nadirdir, muhtemelen sadece kadın cinsiyeti tarafından bulaşmaları nedeniyle. Ayrıca mitokondriyal DNA'daki büyük delesyon değişiklikleri elbette çoğu zaman ya embriyonik dönemde ölüme ya da üreme fonksiyonlarının bozulmasına yol açmaktadır. Her durumda, doğal seçilim tarafından etkili bir şekilde silinip süpürülüyorlar.

Model nesnelerdeki (Chlamydomonas, maya vb.) sitoplazmik genlerin incelenmesinde oldukça iyi uygulanan resmi genetik yaklaşım, insanlarda sitoplazmik olarak kalıtsal özelliklerin analizinde o kadar başarılı değildi ve bu nedenle öğrenilebilecek en fazla şey buydu. Soyağacı analizinden bu tür kalıtsal hastalıkların hala mevcut olduğu ortaya çıktı.

İyi bilinen optik sinir atrofisi sendromuna (Leber hastalığı veya kalıtsal optik nöropati) ek olarak, nükleer olmayan şekilde kalıtsal başka hastalıklar da vardır. Bu hastalıklar öncelikle kasların, beynin, kalbin, endokrin sistemlerin işlev bozukluğu ile ilişkilidir ve belirli organlarda yeterince aktif olmayan mitokondriyal fonksiyonla ilişkilidir. Mitokondri aracılı bir diyabet türü bile var.

Bu hastalıkların doğasını belirlemek ancak moleküler yöntemlerin yardımıyla mümkün oldu. Leber hastalığına sahip çeşitli ailelerde yapılan bir araştırma, farklı vakalarda mitokondriyal genomun farklı kısımlarında mutasyonlar olduğunu gösterdi.

Çoğu zaman, kalıtsal sitoplazmik hastalıkları olan aileler heteroplazmi sergiler ve anneler hem normal hem de mutant mitokondriyal DNA'ya sahiptir, bu da hem mutant hem de normal plazma tiplerine sahip yavrularla sonuçlanır.

İnsan yaşı ile mitokondriyal DNA arasındaki ilişki moleküler biyoloji teknikleri kullanılarak da gösterilmiştir. Farklı yaşlardaki insanlar üzerinde yapılan mitokondriyal DNA çalışmaları, yaşlı insanlarda beyin ve kalp hücrelerindeki mutant mitokondriyal DNA yüzdesinin hızla arttığını göstermiştir. Ek olarak, bazı kalıtsal sendromlarla ilgili çalışmalar, bu sendroma sahip hastalarda mitokondriyal DNA mutasyonlarının sıklığının da arttığını göstermektedir, bu da yaşam beklentisindeki azalmanın nedeni olabilir.

Vücutta ciddi patolojilere yol açan mitokondriyal genom mutasyonlarına ek olarak, insan ırklarının çeşitli popülasyonları arasında mitokondriyal genomun oldukça nötr birçok mutasyonu keşfedilmiştir. Tüm kıtalardan binlerce insan üzerinde yapılan bu kapsamlı araştırmalar, insanın kökenlerini ve evrimini yeniden yapılandırmaya yardımcı oluyor. İnsan mitokondri DNA'sını maymunların (goril, orangutan, şempanze) DNA'sıyla karşılaştırarak ve insanlarla maymunlar arasındaki ayrılığın yaklaşık 13 milyon yıl önce gerçekleştiğini varsayarak, tek bir baz çiftinin değişmesi için gereken yıl sayısını hesaplamak mümkündür. Daha sonra, farklı insan ırklarındaki mitokondriyal DNA farklılıklarını karşılaştırarak, ilk kadının, yani Havva'nın doğum yerini ve insanlığın farklı kıtalara yerleşme zamanını belirlemek mümkün oldu (Şekil 3).

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Pirinç. 3 D. Wallace'a göre insan yerleşimi, mitokondriyal DNA değişkenliğinin analizine dayanmaktadır. Rakamlar bu bölgenin binlerce yıl önceki yerleşim zamanını gösteriyor.

En değişken mitokondriyal DNA Afrika yerlileri arasında bulunduğundan, insan ırkının “atasının” Afrikalı bir kadın olduğu varsayılabilir. Bu yaklaşık 100.000 yıl önce gerçekleşti. Yaklaşık 70.000 yıl önce insanlar Orta Doğu ve Suudi Arabistan üzerinden Orta Asya'ya, daha sonra da Güneydoğu Asya, Endonezya ve Avustralya'ya yerleşmeye başladı. Yaklaşık 50.000 yıl önce insanlar Avrupa'da ortaya çıktı. Aynı veriler, Amerika kıtasının yerleşiminin iki aşamada gerçekleştiğini gösteriyordu: İlk önce 30.000 yıl önce Berengia (o dönemde Amerika ile Asya'yı birbirine bağlayan toprak) üzerinden Kuzey'den Amerika kıtasının en güneyine, ardından 8.000 yıl önce. yıllar önce de Kuzeydoğu Asya'dan doğu Kuzey Amerika'ya kadar. Pasifik Adalarındaki yerleşimciler nispeten yakın zamanda ortaya çıktı - birkaç bin yıl önce.

Mitokondriyal DNA'nın karşılaştırmalı analizine dayanan bu verilerin hem arkeolojik veriler hem de dilsel analizlerle oldukça iyi bir uyum içinde olduğuna dikkat edilmelidir.

İnsanlık tarihini analiz etmek için mitokondriyal DNA'nın kullanılması, mitokondriyal genomun nispeten küçük olması, yalnızca anne soyundan miras alınması ve nükleer genlerin aksine yeniden birleşmemesi nedeniyle mümkün olmuştur.

