Uzun oyoqlilarga qo'shimcha: flamingolar otryadi Flamingo uzun oyoqli, hatto juda uzun oyoqli va g'ayrioddiy uzun oyoqli qushdir. Ammo biz bu erda muhokama qilmaydigan asosli sabablarga ko'ra, endi u to'piq pullar tartibidan chiqarib tashlandi (shuningdek, flamingolar ham kiritilgan qatlamli qog'ozlardan)

Neandertal genomi Yaqin vaqtgacha paleogenetiklar uchun eng asosiy orzu mitoxondriyal DNKni qadimgi suyaklardan ajratib olish edi. Genomning onalik chizig'i orqali uzatiladigan bu kichik qismi har bir hujayrada yuzlab nusxalarda mavjud bo'lib, u ham bor.

Paster emlashlariga qo'shilish Paster emlashlariga yangi va muhim qo'shimcha olimlar tomonidan 20-asrda ishlab chiqilgan. Bir necha yil oldin sovet olimlari quturganlarga qarshi gamma-globulin yaratdilar. Ushbu preparatning mavjudligi bilan quturishning oldini olish yanada kuchaydi

14-bob Birinchi inson genomi Ilmiy poygada sizdan oldinda bo'lish umidi odatda umidsizlik va aqldan ozish umidini keltirib chiqaradi - agar omadingiz kelsa va sizning raqibingiz ertaga vafot etsa nima bo'ladi. Ba'zan siz hamma narsadan voz kechishni xohlaysiz, lekin keyin yillar davomida qilgan mehnatingiz behuda ketadi

1.5. Labil genomi Klassik genetika doirasida ishlab chiqilgan genomlarning barqarorligi haqidagi an'anaviy g'oyalar mobil (migratsiya) genetik elementlar (MGE) kashf etilgandan so'ng juda silkindi. MGElar genom ichida harakatlana oladigan tuzilmalardir

Kirish

Mitoxondriyalarda DNK molekulalari topilganidan buyon chorak asr o'tdi va ular bilan nafaqat molekulyar biologlar va sitologlar, balki genetiklar, evolyutsionistlar, shuningdek, paleontologlar va kriminologlar ham qiziqa boshladilar. Bunday keng tarqalgan qiziqish Kaliforniya universitetidan A. Uilsonning ishi bilan qo'zg'atildi. 1987 yilda u besh qit'ada yashovchi barcha inson irqlari turli etnik guruhlarning 147 vakilidan olingan mitoxondriyal DNKning qiyosiy tahlili natijalarini e'lon qildi. Alohida mutatsiyalarning turi, joylashuvi va sonidan kelib chiqqan holda, barcha mitoxondriyal DNK ajdodlarning bir nukleotid ketma-ketligidan divergensiya orqali paydo bo'lganligi aniqlandi. Soxta ilmiy matbuotda bu xulosa juda soddalashtirilgan tarzda talqin qilingan - butun insoniyat Shimoliy-Sharqiy Afrikada yashagan mitoxondrial Momo Havo (chunki ikkala qiz ham, o'g'il ham mitoxondriyani faqat onalaridan oladi) deb nomlangan bitta ayoldan kelib chiqqan. 200 ming yil oldin. Yana 10 yil o'tgach, neandertal qoldiqlaridan ajratilgan mitoxondriyal DNK parchasini ochish va odamlar va neandertallarning so'nggi umumiy ajdodi 500 ming yil oldin mavjudligini taxmin qilish mumkin edi.

Bugungi kunda inson mitoxondrial genetikasi ham populyatsiyada, ham tibbiy jihatdan jadal rivojlanmoqda. Bir qator og'ir irsiy kasalliklar va mitoxondriyal DNKdagi nuqsonlar o'rtasida bog'liqlik o'rnatildi. Qarish bilan bog'liq genetik o'zgarishlar mitoxondriyalarda eng aniq namoyon bo'ladi. Odam va boshqa hayvonlarda o‘simliklar, zamburug‘lar va oddiy hayvonlarnikidan kattaligi, shakli va genetik qobiliyatiga ko‘ra farq qiluvchi mitoxondrial genom nima? Rol nima, u qanday ishlaydi va mitoxondrial genom umuman turli taksonlarda va xususan odamlarda qanday paydo bo'lgan? Bu mening "kichik va eng kamtarona" inshomda muhokama qilinadi.

Mitoxondriyal matritsada DNKdan tashqari, endoplazmatik retikulum membranalarida joylashgan eukaryotik ribosomalardan ko'p xususiyatlari bilan farq qiluvchi o'ziga xos ribosomalar ham mavjud. Biroq, ularning tarkibiga kiradigan barcha oqsillarning 5% dan ko'pi mitoxondriya ribosomalarida hosil bo'ladi. Mitoxondriyaning strukturaviy va funksional komponentlarini tashkil etuvchi oqsillarning aksariyati yadro genomi tomonidan kodlanadi, endoplazmatik retikulumning ribosomalarida sintezlanadi va uning kanallari orqali yig'ilish joyiga etkaziladi. Shunday qilib, mitoxondriyalar ikkita genom va ikkita transkripsiya va tarjima apparatlarining birgalikdagi harakatlarining natijasidir. Mitoxondrial nafas olish zanjirining ba'zi subunit fermentlari turli polipeptidlardan iborat bo'lib, ularning bir qismi yadro genomi, ba'zilari esa mitoxondriyal genom tomonidan kodlangan. Masalan, oksidlovchi fosforlanishning asosiy fermenti, xamirturushdagi sitoxrom c oksidaza mitoxondriyalarda kodlangan va sintezlangan uchta subbirlikdan va hujayra yadrosida kodlangan va sitoplazmada sintezlangan to'rtta subbirlikdan iborat. Aksariyat mitoxondrial genlarning ifodalanishi maxsus yadro genlari tomonidan boshqariladi.

Mitoxondriyalarning kelib chiqishining simbiotik nazariyasi

Hujayra ichidagi endosimbiont bakteriyalardan mitoxondriya va o'simlik plastidlarining kelib chiqishi haqidagi faraz R.Altman tomonidan 1890-yilda ifodalangan. Yarim asr avval paydo bo'lgan biokimyo, sitologiya, genetika va molekulyar biologiyaning jadal rivojlanishi asrida gipoteza shunday bo'ldi. katta miqdordagi faktik materiallarga asoslangan nazariyaga aylandi. Uning mohiyati shundan iboratki: fotosintetik bakteriyalar paydo bo'lishi bilan Yer atmosferasida to'plangan kislorod - ularning metabolizmining qo'shimcha mahsuloti. Uning konsentratsiyasi ortishi bilan anaerob geterotroflarning hayoti murakkablashdi va ularning ba'zilari energiya olish uchun kislorodsiz fermentatsiyadan oksidlovchi fosforlanishga o'tdi. Bunday aerob geterotroflar anaerob bakteriyalarga qaraganda yuqori samaradorlik bilan fotosintez natijasida hosil bo'lgan organik moddalarni parchalashi mumkin edi. Erkin yashovchi aeroblarning bir qismi anaeroblar tomonidan ushlangan, ammo "hazm qilinmagan" emas, balki energiya stantsiyalari, mitoxondriyalar sifatida saqlanadi. Mitoxondriyalarni nafas olish qobiliyatiga ega bo'lmagan hujayralarga ATP molekulalari bilan ta'minlash uchun asirga olingan qul sifatida qaramaslik kerak. Ular proterozoy davrida o'zlari va avlodlari uchun eng yaxshi boshpana topadigan "maxluqlar" bo'lib, ular eng kam kuch sarflashlari mumkin edi.

Ko'pgina faktlar simbiotik nazariya foydasiga gapiradi:

Mitoxondriyalar va erkin yashovchi aerob bakteriyalarning o'lchamlari va shakllari bir-biriga mos keladi; ikkalasi ham gistonlar bilan bog'lanmagan dumaloq DNK molekulalarini o'z ichiga oladi (chiziqli yadro DNKsidan farqli o'laroq);

Nukleotidlar ketma-ketligi nuqtai nazaridan mitoxondriyalarning ribosoma va transfer RNKlari yadrodan farq qiladi, shu bilan birga ba'zi aerob grammusbat eubakteriyalarning o'xshash molekulalari bilan hayratlanarli darajada o'xshashlikni namoyish etadi;

Mitoxondriyal RNK polimerazalari, garchi hujayra yadrosida kodlangan bo'lsa-da, bakterial kabi rifampitsin tomonidan inhibe qilinadi va eukaryotik RNK polimerazalari bu antibiotikga sezgir emas;

Mitoxondriya va bakteriyalarda oqsil sintezi eukariotlarning ribosomalariga ta'sir qilmaydigan bir xil antibiotiklar tomonidan bostiriladi;

Mitoxondriyaning ichki membranasi va bakterial plazma membranasining lipid tarkibi o'xshash, ammo eukaryotik hujayralarning boshqa membranalari bilan gomologik bo'lgan mitoxondriyaning tashqi membranasidan juda farq qiladi;

Ichki mitoxondriyal membranadan hosil bo'lgan kristallar ko'plab prokariotlarning mezosomal membranalarining evolyutsion analoglari;

Bakteriyalardan (ibtidoiy amyoba) mitoxondriyalarni hosil qilish yo'lida oraliq shakllarga taqlid qiluvchi organizmlar hali ham mavjud. Pelomyxa mitoxondriyaga ega emas, lekin har doim endosimbiotik bakteriyalarni o'z ichiga oladi).

Eukaryotlarning turli qirolliklari turli ajdodlarga ega bo'lgan va bakterial endosimbioz tirik organizmlar evolyutsiyasining turli bosqichlarida paydo bo'lgan degan fikr mavjud. Bu protozoa, zamburug'lar, o'simliklar va yuqori hayvonlarning mitoxondrial genomlari tuzilishidagi farqlardan ham dalolat beradi. Ammo barcha holatlarda promitoxondriya genlarining asosiy qismi, ehtimol, mobil genetik elementlar yordamida yadroga kirgan. Simbiontlardan birining genomining bir qismi boshqasining genomiga kiritilganda, simbiontlarning integratsiyasi qaytarilmas holga keladi. Yangi genom metabolik yo'llarni yaratishi mumkin, bu esa foydali mahsulotlarning shakllanishiga olib keladi, ularni har ikkala sherik ham individual ravishda sintez qila olmaydi. Shunday qilib, buyrak usti korteksining hujayralari tomonidan steroid gormonlar sintezi murakkab reaktsiyalar zanjiri bo'lib, ularning ba'zilari mitoxondriyalarda, ba'zilari esa endoplazmatik retikulumda sodir bo'ladi. Promitoxondrial genlarni ushlash orqali yadro simbiontning funktsiyalarini ishonchli boshqarishga muvaffaq bo'ldi. Yadro mitoxondriyaning tashqi membranasining barcha oqsillari va lipid sintezini, matritsa oqsillarining ko'p qismini va organellalarning ichki membranasini kodlaydi. Eng muhimi, yadro mtDNK replikatsiyasi, transkripsiyasi va tarjimasi uchun fermentlarni kodlaydi va shu bilan mitoxondriyalarning o'sishi va ko'payishini nazorat qiladi. Simbioz sheriklarining o'sish tezligi taxminan bir xil bo'lishi kerak. Agar uy egasi tezroq o'sadigan bo'lsa, unda har bir avlod bilan bir kishiga simbiontlar soni kamayadi va oxir-oqibat mitoxondriyasiz avlodlar paydo bo'ladi. Bizga ma'lumki, jinsiy yo'l bilan ko'payadigan organizmning har bir hujayrasida ko'plab mitoxondriyalar mavjud bo'lib, ular uy egasining bo'linishlari orasida o'zlarining DNKlarini ko'paytiradilar. Bu qiz hujayralarning har biri mitoxondriyal genomning kamida bitta nusxasini olishini ta'minlaydi.

Mitoxondriyal biogenezda hujayra yadrosining roli

Mutantli xamirturushlarning ma'lum bir turi mitoxondriyal DNKda katta o'chirishga ega, bu mitoxondriyadagi oqsil sintezining to'liq to'xtashiga olib keladi; natijada bu organoidlar o'z vazifasini bajara olmaydi. Bunday mutantlar past glyukozali muhitda o'sganda kichik koloniyalar hosil qilganligi sababli, ular deyiladi sitoplazmatik mutantamimayda.

Garchi mayda mutantlar mitoxondriyal oqsil sinteziga ega bo'lmasa va shuning uchun oddiy mitoxondriyalarni hosil qilmasa ham, bunday mutantlar shunga qaramay promitoxondriya, ma'lum darajada oddiy mitoxondriyalarga o'xshash, normal tashqi membrana va yomon rivojlangan kristalli ichki membranaga ega. Promitoxondriyalar tarkibida yadro genlari tomonidan kodlangan va sitoplazmatik ribosomalarda sintez qilingan ko'plab fermentlar, jumladan DNK va RNK polimerazalari, limon kislotasi siklining barcha fermentlari va ichki membranani tashkil etuvchi ko'plab oqsillar mavjud. Bu mitoxondrial biogenezda yadro genomining asosiy rolini aniq ko'rsatadi.

Shunisi qiziqki, yo'qolgan DNK bo'laklari mitoxondriyal genomning 20-99,9% dan ortig'ini tashkil qilsa-da, kichik mutantlardagi mitoxondriyal DNKning umumiy miqdori har doim yovvoyi turdagi kabi bir xil darajada qoladi. Bu DNKni kuchaytirish jarayoni hali kam o'rganilganligi bilan bog'liq, buning natijasida bir xil bo'limning tandem takrorlaridan iborat va normal molekulaga teng bo'lgan DNK molekulasi hosil bo'ladi. Masalan, yovvoyi tipdagi DNK nukleotidlar ketma-ketligining 50% ni saqlaydigan kichik mutantning mitoxondrial DNKsi ikkita takrorlanishdan iborat bo'ladi, molekulasi esa faqat 0,1% yovvoyi genom qolgan fragmentning 1000 nusxasidan quriladi. Shunday qilib, mayda mutantlar mitoxondriyal DNKning ko'p miqdorda o'ziga xos bo'limlarini olish uchun ishlatilishi mumkin, ularni tabiatning o'zi klonlangan deb aytish mumkin.