Mitokondriyal genom

Mitokondri sadece bitki hücrelerinde değil, hayvan ve mantar hücrelerinde de bulunur. Bu organeller plastidlerden daha çok yönlüdür. Mitokondrideki DNA ilk kez 1963'te (M. Naas), plastidlerdeki DNA'nın keşfinden hemen sonra keşfedildi. Ökaryotların her üç krallığındaki mitokondrinin işlevleri ve yapısı benzer olmasına rağmen, genetik organizasyonları oldukça farklıdır, bu nedenle genellikle bu krallıklardaki mitokondriyal genomların organizasyonu, genom organizasyonunun ortak özelliklerini tanımlayarak ayrı ayrı ele alınır.

Mitokondriyal DNA'nın fizikokimyasal bileşimi farklı krallıklarda farklıdır. Bitkilerde bu oldukça sabittir: DNA'nın %45 ila %47'si GC çiftlerinden oluşur. Hayvanlarda ve mantarlarda ise daha belirgin bir şekilde değişir: HC çiftlerinin %21 ila %50'si.

Çok hücreli hayvanlarda mitokondriyal genomun boyutu 14,5 ile 19,5 kb arasında değişmektedir. Uygulamada her zaman bir dairesel DNA molekülüdür. Örneğin insan mitokondriyal DNA'sı 16.569 nükleotid çiftini ölçen dairesel bir moleküldür. Bu boyut, diğer birimlerle - moleküler ağırlık şeklinde - 10 6 dalton veya moleküler konturun uzunluğu şeklinde - 5 mikron olarak ifade edilebilir. Bu molekülün birincil yapısı tamamen belirlenmiştir. Mitokondri kendi çeviri aygıtlarını içerir; Kloroplast veya prokaryotiklere benzer ve iki alt birimden oluşan kendi 70S ribozomları, kendi haberci RNA'sı, gerekli enzimleri ve protein faktörlerinden oluşur. Genomları 12S ve 16S ribozomal RNA'ların yanı sıra 22 transfer RNA'yı da kodlar. Ek olarak mitokondriyal DNA, 12'si tanımlanmış olan 13 polipeptiti kodlar. Tüm kodlama dizileri doğrudan yan yana yerleştirilmiştir. Aşırı durumlarda, yalnızca birkaç nükleotid ile ayrılırlar. Kodlamayan diziler, yani. intron yok. Kodlama dizisini takiben neredeyse her zaman bir transfer RNA geni bulunur. Örneğin sıralama şu şekildedir: fenilalanin transfer RNA'sı - 12S ribozomal RNA geni - valin transfer RNA'sı - 16S ribozomal RNA geni - lösin transfer RNA'sı vb. Bu düzen yalnızca insan mitokondrisinin karakteristik özelliği değildir, aynı zamanda çok muhafazakardır ve tüm hayvanların karakteristik özelliğidir: meyve sinekleri, boğalar, fareler, kuşlar, sürüngenler ve diğer hayvanlar.

Genlerin çoğu ağır zincirde bulunur; hafif zincirde yalnızca sekiz taşıma RNA'sı ve bir yapısal gen için gen vardır. Dolayısıyla diğer tüm genomlardan farklı olarak mitokondriyal genomda her iki zincir de anlamlıdır.

Hayvan mitokondrisindeki genlerin sırası aynı olmasına rağmen genlerin kendilerinin farklı korunumlara sahip olduğu bulunmuştur. En değişken olanı, replikasyonun kaynağının nükleotid dizisi ve bir takım yapısal genlerdir. En çok korunan diziler, ribozomal RNA genlerinde ve ATPaz kodlama dizisi de dahil olmak üzere bazı yapısal genlerde bulunur.

Mitokondriyal genomda genetik kodun evrenselliğinin bozulduğu unutulmamalıdır. Örneğin, insan mitokondrisi, herkes gibi izolösin için değil, metiyonin için bir kodon olarak AUA üçlüsünü kullanır ve standart genetik sözlükte bir durdurma kodonu olarak kullanılan UGA üçlüsü, mitokondrideki triptofanı kodlar.

Genel olarak insan mitokondriyal DNA'sı diğer memelilerinkiyle aynı görünür: fareler ve boğalar. Bunlar yakın akraba türlerden uzak olmalarına rağmen mitokondriyal DNA'larının boyutları birbirine oldukça yakındır: 16.569; 16.295; ve sırasıyla 16.338 baz çifti. Transfer RNA genleri bazı duyu genlerini paylaşır. Yapısal genlerin en önemlileri sitokrom oksidaz, NADH dehidrojenaz, sitokrom C oksidoredüktaz ve ATP sentetaz genleridir (Şekil 4).

İnsan mitokondri genom haritası, genlerin yanı sıra, anne soyundan geçen ve mitokondri genomundaki mutasyonların neden olduğu beş iyi bilinen insan hastalığını da gösteriyor.

Örneğin, Leber hastalığı - optik atrofi - NADH dehidrojenaz genindeki bir mutasyondan kaynaklanır. Aynı hastalığa sitokrom genindeki bir mutasyon da neden olabilir. B ve diğer lokuslar. Toplamda dört lokusun bozulduğu ve aynı mutant fenotipe neden olabileceği bilinmektedir. Ayrıca aynı harita beyin, kaslar, kalp, böbrekler ve karaciğerdeki kusurlarla ilişkili dört hastalığı daha gösteriyor. Tüm bu hastalıklar anne tarafından kalıtsaldır ve eğer annede sadece kusurlu değil aynı zamanda normal mitokondriyal DNA ve mitokondri varsa, o zaman bir çeşit mutant ve normal organel ortaya çıkar ve yavru her iki organele de farklı oranlarda sahip olabilir. Vücudun bireysel kısımlarında bu kusurlar olmadığında somatik bölünmeyi de gözlemleyebiliriz.

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Pirinç. 4 İnsan, fare ve sığır mitokondriyal DNA'sının tam dizisine dayanan memeli mitokondriyal genomunun yapısı

Böylece, hayvanların küçük mitokondriyal genomu, vücudun son derece önemli işlevlerini kodlayabilir ve normal gelişimini büyük ölçüde belirleyebilir.

Tıpkı plastid genomu gibi, mitokondriyal genom da mitokondriyal polipeptitlerin yalnızca bir kısmını kodlar (Tablo 1) ve çift kodlama olgusu gözlemlenir. Örneğin ATPaz kompleksinin bazı alt birimleri çekirdek tarafından kodlanırken diğer kısmı mitokondriyal genom tarafından kodlanır. Ribozomal miyokondriyal RNA'ları ve proteinleri, ayrıca transkripsiyon ve translasyon enzimlerini kodlayan genlerin çoğu hücre çekirdeği tarafından kodlanır.

tablo 1

Hayvan mitokondriyal DNA genleri

mitokondri genomu nörospora mezofili

hayvan genomu:

1. mtDNA üzerindeki genlerin kompakt düzenlenmesi;

genlerde intronların yokluğu;

3. mtDNA'da ORI bölgeleri dışında kodlamayan bölgelerin bulunmaması;

4. tRNA genlerinin diğer genler arasındaki konumu;

5. Farklı türlerde genom boyutu ve gen dizilimi açısından yüksek benzerlik;

6. her mtDNA dizisi için bir ORI'nin varlığı;

7. her iki ipliğin simetrik transkripsiyonu;

8. Prensip olarak her DNA ipliği için bir transkripsiyon başlatma bölgesinin varlığı;

9. mRNA'da 5/- ve 3/- terminal kodlamayan dizilerin yokluğu;

10. Birincil transkriptin tRNA dizilerine bölünmesinin bir sonucu olarak mRNA olgunlaşması.

Mantarlarda mitokondriyal genomun boyutu ortalama olarak çok daha büyüktür ve 17,3 ila 101 kb arasında değişir. Ayrıca, kural olarak, ana dairesel DNA molekülüne ek olarak, boyutları 1 ila 13 kb arasında değişen bir ila 4 plazmit benzeri dairesel veya doğrusal molekül bulunur. Mayadaki mitokondriyal genomun boyutu yalnızca farklı türler arasında değil, farklı suşlar arasında bile değişiklik gösterir. Mantarlarda mitokondriyal genomdaki önemli farklılıkların ana nedeni intronların varlığı veya yokluğudur. Örneğin farklı maya türlerinde mitokondriyal DNA'nın boyutu 57 ila 85 kb arasında değişmektedir.

Çeşitli boyut sınıflarındaki intronların ve mitokondriyal DNA moleküllerinin varlığı, mantar mitokondrisini hayvan mitokondrisinden ayıran en karakteristik özelliktir. İntronlar birçok diziyi kırar; ribozomal RNA genleri, mitokondriyal enzimleri kodlayan bazı yapısal proteinlerin genleri. Mitokondrinin normal işleyişi için çoğu intronun varlığı gerekli değildir. Mitokondriyal intronlardan tamamen yoksun olan maya türleri yapay olarak oluşturulmuştur.

Maya mitokondriyal DNA'sının birçok intronu, birleştirme işleminde yer alan muturazları kodlayan açık okuma çerçeveleri içerirken, diğer intronlar, endonükleazlar ve hatta ters transkriptazlar için kodlama dizileri içerir.

Hayvanların mitokondri DNA'sında bulunan genlerin tamamı mantarlarda da mevcuttur. Ek olarak, mantarlarda başka genler de bulunmuştur: daha fazla sayıda tRNA genine sahiptirler, ATPaz kompleksinin 6., 8. ve 9. alt birimleri için genler keşfedilmiştir, bir dizi yeni yapısal gen ve işlevi bilinmeyen bir dizi gen ( Tablo 2 ).

Tablo 2

Maya mitokondriyal DNA genleri

Maya mitokondriyal DNA'sında yalnızca 2 ribozomal RNA geni ve yalnızca 1 ribozomal protein geni bulundu. Bu protein ribozomun küçük alt biriminde bulunur. Ribozomal protein geninin boyutu farklı suşlar arasında bile oldukça değişkendir, bu nedenle değişken adını almıştır ( Var ben). Mitokondriyal ribozomların geri kalan proteinleri ve RNA'sı nükleer genler tarafından kodlanır. 24 transfer RNA geni, tüm amino asitlerin protein sentezi bölgesine taşınmasını sağlar ve lizini taşıyan yalnızca bir transfer RNA, sitoplazmadan ithal edilir ve çekirdek tarafından kodlanır. Maya mitokondrisinin tüm transfer RNA'ları aynı DNA zinciri tarafından kodlanır ve bunlardan yalnızca biri karşıt zincir tarafından kodlanır. Taşıma DNA genlerinin hiçbirinde intron yoktur. Sitokrom b protein genleri ve sitokrom C protein genleri, 5'ten 9'a kadar birçok introna sahip olabilir.

Sunulan verilerden, maya mitokondriyal genomu tarafından kodlanan yapısal proteinlerin, bu organellerin işleyişi için açıkça yetersiz olduğu ve çoğunun nükleer genom tarafından kodlandığı anlaşılmaktadır.

Mitokondriyal organizasyonun karakteristik özellikleri ve ifadesimantar genomu:

1. Farklı türlerdeki mitokondriyal genlerin dizilimleri ve düzenlenmelerindeki önemli çeşitlilik;

genetik materyali organize etmenin çok çeşitli yolları - genomun kompakt organizasyonundan genlerin mtDNA boyunca genler arasında genişletilmiş kodlamayan dizilerle serbest dağıtımına kadar;

3. Bir dizi genin mozaik yapısı;

4. "isteğe bağlı" intronların varlığıyla ilişkili mtDNA boyutunda önemli intraspesifik değişiklikler;

5. kusurlu bir mitokondriyal genomun oluşmasıyla bireysel mtDNA bölümlerinin kesilip çoğaltılması yeteneği;

6. her birinde replikasyonun çift yönlü olarak başlatıldığı bir veya daha fazla ORI'nin varlığı;

7. tüm mitokondriyal genlerin mtDNA'nın bir ipliği üzerindeki konumu ve mtDNA'nın asimetrik transkripsiyonu;

8. mtDNA transkripsiyon birimlerinin çokluğu;

9. türe bağlı olarak tRNA veya başka türden oligonükleotit blokları olabilen birincil transkriptlerin işlenmesi için çeşitli sinyaller;

10. Çoğu durumda mRNA'lar uzatılmış terminal kodlamayan diziler içerir.