Organellalarning biogenezi asosan yadro genlari tomonidan boshqarilsa-da, ba'zi ma'lumotlarga ko'ra organellalarning o'zi ham qayta aloqa printsipiga qandaydir tartibga soluvchi ta'sirga ega; hech bo'lmaganda bu mitoxondriya bilan bog'liq. Agar buzilmagan hujayralar mitoxondriyalarida oqsil sintezi bloklangan bo‘lsa, DNK, RNK va oqsillarning mitoxondrial sintezida ishtirok etuvchi fermentlar sitoplazmada ortiqcha miqdorda shakllana boshlaydi, go‘yo hujayra blokirovka qiluvchi vosita ta’sirini yengishga harakat qiladi. Ammo, mitoxondriyadan ba'zi signallarning mavjudligi shubhasiz bo'lsa-da, uning tabiati hali ham noma'lum.

Bir qator sabablarga ko'ra, mitoxondrial biogenez mexanizmlari ko'p hollarda madaniyatlarda o'rganilmoqda. Sakkaromitslar carlsbergensis(pivo xamirturushi va S. cerevisiae(novvoy xamirturush). Birinchidan, glyukozada o'sayotganda, bu xamirturushlar faqat glikoliz orqali mavjud bo'lish, ya'ni mitoxondrial funktsiyasiz yashash qobiliyatini namoyon qiladi. Bu mitoxondriyal va yadroviy DNKdagi mutatsiyalarni o'rganishga imkon beradi, bu organellalarning rivojlanishiga to'sqinlik qiladi. Bunday mutatsiyalar deyarli barcha boshqa organizmlarda halokatli hisoblanadi. Ikkinchidan, xamirturush - oddiy bir hujayrali eukariotlarni etishtirish va biokimyoviy o'rganish oson. Nihoyat, xamirturush gaploid va diploid fazalarda, odatda aseksual tomurcuklanma (assimetrik mitoz) bilan ko'payishi mumkin. Ammo xamirturushda jinsiy jarayon ham sodir bo'ladi: vaqti-vaqti bilan ikkita haploid hujayra qo'shilib, diploid zigota hosil qiladi, keyin esa mitoz yo'li bilan bo'linadi yoki meiozga uchraydi va yana haploid hujayralarni hosil qiladi. Aseksual va jinsiy ko'payishning almashinishini eksperimental nazorat qilish orqali mitoxondriyal funktsiya uchun mas'ul bo'lgan genlar haqida ko'p narsalarni bilib olish mumkin. Ushbu usullardan foydalangan holda, xususan, bunday genlar yadro DNKsida yoki mitoxondriyal DNKda lokalizatsiya qilinganligini aniqlash mumkin, chunki mitoxondriyal genlardagi mutatsiyalar yadro genlarining merosini boshqaradigan Mendel qonunlariga ko'ra meros bo'lib o'tmaydi.

Mitoxondriyalarning transport tizimlari

Mitoxondriyalar va xloroplastlar tarkibidagi oqsillarning aksariyati sitozoldan ushbu organellalarga import qilinadi. Bu ikkita savol tug'diradi: hujayra oqsillarni tegishli organellaga qanday yo'naltiradi va bu oqsillar hujayra ichiga qanday kiradi?

Qisman javob fermentning kichik bo'linmasini (S) xloroplast stromasiga tashishni o'rganish orqali olingan. ribuloza-1,5-bifosfat-karboksilyuklar. Agar mRNK bir hujayrali suv o'tlari sitoplazmasidan ajratilgan bo'lsa Chlamydomonas yoki no'xat barglaridan, in vitroda oqsil sintez qilish tizimiga matritsa sifatida kiritilgan, keyin hosil bo'lgan ko'plab oqsillardan biri o'ziga xos anti-S antikori bilan bog'lanadi. In vitroda sintez qilingan S oqsili ppo-S deb ataladi, chunki u oddiy S oqsilidan taxminan 50 ta aminokislota qoldig'idan kattaroqdir. Pro-S oqsili buzilmagan xloroplastlar bilan inkubatsiya qilinganida, u organoidlarga kirib boradi va u erda peptidaza tomonidan S-oqsiliga aylanadi. Keyin S oqsili xloroplast ribosomalarida sintezlangan ribuloza-1,5-bisfosfatkarboksilazaning katta bo'linmasi bilan bog'lanadi va u bilan xloroplast stromasida faol ferment hosil qiladi.

S proteinini uzatish mexanizmi noma'lum. Pro-S xloroplastning tashqi membranasida yoki tashqi va ichki membranalarning tutashgan joyida joylashgan retseptor oqsili bilan bog'lanadi va energiya talab qiladigan jarayon natijasida transmembran kanallari orqali stromaga o'tadi, deb ishoniladi. xarajat.

Proteinning mitoxondriyaga o'tishi ham xuddi shunday tarzda sodir bo'ladi. Agar tozalangan xamirturush mitoxondriyalari yangi sintezlangan radioaktiv xamirturush oqsillarini o'z ichiga olgan hujayra ekstrakti bilan inkubatsiya qilinsa, yadro genomi tomonidan kodlangan mitoxondrial oqsillar sitoplazmadagi mitoxondrial bo'lmagan oqsillardan ajralib, mitoxondriyalarga tanlab qo'shilishi kuzatilishi mumkin. buzilmagan hujayra. Bunda tashqi va ichki membranalar oqsillari, matritsa va membranalararo bo'shliq mitoxondriyaning tegishli bo'limiga yo'l topadi.

Ichki membrana, matritsa va membranalararo bo'shliq uchun mo'ljallangan ko'plab yangi sintezlangan oqsillar N-terminalida etakchi peptidga ega bo'lib, u matritsada joylashgan maxsus proteaz tomonidan tashish paytida ajralib chiqadi. Proteinlarni ushbu uchta mitoxondriyal bo'linmalarga tashish ichki membranada yaratilgan elektrokimyoviy proton gradientining energiyasini talab qiladi. Tashqi membrana uchun oqsil o'tkazish mexanizmi boshqacha: bu holda na energiya sarfi, na uzoqroq kashshof oqsilning proteolitik bo'linishi talab qilinmaydi. Ushbu va boshqa kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, mitoxondriyal oqsillarning barcha to'rtta guruhi organoidlarga quyidagi mexanizm orqali tashiladi: tashqi membrana uchun mo'ljallanganlardan tashqari barcha oqsillar ichki membranaga birlashtirilgan deb taxmin qilinadi. energiya sarfi va tashqi va ichki membranalar o'rtasidagi aloqa joylarida sodir bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, oqsilning membranaga dastlabki kiritilishidan so'ng u proteolitik parchalanishga uchraydi, bu uning konformatsiyasining o'zgarishiga olib keladi; konformatsiyaning qanday o'zgarishiga qarab, oqsil membranada mahkamlanadi yoki matritsaga yoki membranalararo bo'shliqqa "itariladi".

Oqsillarning mitoxondriya va xloroplastlarning membranalari orqali o'tishi, asosan, ularning endoplazmatik retikulum membranalari orqali o'tishiga o'xshaydi. Biroq, bir nechta muhim farqlar mavjud. Birinchidan, matritsaga yoki stromaga o'tkazilganda, oqsil organellaning tashqi va ichki membranasidan o'tadi, endoplazmatik to'rning bo'shlig'iga o'tkazilganda esa, molekulalar faqat bitta membranadan o'tadi. Bundan tashqari, oqsillarni retikulumga o'tkazish mexanizm yordamida amalga oshiriladi maqsadli chiqarish(vektorli razryad) - oqsil ribosomani hali to'liq tark etmaganida boshlanadi (kotranslational import), va mitoxondriya va xloroplastlarga o'tish oqsil molekulasining sintezi to'liq tugagandan so'ng sodir bo'ladi. (tarjimadan keyingi import).

Ushbu farqlarga qaramasdan, ikkala holatda ham hujayra oqsilning qaysi membranaga yo'naltirilganligini aniqlaydigan signal ketma-ketligini o'z ichiga olgan prekursor oqsillarni sintez qiladi. Ko'rinishidan, ko'p hollarda bu ketma-ketlik transport jarayoni tugagandan so'ng prekursor molekulasidan ajralib chiqadi. Biroq, ba'zi oqsillar darhol yakuniy shaklda sintezlanadi. Bunday hollarda signal ketma-ketligi tayyor oqsilning polipeptid zanjirida joylashganligiga ishoniladi. Signal ketma-ketligi hali ham yaxshi tushunilmagan, ammo bunday ketma-ketliklarning bir nechta turlari mavjud bo'lib, ularning har biri oqsil molekulasining hujayraning ma'lum bir hududiga o'tkazilishini belgilaydi. Masalan, o'simlik hujayrasida sintezi sitozolda boshlangan oqsillarning bir qismi keyinchalik mitoxondriyalarga, boshqalari xloroplastlarga, boshqalari peroksizomalarga, boshqalari esa endoplazmatik to'rga o'tadi. Proteinlarning hujayra ichidagi to'g'ri taqsimlanishiga olib keladigan murakkab jarayonlar endigina tushuniladi.

Nuklein kislotalar va oqsillardan tashqari, yangi mitoxondriyalarni qurish uchun lipidlar kerak. Xloroplastlardan farqli o'laroq, mitoxondriyalar lipidlarning katta qismini tashqi tomondan oladi. Hayvon hujayralarida endoplazmatik retikulumda sintez qilingan fosfolipidlar maxsus oqsillar yordamida mitoxondriyaning tashqi membranasiga ko'chiriladi va keyin ichki membranaga kiritiladi; Bu ikki membrana orasidagi aloqa nuqtasida sodir bo'ladi, deb ishoniladi. Mitoxondriyalarning o'zlari tomonidan katalizlangan lipidlar biosintezining asosiy reaktsiyasi fosfatid kislotaning asosan ichki mitoxondriyal membranada joylashgan va uning barcha lipidlarining taxminan 20% ni tashkil etadigan fosfolipid kardiolipinga aylanishidir.

Mitoxondriyal genomlarning hajmi va shakli

Bugungi kunga qadar 100 dan ortiq turli xil mitoxondrial genomlar o'qilgan. Nukleotidlar ketma-ketligi to'liq aniqlangan mitoxondrial DNKdagi ularning genlari to'plami va soni hayvonlar, o'simliklar, zamburug'lar va oddiy hayvonlarning turli turlarida juda katta farq qiladi. Eng ko'p genlar flagellatli protozoalarning mitoxondrial genomida topilgan. Rectinomo-nas americana- 97 gen, shu jumladan boshqa organizmlarning mtDNKsida topilgan barcha protein kodlovchi genlar. Ko‘pgina yuqori hayvonlarda mitoxondriyal genomda 37 ta gen mavjud: nafas olish zanjiri oqsillari uchun 13 ta, tRNK uchun 22 ta va rRNK uchun ikkita (katta ribosoma bo‘linmasi 16S rRNK va kichik 12S rRNK uchun). O'simliklar va protozoalarda, hayvonlar va ko'pchilik zamburug'lardan farqli o'laroq, mitoxondriyal genom ushbu organellalarning ribosomalarini tashkil etuvchi ba'zi oqsillarni ham kodlaydi. Shablonli polinukleotid sintezining asosiy fermentlari, masalan, DNK polimeraza (mitoxondriyal DNKni replikatsiya qiluvchi) va RNK polimeraza (mitoxondriyal genomni transkripsiya qiluvchi) yadroda shifrlangan va sitoplazmadagi ribosomalarda sintezlanadi. Bu fakt eukaryotik hujayraning murakkab ierarxiyasida mitoxondrial avtonomiyaning nisbiyligini ko'rsatadi.

Turli xil turlarning mitoxondrial genomlari nafaqat genlar to'plami, ularning joylashuvi va ifodalanish tartibi, balki DNKning hajmi va shakli bilan ham farqlanadi. Bugungi kunda tasvirlangan mitoxondrial genomlarning aksariyati dumaloq o'ta o'ralgan ikki zanjirli DNK molekulalaridir. Ba'zi o'simliklarda aylana shakllari bilan bir qatorda chiziqli shakllar ham mavjud va ba'zi oddiy hayvonlarda, masalan, siliatlarda, mitoxondriyalarda faqat chiziqli DNK mavjud.

Qoida tariqasida, har bir mitoxondriya o'z genomining bir nechta nusxasini o'z ichiga oladi. Shunday qilib, inson jigar hujayralarida 2 mingga yaqin mitoxondriya mavjud bo'lib, ularning har birida 10 ta bir xil genom mavjud. Sichqoncha fibroblastlarida ikkita genomni o'z ichiga olgan 500 ta mitoxondriya va xamirturush hujayralarida S. cerevisiae- har biri to'rtta genomga ega bo'lgan 22 tagacha mitoxondriya.

https://pandia.ru/text/78/545/images/image002_21.jpg" align="chap" width="386 height=225" height="225"> 2-rasm. Chiziqli (A), aylana (B), zanjir (C) mtDNK oligomerlarining hosil bo'lish sxemasi. ori DNK replikatsiyasi boshlanadigan hududdir.

Turli organizmlarning mitoxondrial genomining hajmi falciparum plazmodiumidagi 6 mingdan kam nukleotid juftligidan (ikkita rRNK genidan tashqari u faqat uchta protein kodlovchi genni o'z ichiga oladi) quruqlikdagi o'simliklardagi yuz minglab nukleotid juftlarigacha (uchun). misol, Arabidopsis thaliana xochga mixlangan oiladan 366924 juft nukleotid). Bundan tashqari, yuqori o'simliklarning mtDNK hajmidagi 7-8 baravar farqlar hatto bir oilada ham uchraydi. Umurtqali hayvonlarning mtDNK uzunligi biroz farq qiladi: odamlarda - 16569 juft nukleotid, cho'chqalarda - 16350, delfinlarda - 16330, tirnoqli qurbaqalarda Xenopus laevis- 17533, sazanda - 16400. Bu genomlar genlarning lokalizatsiyasi bo'yicha ham o'xshash bo'lib, ularning aksariyati uchi uchi joylashgan; ba'zi hollarda ular hatto bir-birining ustiga chiqadi, odatda bitta nukleotid, shuning uchun bir genning oxirgi nukleotidi keyingisida birinchi bo'ladi. Umurtqali hayvonlardan farqli o'laroq, o'simliklar, zamburug'lar va protozoalarda mtDNK 80% gacha kodlanmaydigan ketma-ketlikni o'z ichiga oladi. Mitoxondrial genomlardagi genlarning tartibi turlarga qarab farq qiladi.