Mitokondriyal genomun en karmaşık organizasyonu yüksek bitkilerdedir. Mitokondriyal genomları, aşırı sarmal çift sarmallı dairesel ve/veya doğrusal moleküllerden oluşan bir settir. Tüm mitokondriyal genom dizileri, büyük bir dairesel "kromozom" halinde organize edilebilir ve mitokondriyal DNA'nın gözlemlenen farklı boyut sınıfları büyük olasılıkla rekombinasyon işlemlerinin sonucudur. En azından ıspanakta iki cinse ait türler var Brassica Ve Raphanus mitokondriyal genomun bu şekilde dağılmasının nedeninin mitokondriyal DNA'nın homolog bölgelerinin rekombinasyonu olduğu gösterilmiştir. Boyutları 1 ila 14 kb arasında değişen, doğrudan yönlendirilmiş iki veya üç tekrar ailesinin varlığı nedeniyle, mitokondriyal DNA molekülleri, aktif genomlar arası ve genom içi yeniden düzenleme yeteneğine sahiptir. Bu tür yeniden düzenlemelerin bir sonucu olarak mitokondriyal DNA, çeşitli boyut sınıflarındaki moleküller formunda mevcut olabilir.

Yani, örneğin, turpgillerde Brassica kampestris Mitokondriyal DNA üç tip dairesel molekül formunda bulunur. İlk tip tam genomu içerir - 218 kb, ikinci - 135 ve üçüncü - 83 kb. Subgenomik halkalar, uzunluğu 2 kb olan bir çift direkt tekrara sahip genomik halkaların rekombinasyonu sonucu oluşur.

Buğdayda mitokondriyal genomun boyutu çok daha büyüktür - 430 kb ve 10'dan fazla doğrudan rekombinasyon tekrarı vardır, bunun sonucunda elektron mikroskobik gözlem sırasında çeşitli boyutlarda birçok halka görmek mümkündür, ancak kimse gözlemlememiştir. Büyük bir dairesel molekül, belki de bu durumda, buğday mitokondriyal genomu hiçbir zaman mevcut olmaz. Marchantia yosunu ve diğer turpgillerde Brassica hirta Doğrudan rekombinasyon tekrarları yoktur ve belki de mitokondriyal DNA'nın aynı boyut sınıfındaki dairesel moleküller biçiminde olmasının nedeni budur. Ancak yüksek bitkilerin mitokondriyal DNA'sı için bu kuraldan çok istisnadır. Yüksek bitkilerin çoğunda, mitokondriyal genom hem rekombinasyon tekrarlarını hem de çeşitli boyut sınıflarındaki mitokondriyal DNA moleküllerini içerir.

Aynı büyüklük sınıfına ait moleküllerin sayısı, bitkinin durumuna ve çevre koşullarına bağlı olarak farklı bitki dokularında çok önemli ölçüde değişiklik gösterebilir. Bitki yetiştirme sırasında farklı boyut sınıflarındaki mitokondriyal DNA moleküllerinin sayısal oranlarında bir değişiklik kaydedildi. içinde canlı Ve içinde vitro. Belki de farklı boyut sınıflarındaki moleküller arasındaki sayısal ilişkilerdeki değişiklikler, arzu edilen genlerin artan amplifikasyonu yoluyla bitkilerin uyum sağlama yeteneğini yansıtmaktadır.

Ek olarak mitokondriyal genom, boyutları 1 ila 30 kb arasında değişen, hem DNA hem de RNA sekanslarına sahip, hem doğrusal hem de dairesel plazmidler içerebilir. Mitokondriyal plazmitler muhtemelen diğer hücresel genomlardan ve hatta diğer organizmalardan kaynaklanmıştır. Bazen bunların varlığı veya yokluğu, bitkilerin sitoplazmik erkek kısırlığı ile ilişkilendirilebilir, ancak her zaman değil. Bazı türlerde plazmitler bulunur ancak kısırlık görülmez. En az bir vakada, S-tipi mısır kısırlığı olarak adlandırılan soyların mitokondrilerinde, plazmit benzeri mitokondriyal DNA'nın varlığı ile sitoplazmik erkek fenomeninin tezahürü arasında bir korelasyonun bulunduğu açıkça gösterilmiştir. kısırlık. Mitokondriyal plazmitlerin hem mitokondriyal genoma hem de nükleer kromozomlara entegre olma yeteneği kaydedildi. Ancak diğer durumlarda plazmid DNA'nın varlığı her zaman polen kısırlığına neden olmaz.

Bitkilerin mitokondriyal genomunun boyutu çok değişkendir - 200 ila 2500 kb arasında. Yüksek bitkilerin mitokondriyal genomunun boyutu, kloroplast genomunun boyutundan daha büyüktür.

Mitokondriyal genomun boyutundaki önemli değişiklik, bitki mitokondriyal genomunun ikinci özelliğidir. Genom sadece çok büyük olmakla kalmaz, aynı zamanda yakın akraba türler arasında bile farklı olabilir ve bazı durumlarda düşük değişkenlik gözlemlenebilir (cinsin türleri) Brassica, diğerlerinde ise çok büyüktür. En yüksek boy değişkenliği kabak bitkisinde görülmektedir. Bu aile içinde mitokondriyal genomun boyutu en değişken olanıdır (330 kb'den). karpuzda 2500 kb'ye kadar. kavunda. Bu nedenle, mitokondriyal DNA'nın bitki genomunun toplam hacmindeki payı da önemli ölçüde değişebilir - çoğu bitkide yaklaşık% 1, kavun hipokotil hücrelerinde% 15'e kadar.