Mitoxondriyadagi reaktiv kislorod turlarining yuqori konsentratsiyasi va zaif ta'mirlash tizimi mtDNK mutatsiyalarining chastotasini yadro DNKsiga nisbatan kattalik tartibida oshiradi. Kislorod radikallari C®T (sitozin deaminatsiyasi) va G®T (guaninning oksidlovchi shikastlanishi) o'ziga xos almashtirishlarni keltirib chiqaradi, buning natijasida mtDNK AT juftlariga boy bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, barcha mtDNKlar qiziqarli xususiyatga ega - ular yadroviy va prokaryotik DNKlardan farqli ravishda metillanmagan. Ma'lumki, metillanish (DNKning kodlash funktsiyasini buzmasdan nukleotidlar ketma-ketligini vaqtincha kimyoviy modifikatsiya qilish) dasturlashtirilgan gen inaktivatsiyasi mexanizmlaridan biridir.

Organellalardagi DNK molekulalarining hajmi va tuzilishi

Ba'zi hujayralar va to'qimalarda DNK organellalarining nisbiy miqdori

Mitoxondriyal genomning ishlashi

Sutemizuvchilar mitoxondriyalarining DNK replikatsiyasi va transkripsiyasi mexanizmlarining o'ziga xos xususiyati nimada?

Qo'shimcha" href="/text/category/komplementarij/" rel="xatcho'p">MtDNKdagi qo'shimcha zanjirlar o'ziga xos zichlikda sezilarli darajada farqlanadi, chunki ular tarkibida teng bo'lmagan miqdorda "og'ir" purin va "engil" pirimidin nukleotidlari mavjud. Ular shunday. - H (og'ir - og'ir) va L (engil - engil) zanjiri mtDNK molekulasining replikatsiyasining boshida D-loop deb ataladigan (inglizcha joy almashish halqasidan) hosil bo'ladi. skop, ikki zanjirli va bir ipli (H-zanjirning tortilgan qismi) bo'limlardan iborat. 450-650 (organizm turiga qarab) nukleotidlar, 5"-. ega bo'lgan ribonukleotid primer uchi, H-zanjir sintezining (oriH) boshlang'ich nuqtasiga to'g'ri keladi. L zanjirining sintezi qizi H zanjiri ori L nuqtaga yetgandan keyingina boshlanadi. Bu L zanjirining replikatsiya boshlanishi mintaqasiga faqat bir zanjirli DNK sintezi fermentlari kirishi mumkinligi bilan bog'liq. holat, va shuning uchun, H-zanjir sintezi paytida faqat braided holatda qo'sh spiral. Shunday qilib, mtDNKning qiz zanjirlari uzluksiz va asinxron sintezlanadi (3-rasm).

3-rasm. Sutemizuvchilar mtDNK replikatsiya sxemasi. Birinchidan, D-halqa hosil bo'ladi, keyin qiz H-zanjir sintezlanadi, so'ngra qizi L-zanjirning sintezi boshlanadi.

16S rRNK genining oxiri (4-rasm). Bunday qisqa transkriptlar uzunlarga qaraganda 10 barobar ko'p. Yetilish (qayta ishlash) natijasida ulardan 12S rRNK va 16S rRNK hosil boʻladi, ular mitoxondriyal ribosomalar hamda fenilalanin va valin tRNK hosil boʻlishida ishtirok etadi. Qolgan tRNKlar uzun transkriptlardan kesiladi va tarjima qilingan mRNKlar hosil bo'ladi, ularning 3" uchiga poliadenil ketma-ketliklari biriktiriladi. Bu mRNKlarning 5" uchlari yopilmagan, bu eukariotlar uchun odatiy holdir. Sutemizuvchilarning mitoxondrial genlarining hech birida intronlar mavjud bo'lmagani uchun qo'shilish (fusion) sodir bo'lmaydi.

4-rasm. 37 genni o'z ichiga olgan inson mtDNKsining transkripsiyasi. Barcha transkriptlar ori H mintaqasida sintezlana boshlaydi, ribosoma RNKlari uzun va qisqa H-strandlardan ajratiladi. tRNK va mRNK DNKning ikkala zanjiri transkriptlaridan ishlov berish natijasida hosil bo'ladi. tRNK genlari och yashil rangda ko'rsatilgan.

Mitoxondriyal genom yana qanday hayratlanarli narsalarni taqdim etishi mumkinligini bilmoqchimisiz? Ajoyib! O'qing!..

Ko'pchilik yadro mRNKlari kabi etakchi va 3 "kodlanmagan hududlar. Bir qator genlar ham intronlarni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, sitoxrom oksidaz b ni kodlaydigan quti genida ikkita intron mavjud. Birlamchi RNK transkripsiyasidan, avtokatalitik (ishtirokisiz) har qanday yoki oqsillar) birinchi intronning ko'p nusxasi kesiladi intronlar o'z mRNK nusxalarini yo'q qilib, sitoxrom oksidaz b hosil bo'ladi (5-rasm). "kodlanmagan ketma-ketliklar."

5-rasm. Xamirturush mitoxondriyalarida sitoxrom oksidaza b mRNKni qayta ishlash (etilish). Splaysning birinchi bosqichida splaysning ikkinchi bosqichi uchun zarur bo'lgan maturazani sintez qiladigan mRNK hosil bo'ladi.

Mitoxondriyal genlarning ifodasini o'rganishda Trypanosoma brucei mRNKdagi nukleotidlar ketma-ketligi DNKning kodlash hududlaridagi ketma-ketlikka to'liq mos kelishini bildiruvchi molekulyar biologiyaning asosiy aksiomalaridan birida hayratlanarli og'ish aniqlandi. Ma'lum bo'lishicha, sitoxrom c oksidaza bo'linmalaridan birining mRNKsi tahrirlangan, ya'ni transkripsiyadan so'ng uning asosiy tuzilishi o'zgaradi - to'rtta urasil qo'shiladi. Natijada, aminokislotalar ketma-ketligida viruslar, zamburug'lar, o'simliklar va hayvonlarning ketma-ketligi bilan hech qanday umumiylik bo'lmagan fermentning qo'shimcha bo'linmasini sintez qilish uchun matritsa bo'lib xizmat qiladigan yangi mRNK hosil bo'ladi tadqiqotchi Burrell buzoq mitoxondrial genlaridan birining tuzilishini ushbu gen tomonidan kodlangan sitoxrom oksidaza subunitidagi aminokislotalar ketma-ketligi bilan taqqosladi, ma'lum bo'lishicha, qoramol mitoxondriyalarining genetik kodi (shuningdek, odamlar) nafaqat universaldan farq qiladi. biri "ideal", ya'ni quyidagi qoidaga bo'ysunadi: "agar ikkita kodon ikkita bir xil nukleotidga ega bo'lsa va uchinchi nukleotidlar bir sinfga tegishli bo'lsa (purin - A, G yoki pirimidin - U, C). keyin ular bir xil aminokislotalarni kodlaydilar.” Umumjahon kodida bu qoidadan ikkita istisno mavjud: triplet AUA izolösinni va AUG kodoni metioninni kodlaydi, ideal mitoxondrial kodda esa bu ikkala triplet metioninni kodlaydi; UGG tripleti faqat triptofanni, UGA tripleti esa stop kodonini kodlaydi. Umumjahon kodida ikkala og'ish ham oqsil sintezining asosiy jihatlariga taalluqlidir: AUG kodoni boshlang'ich hisoblanadi va to'xtash kodoni UGA polipeptid sintezini to'xtatadi. Ideal kod barcha tasvirlangan mitoxondriyalarga xos emas, lekin ularning hech biri universal kodga ega emas. Aytishimiz mumkinki, mitoxondriyalar turli tillarda gaplashadi, lekin hech qachon yadro tilida emas.

"Universal" genetik kod va ikkita mitoxondriyal kod o'rtasidagi farqlar

Yuqorida aytib o'tilganidek, umurtqali hayvonlarning mitoxondrial genomida 22 tRNK genlari mavjud. Bunday to'liq bo'lmagan to'plam aminokislotalar uchun barcha 60 ta kodonga qanday xizmat qiladi (64 uchlik ideal kodida to'rtta to'xtash kodon mavjud, universal kodda uchta)? Gap shundaki, mitoxondriyadagi oqsil sintezi jarayonida kodon-antikodon o'zaro ta'siri soddalashtiriladi - tanib olish uchun uchta antikodon nukleotiddan ikkitasi ishlatiladi. Shunday qilib, bitta tRNK kodon oilasining barcha to'rt a'zosini taniydi, faqat uchinchi nukleotidda farqlanadi. Masalan, GAU antikodonli leytsin tRNK ribosomada TsU, TsUC, TsUA va Tsug kodonlariga qarama-qarshi joylashgan bo'lib, leysinning polipeptid zanjiriga shubhasiz qo'shilishini ta'minlaydi. Boshqa ikkita leysin kodonlari, UUA va UUG, tRNK tomonidan AAU antikodoni bilan tan olinadi. Hammasi bo'lib, sakkiz xil tRNK molekulalari har biri to'rtta kodondan iborat sakkizta oilani taniydi va 14 tRNK har biri bitta aminokislotani kodlaydigan turli juft kodonlarni taniydi.

Aminoatsil-tRNK sintetaza fermentlarining tegishli mitoxondriyal tRNKlarga qo'shilishi uchun javob beradigan aminokislotalar hujayra yadrosida kodlanganligi va endoplazmatik retikulum ribosomalarida sintezlanishi muhimdir. Shunday qilib, umurtqali hayvonlarda mitoxondrial polipeptid sintezining barcha oqsil komponentlari yadroda shifrlangan. Bunday holda, mitoxondriyadagi oqsil sintezi eukaryotik ribosomalarning ishini bloklaydigan siklogeksimid tomonidan bostirilmaydi, ammo bakteriyalarda oqsil sintezini inhibe qiluvchi eritromitsin va xloramfenikol antibiotiklariga sezgir. Bu fakt eukaryotik hujayralarning simbiotik shakllanishi paytida mitoxondriyalarning aerob bakteriyalardan kelib chiqishi foydasiga dalillardan biri bo'lib xizmat qiladi.

Mitoxondriya uchun o'z genetik tizimingizga ega bo'lishning ahamiyati

Nima uchun mitoxondriyalar o'zlarining genetik tizimiga muhtoj, boshqa organellalar, masalan, peroksisomalar va lizosomalar kerak emas? Bu masala unchalik ahamiyatsiz emas, chunki yadro genomidagi zarur miqdordagi qo'shimcha genlarni hisobga olgan holda, alohida genetik tizimni saqlash hujayra uchun qimmatga tushadi. Bu erda ribosoma oqsillari, aminoatsil-tRNK sintetazalari, DNK va RNK polimerazalari, RNKni qayta ishlash va modifikatsiyalash fermentlari va boshqalarni kodlash kerak mitoxondriyadan o'rganilayotgan oqsillarning aksariyati hujayraning boshqa qismlaridan aminokislotalar ketma-ketligi bilan farq qiladi va. Bu organlarda boshqa joylarda topilishi mumkin bo'lgan juda oz miqdordagi oqsillar mavjud deb ishonish uchun asos bor. Bu shuni anglatadiki, mitoxondriyaning genetik tizimini saqlab qolish uchun yadro genomida bir necha o'nlab qo'shimcha genlar bo'lishi kerak. Ushbu "isrofgarchilik" ning sabablari noaniq va javob mitoxondriyal DNK nukleotidlar ketma-ketligida topiladi degan umid amalga oshmadi. Nima uchun mitoxondriyalarda hosil bo'lgan oqsillar sitozolda emas, balki u erda sintezlanishi kerakligini tasavvur qilish qiyin.

Odatda, energiya organellalarida genetik tizimning mavjudligi organella ichida sintezlangan oqsillarning bir qismi tashqaridan mitoxondriyal membranadan o'tish uchun juda hidrofobik bo'lganligi bilan izohlanadi. Biroq, ATP sintetaza kompleksini o'rganish shuni ko'rsatdiki, bunday tushuntirish aql bovar qilmaydi. ATP sintetazasining alohida oqsil bo'linmalari evolyutsiya jarayonida yuqori darajada saqlanib qolgan bo'lsa-da, ularning sintez joylari o'zgaradi. Xloroplastlarda bir nechta hidrofilik oqsillar, shu jumladan kompleksning F1-ATPase qismining beshta bo'linmasidan to'rttasi organella ichidagi ribosomalarda hosil bo'ladi. Aksincha, qo'ziqorin Neyrospora hayvonlar hujayralarida esa sitoplazma ribosomalarida ATPazning membrana qismining juda hidrofobik komponenti (9-bo'linma) sintezlanadi va shundan keyingina organellaga o'tadi. Turli organizmlarda funktsional ekvivalent oqsillarning subbirliklarini kodlovchi genlarning turli lokalizatsiyasini mitoxondriya va xloroplastlarning zamonaviy genetik tizimlarining evolyutsion afzalliklarini tasdiqlovchi har qanday gipoteza yordamida tushuntirish qiyin.

Yuqorida aytilganlarning barchasini hisobga olgan holda, biz faqat mitoxondrial genetik tizim evolyutsiyaning boshi berk ko'chasini anglatadi, deb taxmin qilishimiz mumkin. Endosimbiotik gipoteza doirasida bu endosimbiotik genlarni xost yadrosi genomiga o'tkazish jarayoni to'liq tugagunga qadar to'xtaganligini anglatadi.

Sitoplazmatik meros

Ba'zi hayvonlar, shu jumladan odamlar uchun sitoplazmatik genlarni o'tkazish oqibatlari xamirturushga qaraganda jiddiyroqdir. Ikkita birlashuvchi haploid xamirturush hujayralari bir xil o'lchamda va hosil bo'lgan zigotaga bir xil miqdordagi mitoxondriyal DNK hissa qo'shadi. Shunday qilib, xamirturushda mitoxondrial genom ikkala ota-onadan ham meros bo'lib, naslning genofondiga teng hissa qo'shadi (garchi bir necha avloddan keyin). alohida nasl ko'pincha ota-ona turlaridan faqat bittasining mitoxondriyalarini o'z ichiga oladi). Bundan farqli ravishda, yuqori hayvonlarda tuxum zigotaga spermatozoidga qaraganda ko'proq sitoplazma hissa qo'shadi va ba'zi hayvonlarda sperma sitoplazmaga umuman hissa qo'shmasligi mumkin. Shuning uchun, yuqori hayvonlarda mitoxondriyal genom faqat bitta ota-onadan uzatiladi, deb o'ylash mumkin. onalik chiziqlar); va haqiqatan ham bu tajribalar bilan tasdiqlangan. Masalan, nukleotidlar ketma-ketligi (A va B turlari) bir oz farq qiladigan mitoxondriyal DNKga ega ikkita laboratoriya shtammining kalamushlarini kesib o'tganda, o'z ichiga olgan avlodlar olindi.

faqat ona tipidagi mitoxondriyal DNKni o'z ichiga oladi.