Büyük mitokondriyal genomların varlığını açıklamak için çeşitli nedenler denenmiştir.

Mitokondrinin işleyişi için gerekli olan ek genlerin veya özel dizilerin varlığı.

Bitki tarafından kullanılan, ancak kodlama amaçlı değil, başka bir işlev için kullanılan DNA'nın varlığı.

Mitokondriyal fonksiyon için kullanılmayan DNA'ya "bencil" DNA denir.

Görünüşe göre mitokondriyal genomun boyutunu arttırmanın başka bir olasılığı daha var; bunlar nükleer ve kloroplast DNA'ya homolog dizilerdir. Örneğin Arabidopsis'teki nükleer DNA'ya homolog diziler, mitokondriyal genomun %5'ine kadarını oluşturur. Başlangıçta mitokondriyal genoma dahil edilen kloroplast genom dizisi mısırda keşfedildi. Değiştirilmiş kloroplast 16S-ribozomal RNA genlerini içeren yaklaşık 14 kb'lik bir bölgeyi ve büyük RDPK/O alt biriminin bir bölgesini içeriyordu. Daha sonra birçok yüksek bitki türünün mitokondriyal genomunda kloroplast eklentileri keşfedildi. Tipik olarak mitokondriyal dizilerin %1-2'sini oluştururlar ve üç ana diziyi içerirler.

Dizi 12 kb uzunluğundadır. Kloroplast DNA'sının ters tekrarından. Dört transfer RNA'nın 3" eksonu için diziler ve dizi 16 içerir. S ribozomal RNA.

Rubisco'nun büyük alt birimini tamamen kodlayan 1,9 ila 2,7 kb'lik bir dizi.

Sıra 2 kb'den uzun değil. Kloroplast genomunda bu bölge, 23S ribozomal RNA'nın 3" ucunu, 4.5S ve 5S rRNA'yı ve ayrıca üç transfer RNA'yı kodlar. Bitki mitokondriyal genomunda mevcut olan tüm kloroplast genom dizileri arasında yalnızca transfer RNA'sı bulunur. diziler aslında kopyalanmıştır.

Birçok bitki türünün mitokondriyal genomunda aynı kloroplast dizileri mevcut olduğundan, bunların bazı işlevsel öneme sahip olduğu varsayılabilir. Aynı zamanda rolleri, aktarım mekanizması ve bu aktarımın zamanlaması da bilinmiyor. Bu aktarım, ökaryotik bir hücrenin oluşumunun evriminde uzak bir zamanda mı meydana geldi, yoksa mitokondriyal genomdaki kloroplast eklemelerinin varlığı, bunun organeller arasında şu anda meydana gelen normal bir bilgi alışverişi süreci olduğunu mu gösteriyor, yoksa öyle mi? Belirli türlerin ve bitki cinslerinin oluşumunun nispeten yakın zamandaki evrimsel döneminde periyodik olarak meydana geliyor mu?

Ayrıca mitokondriyal genom dizilerinin bazıları viral olanlarla homolog dizilerdir.

Bitki mitokondriyal genomunda gerçekten işlev gören genlerin sayısını belirlemek için bazı araştırmacılar çeviri ürünlerinin sayısını belirledi. Genom boyutunda 10 kat fark olan bitkilerde bile tespit edilebilir protein bantlarının sayısının aynı olduğu gösterildi. Kullanılan yöntemler mitokondriyal genomdaki toplam gen sayısı sorusuna doğrudan bir cevap vermese de, analiz edilen kapalı tohumlu türlerde aynı sayıda çeviri ürününün tanımlanmış olması ve gen sayısına yakın olması ilginçtir. Hayvan mitokondri ve mayasındaki proteinleri kodlayan.

İlk defa, bitkilerdeki mitokondriyal DNA'nın tam nükleotid dizisi 1986 yılında bir tür olan Marchantia'da belirlendi ( Martantia çok biçimli) ve daha sonra Arabidopsis'te ve çeşitli alg türlerinde.

Marchantia'daki mitokondriyal DNA molekülü 186.608 bp büyüklüğündedir. 3 rRNA'ya yönelik genleri, 27 tRNA'ya yönelik 29 geni ve bilinen fonksiyonel proteinler için 30 geni kodlar (16 ribozomal protein, sitokrom C oksidazın 3 alt birimi, sitokrom b, ATP sentetazın 4 alt birimi ve NADH dehidrojenazın 9 alt birimi). Genom ayrıca 32 tanımlanamayan açık okuma çerçevesi içerir. Ayrıca 16 gende 32 intron tespit edildi. Belirli bir komplekse ait genlerin sayısı farklı bitkilerde farklılık gösterebilir çünkü bu kompleksin bir veya daha fazla geni çekirdeğe aktarılabilir. Tanımlanamayan genlerden en az 10 tanesinin hemen hemen tüm bitki türlerinde sürekli olarak bulunması, bunların işlevlerinin önemini göstermektedir.

Bitki mitokondrisinin transfer RNA'larını kodlayan mitokondriyal genlerin sayısı oldukça değişkendir. Birçok türün kendi mitokondriyal transfer RNA'ları açıkça yetersizdir ve bu nedenle sitoplazmadan (çekirdek veya plastid genomu tarafından kodlanan) dışarı aktarılır. Örneğin Arabidopsis'te 12 transfer RNA'sı mitokondriyal olarak kodlanmıştır, 6'sı kloroplasttır ve 13'ü nükleerdir; Marchantia'da 29'u mitokondriyal ve 2'si nükleerdir ve taşıma RNA'larının hiçbirinde kloroplast kodlaması yoktur; patateslerde 25'i mitokondriyal, 5'i kloroplast ve 11'i nükleerdir; buğdayda 9'u mitokondriyal, 6'sı kloroplast ve 3'ü nükleerdir (Tablo 3).

Hayvan mitokondriyal DNA'sı ve kloroplast genlerinden farklı olarak, bitki mitokondriyal DNA genleri genom boyunca dağılmıştır. Bu hem transfer RNA'larını kodlayan genler hem de proteinleri kodlayan genler için geçerlidir.

Tablo 3

Bitkilerde mitokondriyal transfer RNA'ların doğası

Mantar mitokondri genomu gibi, bitki mitokondri genomu da hayvan mitokondri genomlarında bulunmayan intronlara sahiptir.

Bazı türlerde genomdaki bazı genler kopyalanmıştır. Yani mısır ve baklada rRNA genleri tekrarlanmazken, buğdayda birkaç kez tekrarlanır. Mitokondriyal proteinleri kodlayan genler de genomlarında tekrarlanabilir.

Doğal olarak mitokondri, kloroplastlar gibi, gen genomundan çok daha fazla enzim proteini içerir. Ve bu nedenle proteinlerin çoğu nükleer genom tarafından kontrol edilir, sitoplazmada mitokondriyal ribozomlar yerine sitoplazmik ribozomlarda toplanır ve mitokondriyal membranlara taşınır.

Bu nedenle, bitkilerin mitokondriyal genomu son derece değişken bir sistemdir, ancak gen sayısı oldukça stabildir. Kloroplastların kompakt genomunun aksine, bitkilerin mitokondriyal genomunda genler, genomun %20'sinden azını oluşturur. Mitokondri genomunun mantarlara veya hayvanlara göre artmasına, intronların varlığı, çeşitli tekrar eden diziler, kloroplast genomundan eklemeler, çekirdek ve virüsler neden olur. Bitki mitokondriyal genomunun yaklaşık %50'sinin fonksiyonları henüz aydınlatılamamıştır. Mitokondrinin işlevini kontrol eden birçok yapısal genin çekirdekte yer almasına ek olarak, mitokondriyal genlerin transkripsiyonunu, işlenmesini ve translasyonunu kontrol eden birçok gen de çekirdekte bulunur. Sonuç olarak mitokondri, plastidlerden bile daha az özerk organeldir.

Edebiyat

Ana:

1. Alyokhina N.D., Balnokin Yu.V., Gavrilenko V.F. ve diğerleri. Bitkilerin fizyolojisi. Öğrenciler için ders kitabı. Üniversiteler. M.: Akademi. 2005. 640 s.

Davydenko O.G. Kromozomal olmayan kalıtım. Minsk: BSU. 2001. 189 s.

3. Danilenko N.G., Davydenko O.G. Organel genomlarının dünyaları. Minsk: Teknoloji. 2003. 494 s.

4.Ivanov V.I. ve diğerleri. M.: Akademkniga. 2006. 638 s.

5. Zhimulev I.S. Genel ve moleküler genetik. Novosibirsk: Kardeş. Üniv. 2007. 479 s.

6. Şarkıcı M., Berg P. Genler ve genomlar. M.: Mir. 1998.T.1-

7. Chentsov Yu. S. Hücre biyolojisine giriş. M.: Akademkniga. 2004. 495 s.

Ek olarak:

1. Danilenko N.G. RNA düzenleme: genetik bilgi transkripsiyondan sonra düzeltilir // Genetik. 2001. T. 37. Sayı 3. s. 294-316.

Margelis L. Hücre evriminde simbiyozun rolü. M.: Mir, 1983.

3. Odintsova M.S., Yurina N.P. Protist mitokondri genomu // Genetik. 200 T.38. No.6. s. 773-778.

4. Odintsova M.S., Yurina N.P. Yüksek bitki ve alglerin plastidlerinin genomu: yapısı ve fonksiyonları // Mol. Biyol. 2003. T. 37. No. 5. S. 768-783.

5. Yurina N.P., Odintsova M.S. Kloroplast genomunun organizasyonunun genel özellikleri. Pro- ve ökaryotların genomlarıyla karşılaştırma // Mol. Biyol. 199 T. 36. No. 4. S. 757-771.

6. Yurina N.P., Odintsova M.S. Kloroplast ve bitki mitokondri genomlarının yapısal organizasyonunun karşılaştırmalı özellikleri // Genetik. 1998. T. 34. No. 1. S.5-2.

Allbest.ru'da yayınlandı

Benzer belgeler

Mitokondrinin ultrastrüktürel organizasyonunun özü. Mitokondrinin hücrenin redoks dengesini korumadaki rolü. Mitokondrinin enerji fonksiyonlarının özgüllüğü. Asidoz sırasında mitokondrinin morfonksiyonel özelliklerinde değişiklikler.

tez, 27.01.2018 eklendi


Mitokondrinin fonksiyonel rolünün ve yapısal organizasyonunun incelenmesi. Mitokondriyal solunum zincirinin normoksi koşullar altında işleyişinin dikkate alınması ve karakterizasyonu. Beyin kaynaklı nörotrofik faktörün antihipoksik etkisine giriş.

kurs çalışması, eklendi 04/18/2018


Hücre ölümünün temel mekanizmaları. Apoptozun merkezi kontrol noktası olarak mitokondri. Apoptoz sırasında hücredeki mitokondrinin morfolojik değişiklikleri ve yeniden dağıtımı. Sitokrom C salınım kalıpları Mitokondrinin yaşlanma sürecindeki rolü.

kurs çalışması, eklendi 01/07/2013


Mitokondrinin iç zarında lokalize olan bir enzim kompleksi. Oksidatif fosforilasyon süreci. Oksijen varlığında iç mitokondriyal membranda ATP sentezi. Solunum zincirinin bileşenleri. P. Mitchell'in kemiozmotik teorisinin özü.