Sitoplazmatik meros, yadrodan farqli o'laroq, Mendel qonunlariga bo'ysunmaydi. Buning sababi, yuqori darajadagi hayvonlar va o'simliklarning turli jinsdagi gametalarida turli xil miqdordagi mitoxondriyalar mavjud. Shunday qilib, sichqon tuxumida 90 ming mitoxondriya bor, ammo spermada faqat to'rtta. Ko'rinib turibdiki, urug'lantirilgan tuxumda mitoxondriyalar asosan yoki faqat urg'ochi shaxsdan, ya'ni barcha mitoxondrial genlarning merosi onalikdir. Yadro-sitoplazmatik o'zaro ta'sir tufayli sitoplazmatik merosni genetik tahlil qilish qiyin. Sitoplazmatik erkak bepushtligi holatida mutant mitoxondrial genom ma'lum yadro genlari bilan o'zaro ta'sir qiladi, ularning retsessiv allellari belgi rivojlanishi uchun zarurdir. Bu genlarning dominant allellari, ham gomo-, ham geterozigota holatda, mitoxondriyal genomning holatidan qat'i nazar, o'simliklarning unumdorligini tiklaydi.

Men aniq bir misol keltirgan holda genlarning ona tomonidan nasl berish mexanizmiga to'xtalib o'tmoqchiman. Mitoxondriyal genlarning nomendeliy (sitoplazmatik) irsiyat mexanizmini nihoyat va qaytarib bo'lmaydigan tarzda tushunish uchun ikkita gaploid hujayralar diploid zigota hosil qilish uchun birlashganda bunday genlar bilan nima sodir bo'lishini ko'rib chiqaylik. Agar xamirturush hujayralaridan biri mitoxondriyal oqsil sintezining xloramfenikolga chidamliligini aniqlaydigan mutatsiyaga uchragan bo'lsa, ikkinchisi esa, yovvoyi tipdagi hujayra ushbu antibiotikga sezgir bo'lsa: mutant genlarni xamirturush bilan muhitda o'stirish orqali osongina aniqlash mumkin. faqat buzilmagan mitoxondriyalari bo'lgan hujayralar foydalanishi mumkin bo'lgan glitserin; shuning uchun xloramfenikol borligida bunday muhitda faqat mutant genni tashuvchi hujayralar o'sishi mumkin. Bizning diploid zigotamiz dastlab mutant va yovvoyi tipdagi mitoxondriyalarga ega bo'ladi. Mitoz natijasida zigotadan diploid qiz hujayra kurtaklanadi, uning tarkibida oz miqdordagi mitoxondriyalar bo'ladi. Bir necha mitotik tsikllardan so'ng, yangi hujayralardan biri mutant yoki yovvoyi turdagi barcha mitoxondriyalarni oladi. Shuning uchun bunday hujayraning barcha avlodlari genetik jihatdan bir xil mitoxondriyalarga ega bo'ladi. Bunday tasodifiy jarayon, natijada mitoxondriyalarning faqat bitta turini o'z ichiga olgan diploid nasl hosil bo'ladi. mitotikth segregatsiyath. Faqat bitta turdagi mitoxondriyaga ega bo'lgan diploid hujayra meiozga uchraganida, barcha to'rtta qiz haploid hujayralar bir xil mitoxondriyal genlarni oladi. Ushbu turdagi meros deyiladi nemendesher yog'sizlantirish yoki sitoplazmatik yadro genlarining Mendel merosidan farqli o'laroq. Sitoplazmatik genlarning o'tkazilishi o'rganilayotgan genlarning mitoxondriyalarda joylashganligini anglatadi.

Mitoxondriyal genomlarni, populyatsiya genetikasining o'ziga xos qonuniyatlariga amal qiladigan evolyutsiyasini, yadro va mitoxondrial genetik tizimlar o'rtasidagi munosabatlarni o'rganish eukaryotik hujayraning va butun organizmning murakkab ierarxik tashkil etilishini tushunish uchun zarurdir.

Ba'zi irsiy kasalliklar va insonning qarishi mitoxondriyal DNK yoki mitoxondriyal funktsiyani boshqaruvchi yadro genlarida ma'lum mutatsiyalar bilan bog'liq. Kanserogenezda mtDNK nuqsonlarining ishtiroki haqida ma'lumotlar to'planmoqda. Shuning uchun mitoxondriya saraton kimyoterapiyasi uchun maqsad bo'lishi mumkin. Bir qator inson patologiyalarining rivojlanishida yadro va mitoxondrial genomlarning yaqin o'zaro ta'siri haqida faktlar mavjud. Mushaklarning og'ir zaifligi, ataksiya, karlik va aqliy zaiflashuvi bo'lgan bemorlarda autosomal dominant tarzda meros bo'lib o'tgan bir nechta mtDNK deletsiyalari aniqlandi. Jinsiy dimorfizm koroner yurak kasalligining klinik ko'rinishida aniqlangan, bu, ehtimol, onaning ta'siri - sitoplazmatik meros bilan bog'liq. Gen terapiyasining rivojlanishi yaqin kelajakda mitoxondriyal genomlardagi nuqsonlarni tuzatishga umid beradi.

Ma'lumki, ko'p komponentli tizimning tarkibiy qismlaridan birining funktsiyasini tekshirish uchun sodir bo'lgan o'zgarishlarni keyingi tahlil qilish bilan ushbu komponentni yo'q qilish kerak bo'ladi. Ushbu referat mavzusi ona genomining nasl rivojlanishidagi rolini ko'rsatishdan iborat bo'lganligi sababli, turli omillar ta'sirida mitoxondriyal genom tarkibidagi buzilishlarning oqibatlari haqida bilish mantiqan to'g'ri keladi. Yuqoridagi rolni o'rganish vositasi mutatsiya jarayoni bo'lib chiqdi va bizni qiziqtirgan uning ta'sirining oqibatlari deb ataladigan narsa edi. mitoxondriyal kasalliklar.

Mitoxondriyal kasalliklar odamlarda sitoplazmatik irsiyatga, aniqrog'i, "organellalar irsiyatiga" misol bo'ladi. Bu aniqlik kiritilishi kerak, chunki hech bo'lmaganda ba'zi organizmlarda hujayra organellalari - sitogenlar bilan bog'liq bo'lmagan sitoplazmatik irsiy determinantlarning mavjudligi isbotlangan (-Vechtomov, 1996).

Mitoxondriya kasalliklari - bu mitoxondriyalarning genetik, tarkibiy va biokimyoviy nuqsonlari va to'qimalarning nafas olishining buzilishi natijasida kelib chiqadigan kasalliklarning geterogen guruhi. Mitoxondriyal kasallik tashxisini qo'yish uchun keng qamrovli genealogik, klinik, biokimyoviy, morfologik va genetik tahlil muhim ahamiyatga ega. Mitoxondriyal patologiyaning asosiy biokimyoviy belgisi odatda giperpiruvatik atsidemiya bilan birgalikda laktik atsidozning rivojlanishi hisoblanadi; Turli xil variantlar soni 120 ta shaklga yetdi. Miya omurilik suyuqligida sut va piruvik kislotalar kontsentratsiyasining barqaror o'sishi kuzatiladi.

Mitoxondriyal kasalliklar (MD) zamonaviy tibbiyot uchun muhim muammo hisoblanadi. Irsiy o'tkazish usullariga ko'ra, MDlarga Mendel tipiga ko'ra monogenik meros bo'lib o'tadigan kasalliklar kiradi, ularda yadro genlarining mutatsiyasi tufayli mitoxondriyal oqsillarning tuzilishi va faoliyati buziladi yoki mitoxondriyal DNKning ifodasi o'zgaradi. mitoxondriyal genlarning mutatsiyalari natijasida kelib chiqqan kasalliklar sifatida, asosan onalik chizig'i orqali naslga o'tadi.

Mitoxondriyaning yalpi patologiyasini ko'rsatadigan morfologik tadqiqotlar ma'lumotlari: mitoxondriyalarning anormal proliferatsiyasi, shakli va o'lchamidagi buzilishlar bilan mitoxondriyalarning polimorfizmi, kristallarning disorganizatsiyasi, sarkolemma ostida g'ayritabiiy mitoxondriyalarning to'planishi, parakristalin inklyuziyalarning mavjudligi.

Mitoxondriyal kasalliklarning shakllari

1 . Mitoxondriyal DNK mutatsiyalari natijasida kelib chiqqan mitoxondriyal kasalliklar

1.1.Mitoxondriyal DNK deletsiyasi natijasida yuzaga keladigan kasalliklar

1.1.1.Kerns-Sayre sindromi

Kasallik 4-18 yoshda o'zini namoyon qiladi, progressiv tashqi oftalmoplegiya, retinit pigmentozasi, ataksiya, niyat tremori, yurakning atrioventrikulyar blokadasi, miya omurilik suyuqligida oqsil miqdori 1 g/l dan oshishi, skeletda "yirtilgan" qizil tolalar. mushak biopsiyalari

1.1.2.Pirson sindromi

Kasallik tug'ilishdan yoki hayotning birinchi oylarida boshlanadi, ba'zida ensefalomiopatiyalar, ataksiya, demans, progressiv tashqi oftalmoplegiya, gipoplastik anemiya, ekzokrin oshqozon osti bezi funktsiyasining buzilishi, progressiv kurs rivojlanishi mumkin.

2 .Mitoxondriyal DNKdagi nuqta mutatsiyalari natijasida kelib chiqadigan kasalliklar

Onaning meros turi, bir yoki ikkala ko'zda ko'rish keskinligining o'tkir yoki subakut pasayishi, nevrologik va osteoartikulyar kasalliklar bilan birgalikda, retinal mikroangiopatiya, remissiya yoki ko'rish keskinligini tiklash imkoniyati bilan progressiv kurs, 20 yoshda kasallikning boshlanishi. -30 yil

2.2.NAPR sindromi (neyropatiya, ataksiya, retinit pigmentozasi)

Merosning onalik turi, neyropatiya, ataksiya va retinit pigmentozasining kombinatsiyasi, psixomotor rivojlanishning kechikishi, demans, mushak to'qimalarining biopsiyalarida "yirtilgan" qizil tolalar mavjudligi.

2.3 MERRF sindromi (mioklonus-epilepsiya, "yirtilgan" qizil tolalar)

Onaning irsiy turi, kasallikning 3-65 yoshda boshlanishi, miyoklonik epilepsiya, ataksiya, sensorinöral karlik bilan birgalikda demans, ko'rish nervlarining atrofiyasi va chuqur sezuvchanlikning buzilishi, laktik atsidoz, EEG tekshiruvlarida umumiy vanna epilepsiyasi aniqlanadi. komplekslar, skelet mushaklari biopsiyalarida "yirtiq" qizil tolalar, progressiv kurs

2.4 MELAS sindromi (mitoxondrial ensefalomiopatiya, laktik atsidoz, insultga o'xshash epizodlar)

Onaning meros turi, kasallikning 40 yoshdan oldin boshlanishi, jismoniy mashqlarga toqat qilmaslik, ko'ngil aynishi va qusish bilan kechadigan migrenga o'xshash bosh og'rig'i, insultga o'xshash epizodlar, konvulsiyalar, laktik atsidoz, mushak biopsiyalarida "yirtiq" qizil tolalar, progressiv kurs.

3 .Genomik aloqadagi nuqsonlar bilan bog'liq patologiya

3.1.Ko'p mitoxondriyal DNKni yo'q qilish sindromlari

Blefaroptoz, tashqi oftalmoplegiya, mushaklar kuchsizligi, sensorinöral karlik, optik asab atrofiyasi, progressiv kurs, skelet mushaklari biopsiyalarida "yirtilgan" qizil tolalar, nafas olish zanjiri fermentlari faolligining pasayishi.

3.2.Mitoxondriyal DNK deletsiya sindromi

Avtosomal retsessiv meros usuli

Klinik shakllari:

3.2.1.Fatal infantil

a) og'ir jigar etishmovchiligi b) gepatopatiya v) mushak gipotenziyasi

Neonatal davrda debyut

3.2.2.Konjenital miyopatiya

Mushaklarning og'ir zaifligi, umumiy gipotenziya, kardiyomiyopatiya va konvulsiyalar, buyrak shikastlanishi, glikozuriya, aminokisdopatiya, fosfaturiya

3.2.3.Infantil miyopatiya

hayotning birinchi 2 yilida sodir bo'ladi, progressiv mushaklar kuchsizligi, proksimal mushak guruhlari atrofiyasi va tendon reflekslarini yo'qotish, tez progressiv kurs, hayotning birinchi 3 yilida o'lim.

4 Yadro DNK mutatsiyasidan kelib chiqqan mitoxondrial kasalliklar

4.1.Nafas olish zanjiridagi nuqsonlar bilan bog'liq kasalliklar

4.1.1. Kompleks 1 etishmovchiligi (NADH: CoQ reduktaza)

15 yoshdan oldin kasallikning boshlanishi, miyopatiya sindromi, psixomotor rivojlanishning kechikishi, yurak-qon tomir tizimining buzilishi, terapiyaga chidamli konvulsiyalar, ko'plab nevrologik kasalliklar, progressiv kurs

4.1.2. Kompleks 2 etishmovchiligi (suksinat-CoQ reduktaza)

Ensefalomiopatiya sindromi, progressiv kurs, soqchilik, ptozisning mumkin bo'lgan rivojlanishi bilan tavsiflanadi.

4.1.3.Kompleks 3 (CoQ-sitoxrom C oksidoreduktaza) etishmovchiligi

Ko'p tizimli buzilishlar, markaziy va periferik asab tizimi, endokrin tizim, buyraklar, progressiv kursni o'z ichiga olgan turli organlar va tizimlarning shikastlanishi

4.1.4.Kompleks etishmovchiligi (sitoxrom C oksidaza)

4.1.4.1.O'limga olib keladigan tug'ma chaqaloq sut kislotasi

Buyrak etishmovchiligi yoki kardiyomiyopatiya bilan mitoxondrial miyopatiya, neonatal yoshda boshlangan, og'ir nafas olish buzilishi, diffuz mushak gipotenziyasi, progressiv kurs, hayotning birinchi yilida o'lim.

4.1.4.2.Infantil mushaklarning benign zaifligi

Atrofiya, adekvat va o'z vaqtida davolash bilan, jarayonning tez barqarorlashishi va hayotning 1-3 yil ichida tiklanishi mumkin.

5 Menkes sindromi (trixopoliodistrofiya)

Psikomotor rivojlanishning keskin kechikishi, o'sishning sekinlashishi, o'sishning buzilishi va sochlardagi distrofik o'zgarishlar;

6 . Mitoxondriyal ensefalomiyopatiyalar

6.1.Ley sindromi(subakut nevrotizatsiya qiluvchi ensefalomielopatiya)

6 oylik hayotdan keyin paydo bo'ladi, mushak gipotoniyasi, ataksiya, nistagmus, piramidal simptomlar, oftalmoplegiya, optik asab atrofiyasi, kardiyomiyopatiya va engil metabolik atsidoz qo'shilishi ko'pincha qayd etiladi.

6.2.Alpers sindromi(progressiv sklerozan polidistrofiya)

Jigar sirrozi bilan birgalikda miyaning kulrang moddasining degeneratsiyasi, kompleks 5 (ATP sintetaza) etishmovchiligi, psixomotor rivojlanishning kechikishi, ataksiya, demans, mushaklarning kuchsizligi, kasallikning progressiv kursi, noqulay prognoz.

6.3.Koenzim-Q tanqisligi

Metabolik inqirozlar, mushaklarning kuchsizligi va charchoqlari, oftalmoplegiya, karlik, ko'rishning pasayishi, insultga o'xshash epizodlar, ataksiya, miyoklonus epilepsiya, buyrak shikastlanishi: glyukozuriya, aminoatsidopatiya, fosfaturiya, endokrin kasalliklar, progressiv kurs, xastalik faolligining pasayishi.

7 .Sut va piruvik kislotalar almashinuvining buzilishi bilan bog'liq kasalliklar

7.1 Piruvat karboksilaza etishmovchiligi Avtosomal retsessiv irsiyat, kasallikning neonatal davrda boshlanishi, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, terapiyaga chidamli konvulsiyalar, qonda keton tanachalarining yuqori konsentratsiyasi, giperammonemiya, giperlizinemiya, karboksilaza faolligining pasayishi. skelet mushaklari

7.2.Piruvatdehidrogenaza etishmovchiligi

Neonatal davrda namoyon bo'lish, kraniofasiyal dismorfiya, terapiyaga chidamli konvulsiyalar, nafas olish va so'rishning buzilishi, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, miya disginezi, laktat va piruvatning yuqori miqdori bilan og'ir atsidoz.

7.3.Piruvatdehidrogenaza faolligining pasayishi

Hayotning birinchi yilida boshlanadi, mikrosefaliya, psixomotor rivojlanishning kechikishi, ataksiya, mushak distoni, xoreoatetoz, yuqori piruvatli sut kislotasi.

7.4.Digidrolipoiltransatsetilaz etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, kasallikning neonatal davrda boshlanishi, mikrosefaliya, kechiktirilgan psixomotor rivojlanish, mushaklarning gipotoniyasi, keyinchalik mushak tonusining oshishi, optik disk atrofiyasi, laktik atsidoz, dihidrolipoiltrans-asetilaz faolligining pasayishi.

7.5.Digidrolipoildehidrogenaza etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, hayotning birinchi yilida kasallikning boshlanishi, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, qusish va diareya bilan kechadigan dismetabolik inqirozlar, psixomotor rivojlanishning kechikishi, optik disklarning atrofiyasi, laktik atsidoz, alanin darajasining oshishi. qon zardobi, a-ketoglutarat, tarmoqlangan zanjirli a-keto kislotalar, dihidrolipoil dehidrogenaza faolligining pasayishi

8 .Yog 'kislotalarining beta-oksidlanishidagi nuqsonlardan kelib chiqadigan kasalliklar

8.1.Uzoq uglerod zanjiri atsetil-KoA dehidrogenaza etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, hayotning birinchi oylarida kasallikning boshlanishi, qusish va diareya bilan kechadigan metabolik inqirozlar, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, gipoglikemiya, dikarboksilik atsiduriya, uzun uglerod zanjirli yog'li atsetil-KoA dehidrogenaza faolligining pasayishi. kislotalar

8.2 O'rta uglerod zanjiri atsetil-KoA dehidrogenaz etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, kasallikning neonatal davrda yoki hayotning birinchi oylarida boshlanishi, qusish va diareya bilan kechadigan metabolik inqirozlar;

mushaklar kuchsizligi va gipotenziya, to'satdan o'lim sindromi tez-tez rivojlanadi, gipoglikemiya, dikarboksilik atsiduriya, o'rta uglerod zanjiri yog' kislotalarining atsetil-KoA dehidrogenaza faolligining pasayishi

8.3. Qisqa zanjirli yog 'kislotasi atsetil-KoA dehidrogenaza etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, kasallikning turli yoshdagi boshlanishi, jismoniy mashqlar bardoshliligining pasayishi, qusish va diareya bilan kechadigan metabolik inqirozlar, mushaklarning kuchsizligi va gipotenziya, metilsuksinik kislotaning siydik bilan chiqarilishi, qisqa uglerod zanjirli yog 'kislotalarining atsetil-KoA dehidrogenazasi.

8.4.Yog 'kislotalarining atsetil-KoA degidrogenazalarining ko'p tanqisligi.

Neonatal shakl: kraniofasiyal dismorfiya, miya disgineziyasi, og'ir gipoglikemiya va atsidoz, malign kurs, yog 'kislotalarining barcha atsetil-KoA dehidrogenazalari faolligining pasayishi,

Infantil shakl:"bo'sh bola" simptomlar majmuasi, kardiyomiyopatiya, metabolik inqirozlar, gipoglikemiya va atsidoz

8.5.Barcha yog 'kislotasi atsetil-KoA dehidrogenazalarning faolligining pasayishi

Kech debyut shakli: mushaklar kuchsizligining davriy epizodlari, metabolik inqirozlar, gipoglikemiya va atsidoz kamroq aniqlanadi, aql-idrok saqlanib qoladi,

9 .Krebs siklining enzimopatiyalari

9.1.Fumaraza etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, kasallikning neonatal yoki yangi tug'ilgan chaqaloq davrida boshlanishi, mikrosefaliya, mushaklarning umumiy zaifligi va gipotenziya, letargiya epizodlari, tez rivojlanayotgan ensefalopatiya, yomon prognoz.

9.2.Suksinatdehidrogenaza etishmovchiligi

Progressiv ensefalomiopatiya bilan tavsiflangan kam uchraydigan kasallik

9.3 Alfa-ketoglutarat dehidrogenaza etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, kasallikning neonatal boshlanishi, mikrosefaliya, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, letargiya epizodlari, laktik atsidoz, tez progressiv kurs, to'qimalarda Krebs tsikli fermentlarining kamayishi.

9.4.Karnitin tanqisligi sindromlari va uning metabolizmi fermentlari

Karnitin palmitoiltransferaza-1 etishmovchiligi, irsiyning autosomal retsessiv turi, kasallikning erta boshlanishi, ketonemik bo'lmagan gipoglikemik koma epizodlari, gepatomegaliya, gipertrigliseridemiya va o'rtacha giperammonemiya, fibroblastlarda karnitin palmitoiltransferaza-1 va faollikning pasayishi.

9.5.Karnitin asilkarnitin translokaz etishmovchiligi

Kasallikning erta boshlanishi, yurak-qon tomir va nafas olish tizimining buzilishi, "bo'sh bola" simptomlar majmuasi, letargiya va koma epizodlari, qon zardobida erkin karnitinning kamayishi fonida karnitin efirlari va uzun uglerod zanjirlari kontsentratsiyasining oshishi, faollikning pasayishi. karnitin asilkarnitin translokazasi

9.6.Karnitin palmitoil transferaza-2 etishmovchiligi

Avtosomal retsessiv meros turi, mushaklar kuchsizligi, miyalji, miyoglobinuriya, skelet mushaklarida karnitin palmitoiltransferaza-2 faolligining pasayishi.

Avtosomal retsessiv meros turi, miyopatik simptomlar majmuasi, letargiya va letargiya epizodlari, kardiyomiyopatiya, gipoglikemiya epizodlari, qon zardobida karnitin miqdorining pasayishi va siydik chiqarishning ko'payishi.

Mitoxondriyal (va nafaqat) genomning ishlashidagi muayyan o'zgarishlar bilan bog'liq patologiyalarning bunday "dahshatli" ro'yxatini tahlil qilib, ba'zi savollar tug'iladi. Mitoxondriyal genlar qanday mahsulotlardan iborat va ular qaysi o'ta mega hayotiy hujayra jarayonlarida ishtirok etadi?

Ma'lum bo'lishicha, yuqoridagi patologiyalarning ba'zilari NADH dehidrogenaza kompleksining 7 bo'linmasi, ATP sintetazasining 2 bo'linmasi, sitoxrom c oksidazasining 3 bo'linmasi va ubiquinol-sitoxrom c reduktazaning 1 bo'linmasining sintezidagi buzilishlar tufayli yuzaga kelishi mumkin. b) , mitoxondriyalarning gen mahsuloti. Shundan kelib chiqqan holda, bu oqsillar hujayra nafas olish, yog 'kislotalari oksidlanishi va ATP sintezi, ichki MT membranasining elektron tashish tizimida elektronlar almashinuvi, antioksidant tizimning ishlashi va boshqalarda asosiy rol o'ynaydi degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Apoptoz mexanizmlari haqidagi so'nggi ma'lumotlarga qaraganda, ko'plab olimlar apoptozni nazorat qilish markazi mavjud degan xulosaga kelishdi...

Mitoxondrial oqsillarning roli mitoxondrial sintezni bloklaydigan antibiotiklardan foydalanishda ham ko'rsatilgan. Agar to'qima madaniyatidagi inson hujayralari tetratsiklin yoki xloramfenikol kabi antibiotik bilan davolansa, ularning o'sishi bir yoki ikkita bo'linishdan keyin to'xtaydi. Bu mitoxondriyal oqsil sintezini inhibe qilish bilan bog'liq bo'lib, nuqsonli mitoxondriyalarning paydo bo'lishiga va natijada ATPning etarli darajada shakllanishiga olib keladi. Nima uchun antibiotiklar bakterial infektsiyalarni davolash uchun ishlatilishi mumkin? Bu savolga bir nechta javoblar mavjud:

1. Ba'zi antibiotiklar (masalan, eritromitsin) sutemizuvchilar mitoxondriyalarining ichki membranasidan o'tmaydi.

2. Bizning tanamizdagi ko'pchilik hujayralar juda sekin bo'linmaydi yoki bo'linmaydi, shuning uchun mavjud mitoxondriyalarni yangilari bilan almashtirish xuddi shunday sekin sodir bo'ladi (ko'p to'qimalarda mitoxondriyalarning yarmi taxminan besh kun yoki undan ko'proq vaqt ichida almashtiriladi). Shunday qilib, mitoxondriyal oqsil sintezining blokadasi ko'p kunlar davomida saqlanib qolsa, oddiy mitoxondriyalar soni kritik darajaga kamayadi.

3. To'qima ichidagi ma'lum sharoitlar ba'zi dorilarning eng sezgir hujayralarning mitoxondriyalariga kirishiga to'sqinlik qiladi. Masalan, suyak iligida Ca2+ ning yuqori kontsentratsiyasi tez bo'linadigan (va shuning uchun eng zaif) qon hujayralari prekursorlariga kira olmaydigan Ca2 + - tetratsiklin kompleksining shakllanishiga olib keladi.

Bu omillar mitoxondriyal oqsil sintezini inhibe qiluvchi ba'zi dorilarni antibiotiklar sifatida yuqori hayvonlarni davolashda qo'llash imkonini beradi. Ushbu dorilarning faqat ikkitasi nojo'ya ta'sirga ega: levomitsetinning katta dozalari bilan uzoq muddatli davolanish suyak iligining gematopoetik funktsiyasining buzilishiga olib kelishi mumkin (qizil va oq qon hujayralari shakllanishini bostiradi) va tetratsiklinni uzoq muddatli foydalanish. ichak epiteliysiga zarar yetkazadi. Ammo ikkala holatda ham bu nojo'ya ta'sirlar mitoxondriyal biogenez blokadasi yoki boshqa sabablarga ko'ra yuzaga kelganmi, hali to'liq aniq emas.

Xulosa

Mt genomining strukturaviy va funksional xususiyatlari quyidagilardan iborat. Birinchidan, mtDNK onadan barchaga uzatilishi aniqlandi

avlodlari va qizlaridan keyingi barcha avlodlarga, lekin o'g'illar DNKni (ona merosi) o'tkazmaydi. Onalik xarakteri

mtDNK merosi, ehtimol, ikkita holat bilan bog'liq: yoki otalik mtDNK ulushi juda kichik (emas, balki).

25 ming onaning mtDNKsiga bittadan ortiq DNK molekulasi), ularni mavjud usullar bilan aniqlab bo'lmaydi yoki urug'lantirilgandan keyin ota mitoxondriyalarining replikatsiyasi bloklanadi. Ikkinchidan, kombinativ o'zgaruvchanlikning yo'qligi - mtDNK faqat ota-onalardan biriga tegishli, shuning uchun meyozda yadro DNKsiga xos bo'lgan rekombinatsiya hodisalari mavjud emas va nukleotidlar ketma-ketligi avloddan-avlodga faqat mutatsiyalar tufayli o'zgaradi. Uchinchidan, mtDNKda intronlar yo'q

(tasodifiy mutatsiya DNKning kodlash hududiga ta'sir qilish ehtimoli yuqori), himoya gistonlar va samarali DNKni tiklash tizimi - bularning barchasi yadro DNKsiga qaraganda 10 baravar yuqori mutatsiya tezligini aniqlaydi. To'rtinchidan, bir hujayra ichida normal va mutant mtDNK bir vaqtning o'zida birga bo'lishi mumkin - geteroplazma fenomeni (faqat normal yoki faqat mutant mtDNKning mavjudligi gomoplazma deb ataladi). Va nihoyat, ikkala zanjir ham mtDNKda transkripsiyalanadi va tarjima qilinadi va bir qator xususiyatlarda mtDNKning genetik kodi universal koddan farq qiladi (UGA triptofanni kodlaydi, AUA metioninni kodlaydi, AGA va AGG to'xtaydi).

kodonlar).