sunum, 22.10.2014 eklendi


Mitokondri ve plastidlerin yapısı ve fonksiyonlarının incelenmesi. Mitokondri ve kloroplastların simbiyotik kökenine ilişkin hipotez. Kas dokusunun genel tipik özellikleri. Spermatogenez, ana dönemleri: üreme, büyüme, olgunlaşma ve oluşum.

test, eklendi: 03/11/2014


Mitokondri kavramı ve özellikleri, yapısı, hücresel solunuma katılımı ve enerji alışverişi. Embriyonik gelişimin gastrulasyonunun karakteristik özellikleri. Lökositlerin fonksiyonları, yapısı ve sınıflandırılmasının dikkate alınması. Timusun görünümü (timus bezi).

test, 21.04.2015 eklendi


Balçık küflerinin taksonomik grubunun yapısı, kimyasal bileşimi, doğadaki dağılımı ve önemi. Balçık küflerin bitkisel gövdeleri. Trofik ve dağılım aşamaları. Spor oluşumu süreci. Döngülerde hareketli aşamaların varlığı, mitokondrinin yapısı.

kurs çalışması, eklendi 08/12/2015


Alg hücre zarının yapısı ve ana bileşenleri. Yeşil algler arasında fibrillerin rastgele düzenlenmesi durumları, türün farklı temsilcilerinde sitoplazmanın organizasyonu, flagella, mitokondri ve kloroplastların amacı.

kurs çalışması, eklendi 29.07.2009


Fotodinamik tedavinin klinik uygulaması. Işığa duyarlılaştırıcıların hücresel düzeyde etki mekanizması. Fotodinamik olarak indüklenen apoptozda mitokondri ve kalsiyum iyonlarının rolü. Sinyal süreçlerinin ve koruyucu proteinlerin hücre reaksiyonlarına katılımı.

test, 19.08.2015 eklendi


Mitokondri, çift membranlı granüler veya filamentli bir organeldir, ökaryotik hücrelerin (ototroflar ve heterotroflar) bir elemanı ve bir enerji istasyonudur. Ana fonksiyon ve enerji üretimi; köken, yapı. Mitokondriyal DNA ve kalıtım.

Mitokondriyal genomun işleyişi Memeli mitokondrisinin DNA replikasyonu ve transkripsiyon mekanizmalarında özel olan nedir? Çoğu hayvanda, mtDNA'daki tamamlayıcı zincirler, eşit olmayan miktarlarda "ağır" purin ve "hafif" pirimidin nükleotidleri içerdikleri için spesifik yoğunluk açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu nedenle bunlara - H (ağır - ağır) ve L (hafif - hafif) zincir denir. MtDNA molekülünün replikasyonunun başlangıcında, D-döngüsü adı verilen bir döngü oluşur (İngiliz Yer Değiştirme döngüsünden). Elektron mikroskobunda görülebilen bu yapı, bir çift sarmallı ve bir tek sarmallı (H zincirinin uzatılmış kısmı) bölgeden oluşur. Çift sarmallı bölge, L zincirinin bir parçası ve onu tamamlayan yeni sentezlenmiş bir DNA fragmanından oluşur, 450-650 nükleotid uzunluğunda (organizmanın türüne bağlı olarak), 5" ucunda bir ribonükleotid primeri bulunur; bu, karşılık gelir. H-zinciri sentezinin başlangıç ​​noktasına (oriH) L-zincirinin sentezi ancak yavru H-zinciri ori L noktasına ulaştığında başlar. Bunun nedeni L-zinciri replikasyonunun başlangıç ​​bölgesinin olmasıdır. zincire DNA sentez enzimleri yalnızca tek sarmallı durumda ve dolayısıyla H-sarmalının sentezi sırasında yalnızca bükülmemiş bir çift sarmalda erişilebilir. Böylece mtDNA'nın yavru zincirleri sürekli ve eşzamansız olarak sentezlenir (Şekil 3). Şek. 3. Mitokondride, D halkasına sahip moleküllerin toplam sayısı, tamamen kopyalanan moleküllerin sayısından önemli ölçüde fazladır. Bunun nedeni, D-döngüsünün ek işlevlere sahip olmasıdır - mtDNA'nın iç zara bağlanması ve transkripsiyonun başlatılması, çünkü her iki DNA şeridinin transkripsiyon promotörleri bu bölgede lokalizedir. Birbirinden bağımsız olarak kopyalanan çoğu ökaryotik genin aksine, memeli mtDNA şeritlerinin her biri, H- ve L-'yi tamamlayan bu iki uzun RNA molekülüne ek olarak ori H bölgesinde başlayan tek bir RNA molekülü oluşturacak şekilde kopyalanır. zincirlerinde, aynı noktada başlayan ve 16S rRNA geninin 3" ucunda biten H zincirinin daha kısa bölümleri de oluşturulur (Şekil 4). Bu tür kısa transkriptler, uzun olanlardan 10 kat daha fazladır. Bunlardan olgunlaşmanın (işlemenin) bir sonucu olarak, mitokondriyal ribozomların yanı sıra fenilalanin ve valin tRNA'larının oluşumunda rol oynayan 12S rRNA ve 16S rRNA oluşturulur. Geri kalan tRNA'lar uzun transkriptlerden çıkarılır ve çevrilmiş mRNA'lar oluşturulur. poliadenil dizilerinin eklendiği 3" uçları. Bu mRNA'ların 5" uçları kapalı değildir; bu, ökaryotlar için alışılmadık bir durumdur. Memeli mitokondriyal genlerinin hiçbiri intron içermediğinden, birleştirme (bağlama) meydana gelmez.

ND1-ND6, ND4L - NAD-H-dehidrojenaz kompleksinin alt birimlerinin genleri; COI-COIII - sitokrom c oksidaz alt birimlerinin genleri; ATP6, ATP8 - ATP sentetaz alt birimlerinin genleri Cyt b - sitokrom b geni.