Ushbu xususiyatlar va mt-genomning yuqoridagi funktsiyalari mtDNK nukleotidlari ketma-ketligi o'zgaruvchanligini o'rganishni shifokorlar, sud-tibbiyot olimlari, evolyutsion biologlar uchun bebaho vositaga aylantirdi.

tarix fanining vakillari o'zlarining o'ziga xos muammolarini hal qilishda.

1988 yildan boshlab, mtDNK gen mutatsiyalari mitoxondrial miopatiyalar (J. Y. Holt va boshq., 1988) va Leberning irsiy optik neyropatiyasi (D. C. Wallace, 1988) asosida ekanligi aniqlangandan so'ng, inson genomidagi mutatsiyalarni yanada tizimli ravishda aniqlash. mitoxondrial kasalliklar (MD) tushunchasi. Hozirgi vaqtda mitoxondrial genlarning har bir turida patologik mtDNK mutatsiyalari aniqlangan.

Adabiyotlar ro'yxati

1. Skulachev, mitoxondriya va kislorod, Soros. ta'lim jurnal

2. Biokimyo asoslari: Uch jildda, M.: Mir, .

3. Nicholes D. G. Bioenergetika, Kirish. kimyosmga. Th., akad. Matbuot, 1982 yil.

4. Stryer L. Biochemistry, 2-nashr. San-Fransisko, Friman, 1981 yil.

5. Skulachev biologik membranalari. M., 1989 yil.

6. , Chentsov retikulum: tuzilishi va ba'zi funktsiyalari // Fan natijalari. Biologiyaning umumiy muammolari. 1989 yil

7. Chentsov sitologiyasi. M.: Moskva davlat universiteti nashriyoti, 1995 yil

8. , Mitoxondrial genomning vakolat doirasi // Vestn. RAMS, 2001. ‹ 10. S. 31-43.

9. Holt I. J., Harding A. E., Morgan-Hughes I. A. Mitoxondriyal miyopatiyali bemorlarda mushak mitoxondriyal DNKni yo'q qilish. Tabiat 1988, 331:717-719.

10. va boshq. Inson genomi va moyillik genlari. Sankt-Peterburg, 2000 yil

11. , Mitoxondriyal genom. Novosibirsk, 1990 yil.

12. // Soros. ta'lim jurnal 1999 yil. 10-son. B.11-17.

13. Hujayra evolyutsiyasida simbiozning roli. M., 1983 yil.

14. // Soros. ta'lim jurnal 1998 yil. 8-son. P.2-7.

15. // Soros. ta'lim jurnal 2000. № 1. B.32-36.

nomidagi Kiev milliy universiteti. Taras Shevchenko

Biologiya kafedrasi

Insho

mavzusida:

"Ona genomining nasl rivojlanishidagi roli"

BilanU yerdaenta IVkurs

Biokimyo kafedrasi

Frolova Artema

Kiev 2004

Reja:

Kirish................................................................. .............................1

Mitoxondriyalarning kelib chiqishining simbiotik nazariyasi......2

Hujayra yadrosining mitoxondrial biogenezdagi roli...................................... ............5

Mitoxondrial transport tizimlari................................................. ...................... 7

Mitoxondriyal genomlarning o'lchami va shakli................................10

Mitoxondrial genomning ishlashi...................14

Mitoxondriya uchun o'z genetik tizimiga ega bo'lishning ahamiyati...................................... ...................... ...................................19

Sitoplazmatik irsiyat.................................20

Taqdimot transkripti

Leber sindromi: LHON (1871) onadan irsiy ko'rish qobiliyatini yo'qotish 20-30 yoshdagi odamlarda optik asabning atrofiyasi va to'r pardaning ganglion hujayra qatlamining degeneratsiyasi tufayli yuzaga keladi. ND genlaridan biri (kompleks I). 70% hollarda bu G11778A(ND4), va Yaponiyada 90% hollarda, 13% hollarda G3460A (ND1); 14% hollarda T14484C (ND6) mutatsiya gomoplazmatik holatda

634 bp N oilasidagi Leber sindromining DNK diagnostikasi 2006 yilda birinchi marta biz tomonidan amalga oshirildi G11778 G11778A Leber sindromi bilan almashtirilgan proband sog'lom singlisi ona odam proband.

80-85% hollarda erkaklar ta'sir qiladi (X xromosomasi qandaydir sezuvchanlik lokusuni olib yuradi?) Faqatgina erkaklarning 50% va patogen kompleks I mutatsiyalarini olib boradigan ayollarning 10% aslida ko'rish qobiliyatini yo'qotadi ?? Ko'pincha, Leber sindromiga olib keladigan mutatsiyalar mtDNK haplogroup J da uchraydi; Bu guruh evropaliklarning taxminan 15% tomonidan amalga oshiriladi ?? Kasallikning shakllanishida qo'shimcha omillar mavjudmi (???)

Eng tez-tez uchraydigan nuqta mutatsiyasi: leytsin tRNKdagi A3243G MELAS sindromi insultga o'xshash epizodlari bo'lgan bemorlarning ko'pchiligida topilgan Miyopatiya laktik atsidoz ensefalopatiya Mutatsiya faqat geteroplazmatik holatda sodir bo'ladi Ayrim oilalarda A3243G asosan kardiyomiyopatiya, boshqalarda esa kardiyomiyopatiya va karlik kasalligini keltirib chiqaradi. , to'rtinchidan - ensefalopatiya???

Biz 2007 yilda MELAS sindromini tekshirdik. Jarohatdan keyin to'satdan vafot etdi mitoxondriopatiya ?? O'g'il (qondagi mutant molekulalarning 80%) va onada (40%) MELAS mutatsiyasi aniqlandi.

RNK (davomi) Lizin tRNK genidagi A8344G mutant molekulalar > 85% darajasida MERRF sindromiga olib keladi: Mioklonus-epilepsiya; "yirtilgan" qizil mushak tolalari; aqliy zaiflik; ataksiya; mushaklar atrofiyasi va boshqalar. Bemorlarning onalari odatda fenotipik jihatdan sog'lom yoki engil alomatlarga ega.

12S rRNK genining eng keng tarqalgan mutatsiyasi A1555G Mutatsiya tashuvchilarning ototoksik aminoglikozidlarga sezgirligi tufayli sindromli bo'lmagan eshitish qobiliyatini yo'qotadi.

NARP (neyropatiya ataksiyasi va retinit pigmentozasi) ATPaz6 genidagi mutatsiya - 8993 nukleotidida T - G transversiyasi (mutant DNKning 70-90%) T8993G: leysin ATPase6da arginin bilan almashtiriladi, bu esa ATP sintezining buzilishiga olib keladi. mtDNK 90% dan ortiq, klinik ko'rinishlar ertaroq kuzatiladi va simptomlar og'irroq: Ley sindromi (LS) belgilari bilan subakut nekrotizan ensefalopatiya.

Neyrodegenerativ kasallik: - markaziy asab tizimining subkortikal sohalarida nosimmetrik nekrotik shikastlanishlar - bazal ganglionlar, talamus, miya sopi, orqa miya; - demyelinatsiya, qon tomir proliferatsiyasi va "glioz"; - vosita va aqliy regressiya, ataksiya, distoni, anormal nafas olish kasallik erta bolalikdan boshlanadi, kamdan-kam hollarda kattalarda; O'lim odatda kasallikning boshlanishidan ikki yil o'tgach sodir bo'ladi

DNK (MILS) 7/10 holatlari - nafas olish zanjiri bo'linmalarini yoki uning yig'ilishida ishtirok etgan oqsillarni kodlovchi yadro autosomal genlarining retsessiv mutatsiyalari ATPase 6 LS 1/10 holatlar - X xromosoma PDHC mutatsiyalari

Buning sababi 5 kb hajmdagi katta o'chirishdir. 5 tRNK geni va 5 protein geni yo'qoladi KSS - o'limga olib keladigan ko'p tizimli patologiya, 4-18 yoshda o'zini namoyon qiladi: CPEO, retinit pigmentoza, ataksiya, karlik, endokrin disfunktsiya, atrioventrikulyar yurak blokirovkasi, miya omurilik suyuqligida protein miqdori oshishi. 100 mg/dl dan yuqori, skelet mushaklaridagi "yirtiq" tolalar Deletsiya irsiy emas

2 ta sindrom: Pearson sindromi – PS Gipoplastik anemiya, oshqozon osti bezining ekzokrin funksiyasining buzilishi PEO sindromi – Progressiv tashqi oftalmoplegiya. Uchala sindrom ham sporadik bo‘lib, mutant mtDNKning turli to‘qimalarda to‘planishi bilan ajralib chiqishiga qarab shakllanadi.

P.n. halokatli KSS o'rniga, PEO kuzatilishi mumkin Progressiv tashqi oftalmoplegiya, ptozis Patologiya tashqi ko'zdan tashqari mushaklarning falajlanishi bilan bog'liq. bemorning hayoti Biokimyoviy jihatdan, nafas olish zanjiri fermentlarida nuqsonlar mushaklarda, ayniqsa sitoxrom oksidazda topiladi.

Depletion -MDS 1 - mtDNKning normal miqdorining 30% hujayralarda qoladi sindromi tug'ilgandan keyingi birinchi haftalarda o'zini namoyon qiladi: halokatli gepatopatiya; umumiy gipotenziya bilan miyopatiya; soqchilik bilan kardiyomiyopatiya (de-Toni-Debreu-Fankoni sindromi); proksimal mushak guruhlarining atrofiyasi; tendon reflekslarining yo'qolishi. O'lim hayotning birinchi yilida og'ir holatlarda sodir bo'ladi

Nafas olish zanjiri genlari LHON LHON+distoniya Sporadik miyopatiya Sporadik miyopatiya Ensefalomiopatiya Sporadik miyopatiya NARP MILS FBSN M I Ley sindromi Leykodistrofiya Ley sindromi Kardioensefalopatiya Leykodistrofiya/tubulopatiya

Mitoxondriyal anormallik? Agar semptomlar aniq bo'lsa, tomirdan qon chiqarib oling va nuqta mutatsiyalari yoki o'chirish uchun PCR testini o'tkazing, agar qon testi natijasi salbiy bo'lsa, bu kasallikning yo'qligini anglatmaydi (heteroplazma!) Siz biopsiya qilishingiz kerak: Bolalarda kattalarda mushak yoki teri testi. Invaziv bo'lmagan tekshiruv uchun siydik cho'kmasi, yonoqning ichki yuzasini qirib tashlash, kamroq tez-tez soch follikulalari qo'llaniladi.

Mitoxondriyal anormallik? (2) Yangi mushak gistologik va gistokimyoviy jihatdan tahlil qilinadi, o'lchovlar nafas olish zanjiri komplekslarining individual bo'g'inlari bo'ylab suksinat dehidrogenaza faolligi yoki Gomori "trikromli dog'" fibroblast kulturasi yordamida aniqlanadi. Agar bitta bo'g'inda nuqson aniqlansa, bu tegishli bo'linmaning (i yoki m) mutatsiyasini ko'rsatadi, agar nuqsonlar ko'p bo'lsa, mt tRNK yoki mitoxondriyaning ishlashida ishtirok etadigan yadro genlarida nuqson bo'lishi mumkin.

Mitoxondriyal anormallik? (3) Ba'zida nuqson jismoniy mashqlar paytida o'zini namoyon qiladi (ATPase6 genining mutatsiyasiga bog'liq bo'lgan NARP sindromi) - klinik tekshiruv zarur: laktat o'lchovlari bilan jismoniy mashqlar, magnit-rezonans yoki infraqizil spektroskopiya, nihoyat, hali tasvirlanmagan holda, kamdan-kam hollarda "Xususiy" mutatsiyalar, to'g'ridan-to'g'ri mtDNK ketma-ketligi amalga oshiriladi

Turli organlar bilan bog'liq kasalliklar va bir vaqtning o'zida bir-biriga bog'liq bo'lmagan anomaliyalarning namoyon bo'lishi, yurak mushaklari o'tkazuvchanligining buzilishi va serebellar ataksiya bilan birga bo'lgan tashqi oftalmoplegiya, mushaklarning kuchsizligi bilan birga keladigan migrenlar, diabet bilan ensefalomiopatiya, ko'ngil aynishi, optik atrofiya bilan qusish va o'tkir kardiyopatiya bilan sis va retinopatiya Qisqa bo'yli miyopatiya va insultga o'xshash epizodlar bilan, sideroblastik anemiya bilan birga ekzokrin pankreatik disfunktsiya, rivojlanishning kechikishi yoki ko'nikmalarini yo'qotishi va oftalmoplegiya, oftalmoparez

Mitoxondriyal kasalliklar? Mitoxondrial ensefalopatiyalarning chastotasi taxminan 1: 11 000 Mitoxondrial kasalliklarning umumiy chastotasi 1: 8 000 Mitoxondriyal kasalliklarning namoyon bo'lish yoshi juda katta farq qiladi ~ 50% 5 yildan keyin ~ 50% 5 yoshdan oldin Mitoxondrial kasalliklardan o'lim 5. - namoyon bo'lgan kundan boshlab yiliga 20%

Mitokondriopatiya, keyin yuqumli kasalliklarga duchor bo'lganidan so'ng, uning holati keskin yomonlashishi mumkin, shuningdek, stress, ro'za tutish, hipotermiya, uzoq vaqt harakatsizlik, ehtiyotkorlik bilan mahalliy va umumiy behushlikdan foydalaning.

Kasalliklar - bu qanchalik real? Farmakologik yondashuv Vitaminlar, kofaktorlar, erkin radikallarni tozalash vositalari - nafas olish zanjirining shikastlanishini oldini olish uchun Eng muvaffaqiyatli misol - MELAS bilan og'rigan bemorlarda laktik atsidozni kamaytirish uchun ishlatiladigan dikloroatsetat Muvaffaqiyat qisman va vaqtinchalik, ko'pincha terapiya samarasizdir.

Kasalliklar (2) Yana bir yondashuv mutant: normal mtDNK nisbatini kamaytirishdir I. Mutant bo'lmagan molekulalar sonini "genlarni o'zgartirish" orqali ko'paytirish Odatda yo'ldosh hujayralari stress yoki jismoniy mashqlar ta'sirida ko'payadi va skelet miyofibrillalari bilan birlashadi yo'ldosh hujayralarida mutant mtDNK ning skelet mushaklariga qaraganda kamroq% ga ega bo'lishi mushakdagi normal mtDNK molekulalarining ulushi ortdi, nuqson tuzatildi Skelet mushaklarida yo'ldosh hujayralarining ko'payishi induktsiya qilinadi

Kasalliklar (3) II mutant mtDNK molekulalari sonini kamaytirish Mutant DNK bilan tanlab bog'lanadigan va ularning replikatsiyasini bloklaydigan sintetik molekulalarning rivojlanishi Mutant DNKni tanlab yo'q qiladigan retriktor fermentini mitoxondriyaga kiritish hozircha faqat in vitroda muvaffaqiyatga erishilgan.

Kasalliklar (4) "Molekulyar hujayra ichidagi rekonstruksiya" Buzuq mitoxondriyal o'rniga sitoplazmadan oddiy tRNKlarni import qilish nuqsonli nafas olish kompleksini almashtirish. zanjirlar boshqa organizmdan olingan normalga (xamirturush) tuxum hujayra yadrosini mutant sitoplazmadan normalga ko'chirish Bu yondashuvlarning barchasi eksperimental rivojlanish bosqichida.

Kasalliklar - bu qanchalik haqiqat? Bugungi kunda mitoxondriyal kasallikni davolash mumkin emas Simptomatik davolash qo'llaniladi: Jismoniy fizioterapiya, aerob gimnastika, o'rtacha va engil mashqlar Antiepileptik preparatlar, gormonlar, vitaminlar, metabolitlar, kofaktorlar Farmakologik blefaroplastika, kohlear implantatsiya, yurak, buyrak osti transplantatsiyasi. endoskopik gastrotomiya, krikofaringeal miotomiya Jarrohlik

Mitoxondriyal kasalliklar yoki ularning kursini kuchaytiradi Valproat: MELAS, gepatotoksik aspirin, fenobarbital kortikosteroidlar, tetratsiklin, aminoglikozidlar, streptomitsin, gentamitsin, amikasin, neomitsin, kanamisin protoksikogen (kanamitsin) ning tutilish chastotasini oshiradi ning namoyon bo'lishini ta'kidlaydi MELAS) Antiretrovirus preparatlar: AZT – zidovudin, doksorubitsin mtDNKning kamayishiga olib keladi Ro'yxat to'liq emas!

Ko'proq yuklang...

Yaxshi ishingizni bilimlar bazasiga yuborish oddiy. Quyidagi shakldan foydalaning

Talabalar, aspirantlar, bilimlar bazasidan o‘z o‘qishlarida va ishlarida foydalanayotgan yosh olimlar sizdan juda minnatdor bo‘lishadi.

E'lon qilingan http://www.allbest.ru/

Mitoxondrial genetika

1. Mitoxondriyalarning formal genetikasi

Plastidlardan farqli o'laroq, mitoxondriyalar barcha eukariotlarda: o'simliklar, hayvonlar va qo'ziqorinlarda uchraydi. Har uchala qirollikdagi mitoxondriyalar bir xil funktsiyani bajaradi va ularning tuzilishi odatda o'xshashdir. Mitoxondriyalar hajmi 1 mikrondan bo'lgan yumaloq tuzilmalardir (1-rasm).

Guruch. 1 Barg mezofilli mitoxondriyalarining elektron mikrografiyasi

Biroq, ba'zi hollarda, mitoxondriyalar juda uzun quvurli kavisli tuzilishga birlashtirilishi mumkin. Mitoxondriyaning ichki tarkibi matritsa deb ataladi. Matritsada yupqa fibrillalar va granulalar mavjud. Aniqlanganki, granulalar mitoxondrial ribosomalar bo'lib, hajmi va zichligi bo'yicha sitoplazma ribosomalaridan farq qiladi. Mitoxondriya, boshqa organellalar singari, tashqi qo'sh parda bilan o'ralgan. Mitoxondriyaning tashqi membranasi plastidlarning tashqi membranasi, yadrosi va endoplazmatik retikulum membranasiga o'xshaydi. Mitoxondriyaning ichki membranasi invaginatsiyalar - kristalarni hosil qiladi. Aynan ichki membrananing yuzasida mitoxondriyalarning funktsiyalarini ta'minlaydigan barcha asosiy ferment ansambllari joylashgan. Mitoxondriyaning ichki va tashqi membranalarini ajratish usullari mavjud. Mitoxondriyaning tashqi membranasi kamroq zichroq bo'lgani uchun va fosfat eritmasida qaytarilmas shishiradi, bu uning yorilishi va ichki qismidan ajralishiga olib keladi. Izolyatsiya qilingan mitoxondriyalarni fosfat bilan davolashdan so'ng, bu organellalarning tashqi va ichki membranalarini sentrifugalash orqali ajratish mumkin. Agar siz ularni elektron mikroskop bilan qarasangiz, ular shaffof ichi bo'sh sharlarga o'xshaydi va ichki membrana hosil qilgan sharning hajmi tashqi membrana sferasi hajmidan ancha yuqori. Shuning uchun mitoxondriyaning hajmli tuzilishini kichik to'p ichiga joylashtirilgan katta to'p sifatida tasavvur qilish oson. Bunday holda, ichki membranada ko'p sonli burmalar paydo bo'ladi, ular kristallar deb ataladi. Mitoxondriyalarda sodir bo'ladigan jarayonlarning faolligi to'g'ridan-to'g'ri kristallarning soni va hajmiga bog'liq. Kristaning yuzasi va, demak, ichki membrananing yuzasi qanchalik katta bo'lsa, bu jarayonlar shunchalik faol bo'ladi. Binobarin, mitoxondriyaning ichki membranasi organoidlarning funksional holatiga qarab hajmi o'zgaradi.

Ichki va tashqi membranalar zichligi (ichkisi zichroq), o'tkazuvchanligi (ichkisi yuqori o'ziga xos o'tkazuvchanlikka ega, tashqi membrananing o'ziga xos o'tkazuvchanligi), turli xil ferment tarkibi va oqsillarning lipidlarga nisbati har xil.

Mitoxondriyaning ichki membranasi o'zining tuzilishida o'ziga xosdir. Uning tarkibida elektron uzatish, oksidlovchi fosfolatsiya, yog 'kislotalari zanjiri sintezini amalga oshiradigan ko'p komponentli oqsil-ferment komplekslari, shuningdek, kichik molekulalarning mitoxondriyaning ichki bo'shlig'iga o'tkazilishini tartibga soluvchi oqsillar mavjud.

Mitoxondriyalar, plastidlar kabi, hech qachon "de novo" paydo bo'lmaydi. Hatto anaerob sharoitda yashovchi organizmlar ham mitoxondriyalarga o'xshash tuzilishga ega. Agar, masalan, xamirturushning bir xil shtammi aerob va anaerob sharoitda o'stirilsa, anaerob sharoitda o'stirilgan hujayralarda mitoxondriyalarning hajmi o'zgaradi, lekin ularning soni kamaymaydi.

Mitoxondriyalarning bo'linishi, xuddi plastidlar kabi, amitoz yordamida, dumbbell shaklidagi figuralarning shakllanishi va ularning keyingi bog'lanishi bilan amalga oshiriladi.

Ba'zi hollarda mitoxondriyal bo'linishning hujayra yadrosi bilan sinxronligini va ba'zi biologik ob'ektlardagi qiz hujayralar o'rtasida juda aniq taqsimlanishini ko'rsatish mumkin edi. Shunday qilib, siliatlarda hujayra yadrosi bilan birga mitoxondriyal bo'linishning to'liq sinxronligi ko'rsatiladi. O'simlik hujayralarining mitotik bo'linishi va yumaloq chuvalchang spermatotsitlarining bo'linishida mitoxondriyalarning shpindel bo'ylab juda aniq taqsimlanganligi ko'rsatilgan.

Tarixiy jihatdan deyarli barcha rasmiy mitoxondrial genetika qo'ziqorinlarda va birinchi navbatda xamirturushda o'rganilgan. Boshqa organizmlarda faqat ma'lum xususiyatlarning mitoxondriya bilan bog'liqligining alohida faktlari mavjud. Xamirturushning hayot aylanishi rasmda ko'rsatilgan

Guruch. 2 Hayot aylanishi Sakkaromitslar cerevisiae

Xamirturush bir hujayrali, lekin ko'p yadroli organizmdir. Ular hayotlarining muhim qismini haplofazada o'tkazadilar va shuning uchun ularning yadrolari haploiddir. Qarama-qarshi jinsiy omillarga ega bo'lgan haploid klonlar (yoki chatishtirish turlari), A Va A, bir-biri bilan birlashishi mumkin. Bir xil turdagi kesishgan gaploid klonlar urug'lantirishda ishtirok eta olmaydi. Urug'lantirilgandan so'ng yadrolar birlashadi va diploid klonlar hosil bo'ladi. Diploid klonlarda sporulyatsiya va meioz sodir bo'ladi, askus hosil bo'ladi, bu ikki qarama-qarshi turdagi o'zaro o'tish qobiliyatining haploid klonlarini keltirib chiqaradi. A Va A teng nisbatda. Tabiiyki, oddiy Mendel genlari jinsiy omilni boshqaradigan gen bilan bir xil tarzda bo'linadi, ya'ni. 1:1 bo'linishini beradi.

Zigotik fazadagi xamirturush geterozigotali bo'lib, ikki yo'l bilan ko'payishi mumkin: vegetativ va generativ. Vegetativ ko'payish jarayonida ular oddiygina bo'linadi va hosil bo'lgan hujayralarga bir nechta diploid yadrolar kiradi. Bundan tashqari, vegetativ ko'payish tomurcuklanma orqali ham sodir bo'lishi mumkin. Hosil bo'lgan kurtaklarda yadrolar ham diploiddir. Tabiiyki, vegetativ ko'payish jarayonida yadro genlarining bo'linishi sodir bo'lmaydi - geterozigotlar geterozigota bo'lib qoladi.

Generativ ko'payish jarayonida meyoz sodir bo'ladi va askosporlar deb ataladigan gaploid yadroli hujayralar hosil bo'ladi. Askosporlar haploid bo'lib, ular dominant va retsessiv allellarga ega bo'lgan teng miqdordagi askosporlarga bo'linadi, ya'ni. 1:1.

Shunday qilib, agar 1: 1 ajralish kuzatilmasa, bu bizga bu genlar, ehtimol, mendeliyalik bo'lmagan va shuning uchun ehtimol sitoplazmatik ekanligini ko'rsatishi mumkin.

Xamirturushlarda yadrodan tashqari mutant mavjudligini birinchi marta 1949 yilda frantsuz tadqiqotchisi B. Effrussi ko'rsatgan. Bu mutantlar nafas olish nuqsonlari va zaif o'sishni ko'rsatdi. Ularda ba'zi sitoxromlar mavjud emas edi. Bunday mutantlarni akridin bo'yoqlari ta'sirida ko'p miqdorda (ba'zan 100% gacha) olish mumkin edi. Ammo ular 1% gacha bo'lgan chastota bilan o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkin. Bu mutantlar "deb ataladi. mayda", frantsuzcha "kichik" so'zidan.

Ushbu mutantlar oddiy shtammlar bilan kesishganida, barcha nasllar istisnosiz normal edi. Garchi boshqa genetik belgilar uchun, masalan, adenin va tiaminga bo'lgan ehtiyoj, jinsiy turdagi omillarga bo'linish normal edi - 1: 1.

Agar siz gibridlarning birinchi avlodidan tasodifiy hujayralarni tanlasangiz va ularni mutantlar bilan yana kesib o'tsangiz mayda, barcha nasllar yana normal edi, garchi ba'zida kamdan-kam uchraydigan mutant avlodlar 1% dan kam chastota bilan paydo bo'lgan. Bular. ular bu mutantlarning o'z-o'zidan paydo bo'lishi bilan deyarli bir xil chastotada paydo bo'ldi. Bu duragaylarni yana tanlab olish va ularni bir xil natija bilan oddiylar bilan kesishish mumkin edi. Agar biz bu yadro genlarining mutatsiyalari deb faraz qilsak, bu 20 ta mustaqil lokusda bo'linish natijasida namoyon bo'lishi mumkin. 20 ta lokusda bir vaqtning o'zida mutatsiyaga ega mutantning paydo bo'lishi deyarli aql bovar qilmaydigan hodisadir.

R. Rayt va D. Lederberg bu mutantlarning yadroviy emasligi haqida ishonchli dalillarga ega bo'ldi. Ularning eksperimenti dizayni quyidagicha edi. Xamirturush xujayralari birlashganda, yadrolar darhol birlashmaydi va ayni paytda bir va boshqa ota-onaning haploid yadrolarini o'z ichiga olgan kurtaklar yotqizilishi mumkin. Bunday gaploid kurtaklar o'z-o'zidan diploidlanadi (A --> AA; a --> aa). Agar bitta shtamm, masalan, mutatsiya bilan mayda argininda o'sishga qodir emasligi bilan belgilanadi, ikkinchisi esa - yo'q mayda, triptofanda o'sishga qodir emasligi bilan belgilanadi, keyin bunday duragaylardan kurtaklarni tanlab, yadro genlari asosida ota-ona shtammlarini tanlaymiz. Sitoplazmatiklar bilan nima sodir bo'ladi? R.Rayt va D.Lederberg tajribalari natijasida quyidagilar aniqlandi. 91 ta klondan 6 ta klon klon bo'lmaganlar bilan bir xil yadroga ega bo'lganligi aniqlandi. mayda mutant, lekin fenotip tipikdir mayda. Binobarin, bu fenotip yadro tomonidan emas, balki undan mustaqil ravishda aniqlanadi va bu mutatsiyani yadrosiz deb atash mumkin.

Keyinchalik yadro mutatsiyalari aniqlandi mayda. Hammasi bo'lib 20 ga yaqin shunday mutantlar topilgan, ularning barchasi normal mendelizatsiya qilingan va askosporlar nasli normal 2:2 bo'linishini bergan, garchi ular fenotipik jihatdan sitoplazmatik mutantlarga juda o'xshash edi. Sitoplazmani kesib o'tganda mayda yadroviy bo'lganlar bilan, zigotalar normal nafas olish qobiliyatiga ega bo'lishi aniqlandi va keyin bo'linish sodir bo'ladi 2: Shunday qilib, komplementatsiya testi biz turli lokalizatsiya mutantlari bilan shug'ullanayotganimizni isbotladi. Mitoxondriyal funktsiyasi buzilgan yadro va sitoplazmatik mutantlarning topilishi ham bu organellalarning barcha funktsiyalari sitoplazmatik genlar tomonidan kodlanmaganligini ko'rsatdi. Ulardan ba'zilari yadro genlarini kodlaydi.