Şekil 4. 37 gen içeren insan mtDNA'sının transkripsiyonu. Tüm transkriptler ori H bölgesinde sentezlenmeye başlar. Ribozomal RNA'lar uzun ve kısa H-sarmal transkriptlerinden çıkarılır. tRNA ve mRNA, her iki DNA zincirinin transkriptlerinin işlenmesi sonucu oluşur. tRNA genleri açık yeşil renkle gösterilmiştir.

Mitokondriyal genomun başka ne gibi sürprizler sunabileceğini bilmek ister misiniz? Harika! Okumaya devam etmek!..

Memeli ve maya mitokondri genomlarının yaklaşık olarak aynı sayıda gen içermesine rağmen, maya genomunun boyutu 4-5 kat daha büyüktür - yaklaşık 80 bin nükleotit çifti. Maya mtDNA'sının kodlama dizileri, insanlardaki karşılık gelen dizilerle oldukça homolog olmasına rağmen, maya mRNA'ları, çoğu nükleer mRNA'da olduğu gibi ek olarak bir 5" lidere ve bir 3" kodlamayan bölgeye sahiptir. Bazı genler ayrıca intronlar içerir. Dolayısıyla sitokrom oksidaz b'yi kodlayan kutu geni iki introna sahiptir. İlk intronun çoğunun bir kopyası, birincil RNA transkriptinden otokatalitik olarak (herhangi bir proteinin katılımı olmadan) çıkarılır. Geriye kalan RNA, birleştirme işleminde yer alan maturaz enziminin oluşumu için bir şablon görevi görür. Amino asit dizisinin bir kısmı, intronların geri kalan kopyalarında kodlanmıştır. Maturase bunları keserek kendi mRNA'sını yok eder, ekson kopyaları birbirine dikilir ve sitokrom oksidaz b için mRNA oluşturulur (Şekil 5). Böyle bir olgunun keşfi bizi intronların "hiçbir şeyi kodlamayan diziler" olduğu fikrini yeniden düşünmeye zorladı.

Şekil 5.

Mitokondriyal genlerin ifadesini incelerken Trypanosoma brucei Moleküler biyolojinin temel aksiyomlarından birinden, mRNA'daki nükleotid dizisinin, DNA'nın kodlama bölgelerindeki diziye tam olarak karşılık geldiğini belirten şaşırtıcı bir sapma keşfedildi. Sitokrom c oksidaz alt birimlerinden birinin mRNA'sının düzenlendiği ortaya çıktı; Transkripsiyondan sonra birincil yapısı değişir - dört urasil eklenir. Sonuç olarak, amino asit dizisinin düzenlenmemiş mRNA tarafından kodlanan diziyle hiçbir ortak yanı olmayan enzimin ek bir alt biriminin sentezi için bir şablon görevi gören yeni bir mRNA oluşur (tabloya bakın).

Mitokondri bilim adamlarına en büyük sürprizi 1979 yılında sundu. O zamana kadar genetik kodun evrensel olduğuna ve aynı üçlülerin bakteri, virüs, mantar, bitki ve hayvanlarda aynı amino asitleri kodladığına inanılıyordu. İngiliz araştırmacı Burrell, buzağı mitokondriyal genlerinden birinin yapısını, bu genin kodladığı sitokrom oksidaz alt birimindeki amino asit dizilimi ile karşılaştırdı. Sığırlarda (ve insanlarda olduğu gibi) mitokondrinin genetik kodunun yalnızca evrensel olandan farklı olmadığı, aynı zamanda “ideal” olduğu ortaya çıktı. şu kurala uyar: "eğer iki kodon iki özdeş nükleotide sahipse ve üçüncü nükleotitler aynı sınıfa aitse (pürin - A, G veya pirimidin - U, C), o zaman aynı amino asidi kodlarlar." Evrensel kodda bu kuralın iki istisnası vardır: AUA üçlüsü izolösini kodlar ve AUG kodonu metionini kodlar; ideal mitokondriyal kodda bu üçlülerin her ikisi de metionini kodlar; UGG üçlüsü yalnızca triptofanı kodlar ve UGA üçlüsü bir durdurma kodonunu kodlar. Evrensel kodda, her iki sapma da protein sentezinin temel yönleriyle ilgilidir: AUG kodonu başlatıcı kodondur ve durdurma kodonu UGA, polipeptit sentezini durdurur. İdeal kod, tanımlanan tüm mitokondrilerin doğasında yoktur, ancak hiçbirinin evrensel bir kodu yoktur. Mitokondrinin farklı dilleri konuştuğunu söyleyebiliriz ama çekirdeğin dilini asla konuşamayız.

“Evrensel” genetik kod ile iki mitokondriyal kod arasındaki farklar

Mitokondriyal

memeli kodu

Mitokondriyal

maya kodu

"Evrensel"

Okumak faydalı olabilir:

• Mitokondriyal DNA genleri;
• Balık ve Balık burcunun uyumu: özverili aşk veya dengesiz ilişkiler Balık burcuna göre uyumluluk şöyledir;
• Sevgili bir adam iletişim olmadan nasıl iade edilir - güçlü büyücülerin kanıtlanmış komploları Bir kişiyi kendinize nasıl iade edersiniz;
• Skolesifobi ve bununla nasıl mücadele edilir;
• Uzmanlar ISS'nin operasyonunun genişletilmesi lehinde konuştu;
• Terlik siliat örneğini kullanarak siliatların yapısı ve hayati aktivitesi;
• Başpiskopos Jonathan (Eletsky): Ukrayna Ortodoks Kilisesi'nin doğuşunun kökenleri;
• Kurgan bölgesinin yetkilileri bölgesel başkente ödeme yapmıyor Vali Osipov, seçimlerin şeffaflığı için federal kuralları yerine getiriyor.;