Keyinchalik B. Effrussi shunga o'xshash yana bir fenotipni kashf etdi mayda, ammo bu mutatsiyaning merosi boshqacha tarzda sodir bo'ldi. Mutantlarni kesib o'tishda mayda normal hujayralar bilan barcha nasl sekin o'sish xususiyatiga ega bo'ldi va bo'linish 0: 4 ni tashkil etdi. Shunday qilib, faqat oddiy nasl beradigan sitoplazmatik mutantlarning birinchi turi neytral, ikkinchisi esa faqat mutantlarni keltirib chiqaradigan, supressiv yoki dominant deb nomlangan. mayda. Bu holatda bostirish o'ziga xos ustunlikdir. Ammo bu dominantlikning o'ziga xos turi, retsessiv allel faqat geterozigotada yashirinib qolmasa, u butunlay yo'qoladi. Ko'pgina tajribalar mutantlarning bostiruvchi ekanligini ko'rsatdi mayda ular ham sitoplazmatikdir, chunki ularning paydo bo'lishiga sabab bo'lgan omillar yadro bilan birga meros bo'lmaydi.

Keyingi molekulyar tadqiqotlar bostiruvchi mutantlar ekanligini ko'rsatdi mayda Neytrallardan farqli o'laroq, ular qisqaroq mitoxondrial DNK molekulalariga ega bo'lib, deyarli faqat AT juftlaridan iborat. Katta ehtimol bilan, supressiv ta'sir mitoxondriyal DNKning tezroq tarqalishiga va natijada oddiy mitoxondriyal DNKning siljishiga asoslanadi.

Shunday qilib, turdagi sitoplazmatik mutantlarda mayda mitoxondriyal DNKda (neytral mutantlar) nisbatan kichik deletsiyalar mavjud mayda) yoki mitoxondrial genomning umumiy qayta tuzilishi - (bostiruvchi mutantlar) mayda).

Bundan tashqari, to'liq bo'lmagan bostirilishi bo'lgan mutantlar topildi, ya'ni. normal turdagi shaxslarning ma'lum bir foizini ishlab chiqarish qobiliyati - 10, 20, 30 va hatto taxminan 50 foiz.

Ma'lum bo'lishicha, bostirish darajasi tashqi muhitning ta'siriga bog'liq - harorat, substrat va boshqalar. Yadro mutantlari bunday qaramlikni ko'rsatmadi, bu esa to'liq bostirilmagan sitoplazmatik o'rtasidagi farqni aniqlashga imkon berdi. mayda yadrodan.

Chlamydomonasdagi sitoplazmatik antibiotiklarga chidamli mutantlar to'g'risida ma'lumotlar olingandan so'ng, xamirturushda antibiotiklarga chidamli mutatsiyalar olina boshladi. Bunday mutantlarning bir qismi ham sitoplazmatik bo'lib chiqdi. Kesishganda, masalan, eritromitsinga sezgir eritromitsinga chidamli ERXERr, barcha avlodlar eritromitsinga sezgir edi Ha(ya'ni, yovvoyi tur bilan bir xil) va hech qanday bo'linish sodir bo'lmadi. Xuddi shu natija boshqa antibiotiklarga chidamli mutantlar bilan ham ko'rsatildi. Ammo, agar kurtaklar zigota hosil bo'lgandan keyin darhol tanlansa, ular orasida mutant fenotiplarni topish mumkin.

Digibrid kesishishda, ya'ni. turli antibiotiklarga sezgir bo'lgan ikkita sitoplazmatik mutantni kesib o'tganda, masalan, xloramfenikolga chidamli, lekin eritromitsinga sezgir, ammo eritromitsinga chidamli CrERsXCsERr, avlodda ota-onalardan faqat bittasining fenotipi ustunlik qiladi - CrERs. Shu bilan birga, urug'lantirilgandan so'ng darhol kurtaklardan tanlashda nafaqat fenotiplarning ota-ona sinflari, balki rekombinantlar ham aniqlandi: CrERrVaCsERs, bular. ikkala antibiotikga ham sezgir yoki chidamli. Rekombinantlarning mavjudligi birinchi marta mitoxondriyal genlar yadro genlari kabi rekombinatsiyalanishi mumkinligini ko'rsatdi. Shu bilan birga, Chlamydomonasda plastid genlarini rekombinatsiya qilish bo'yicha tajribalardan farqli o'laroq, xamirturushda rekombinatsiya polaritesi aniqlandi, ya'ni. kesishish yo'nalishiga qarab rekombinant fenotiplarning teng bo'lmagan soni. Rekombinatsiya qutbliligi mitoxondriyal genomda maxsus genetik jinsiy omil mavjudligi bilan izohlangan. Bu omil u+ va u- sifatida belgilandi. U+ faktoriga ega bo'lgan ota-ona shakli, ya'ni. ayol ota-ona o'z belgilarining imtiyozli uzatilishini (uzatilishning yuqori chastotasini) ta'minlaydi. Ushbu mitoxondrial omil uchun bir jinsli ota-onalarni kesib o'tishda rekombinatsiya polaritesi kuzatilmaydi va teng miqdordagi rekombinantlar olinadi. Mitoxondriyaning jinsiy omilining o'zi organizmning jinsidan qat'i nazar, meros bo'lib qoladi.

Aslida, sitoplazmatik organellalar - umumiy qabul qilingan ma'noda mitoxondriyalar jinsiy aloqada bo'ladimi? E. coli ning mavjudligiga ishonsak, u mavjud deb taxmin qilishimiz mumkin.

Ammo asosiysi shundaki, olingan ko'plab mutatsiyalar va mitoxondriyal genlarning rekombinatsiyasini aniqlash yordamida ularni xaritalash mumkin bo'ldi.

kabi mutatsiyalarni kesib o'tish bo'yicha tajribalarda mayda antibiotiklarga qarshilik mutatsiyalari bilan, hech bo'lmaganda barcha bostiruvchi mutatsiyalar aniqlandi mayda Antibiotiklarga qarshilik genlari xochlarda yo'qoladi. Bu bostirish, chunki sodir ko'rsatilgan mayda mitoxondriyal DNKga zarar etkazadigan keng maydonlarga ega va bu holda rekombinatsiyani kutish mumkin emas. Ba'zi antibiotiklarga qarshilik ko'rsatadigan mutantlarda nafas etishmovchiligi mutatsiyalari paydo bo'lganda, qarshilik belgilari ba'zan yo'qolganligi ma'lum bo'ldi. Dastlabki shakl sifatida antibiotiklarga ikki baravar chidamli mutantlardan foydalangan holda nafas etishmovchiligi bo'lgan mutantlar ishlab chiqarilganda, nafas olishda nuqsonli bo'lgan mutantlar ikkala qarshilik belgilarini yoki ulardan faqat bittasini yo'qotishi mumkin. Bu shuni ko'rsatdiki, nafas olish etishmovchiligi mutantlari mitoxondriyal DNKning ma'lum darajada yo'q qilinishini anglatadi va shuning uchun bu mitoxondriyal genomni xaritalash uchun ham ishlatilishi mumkin.

1952 yilda Neyrosporada K. Mitchell birinchi sekin o'sadigan mutantni topdi, keyinchalik unga nom berildi. MI-1 (inglizcha "ona merosi" qisqartmasi - onalik meros olish). Ushbu mutatsiyaning merosxo'rligi kesishish yo'nalishiga qarab sodir bo'ldi va barcha nasllar fenotipda ona shakli bilan bir xil edi. Bu, ehtimol, Neyrosporadagi erkak gameta urug'lantirish paytida sitoplazmaga hissa qo'shmagani uchun sodir bo'ladi. Ushbu o'z-o'zidan paydo bo'lgan mutatsiyaning mitoxondriya bilan bog'liqligi nafaqat onaning merosxo'rligi va o'zaro xochlardagi farqlar, balki ularda sitoxromlarning yo'qligi bilan ham ko'rsatildi. a Va b elektron uzatish tizimida.

Keyinchalik, mitoxondrial nafas etishmovchiligi bilan bog'liq bo'lgan neyrosporaning boshqa sekin o'sadigan shtammlari olindi. Ulardan ba'zilari, masalan, mutantlardir MI-3 Va MI-4, ma'lum bo'lishicha, ular mutant bilan bir xil tarzda meros bo'lib qolgan MI-1, boshqa qismi esa, masalan, mutantlardir S115 Va S117 Oddiy Mendel monogibrid merosini ko'rsatdi. Bu ham yadroviy, ham sitoplazmatik mutatsiyalar sodir bo'lganda organellalar, xloroplastlar va mitoxondriyalarning fenotipi o'zgarib turadigan boshqa shunga o'xshash holatlarni eslatadi, bu ikkala sitoplazmatik va yadro genetik tizimlari ularning funktsiyalarini birgalikda nazorat qilishini ko'rsatadi.

Keyinchalik, bir nechta bostiruvchi genlar topildi, ularning kiritilishi sekin o'sadigan mutantlarning o'sish tezligini tikladi. Shunisi qiziqki, ushbu bostiruvchilarning har biri mutantlardan faqat bittasida o'sish sur'atini tikladi. Misol uchun, chaqirilgan bostiruvchi gen f, sitoplazmatik mutantning o'sish tezligini tikladi MI-1, lekin boshqa sitoplazmatik mutantda emas MI-3 yoki MI-4, va yadro mutantlarida emas S115 Va S117. Boshqa bostiruvchilar ham xuddi shunday harakat qilishdi. Agar ko'p avlodlar o'tgach, supressor genlar zamburug'lardan kesishish yo'li bilan olib tashlansa, mutant sitoplazmatik fenotip yana paydo bo'ladi. Yadro va sitoplazmatik genlarning shunga o'xshash o'zaro ta'siri yuqori o'simliklarda, masalan, ko'plab o'simliklarda erkak bepushtlik xususiyatini meros qilib olish jarayonida kuzatilishi mumkin.

Yadro va sitoplazmatik sekin o'sadigan mutantlarni bir-biri bilan kesishganda, yadro va sitoplazmatik genlarning mustaqil merosi ko'rsatilgan.

Misol uchun, yovvoyi turdagi x o'tishda (MI-1 xS115) nasl F 1 (MI-1 xS115) fenotipik jihatdan bir hil edi - barcha individlar sekin o'sib bordi va qaytish yoki sinov xochlarining avlodlari yovvoyi tip x edi. (MI-1 xS115) endi mutatsiyalarni o'z ichiga olmaydi MI-1 va yadro gen bo'ylab bo'linadi S-115 1: 1 nisbatda.

Sitoplazmatik mutantlarni bir-biri bilan kesib o'tish hech qanday yangi natijalar bermadi, chunki sitoplazmatik mutantlar, hech bo'lmaganda Neyrosporada, jinsiy ko'payish jarayonida qat'iy onalik merosini namoyish etadi. Shu bilan birga, turli xil sitoplazmatik mutantlar, printsipial jihatdan bir xil fenotipga ega bo'lsa-da - sekin o'sish - ular orasidagi fenotipik farqlar hali ham aniqlanishi mumkin edi, chunki ular turli darajadagi sekin o'sishga ega edi. Ammo jinsiy ko'payish paytida onaning qattiq merosxo'rligi ikkita sitoplazmatik mutatsiyani sitogetga (sitoplazmatik geterozigota) birlashtirishga imkon bermadi, bu esa sitoplazmatik genlarning rekombinatsiyasini va shuning uchun ularni xaritalashni imkonsiz qildi.

Ushbu vaziyatdan chiqish yo'li neyrospora gifalarining birlashishi orqali topildi, bu turli xil yadro va yadrosiz genomlarni bitta hujayrada birlashtirishga imkon berdi.

Turli xil sitogetlarni yaratishda quyidagi natijalarga erishildi:

MI-1 / yovvoyi tip -- barcha avlodlar faqat yovvoyi tur;

MI-3 / yovvoyi tip - yovvoyi turdagi naslning bir qismi, ikkinchi qismi esa mutantga xos tezlikda o'sadi. MI-3;

MI-1 / MI-Z-- fenotipli nasllarning aksariyati MI-3 va fenotipli nasllarning kichik bir qismi MI-1;

MI-1 / MI-4 -- dastlab yirtqich tipdagi fenotip, keyin esa fenotiplarga bo'linadi MI-1 Va MI-4.

Shunday qilib, oxirgi holatda sitoplazmatik mutatsiyalarning komplementatsiyasi aniqlandi, bu mutatsiyalar mitoxondriyal genomning turli hududlarida sodir bo'lganligini ko'rsatadi.

Keyinchalik Neurosporaning boshqa sitoplazmatik mutatsiyalari olingan. Gifalarni birlashtirish usuli va sitogetlarni ishlab chiqarish turli xil rekombinantlarni ishlab chiqarishga va keyinchalik Neyrosporaning genetik xaritasini tuzishga umid qilish imkonini berdi. Biroq, bunga Neurospora Chlamydomonas yoki xamirturush kabi ko'plab sitoplazmatik mutatsiyalarni keltirib chiqarmaganligi to'sqinlik qildi.

Keyinchalik, Neyrosporadan olingan turli xil xromosoma bo'lmagan mutatsiyalar molekulyar biologiya usullari yordamida o'rganildi va mitoxondriyal genom bilan bog'lanishi mumkin edi.

Boshqa bir Podospore qo'ziqorinida erta qarish hodisasini keltirib chiqaradigan mutatsiya topildi. Mutantlar ekilganidan keyin madaniyatning hayotiyligi asta-sekin kamayadi. O'zaro xochlar bilan qarish hodisasini meros qilib olishning onalik tabiati aniqlandi. Biroq, onalik merosi to'liq bo'lmagan. Belgisi jinsiy yo'l bilan ham, mitseliyani bog'lash orqali ham uzatiladi. Bo'linishning mavjudligi, tartibsiz bo'lsa ham, belgi merosining korpuskulyar xususiyatini ko'rsatadi. Bu yuqumli agent emas, balki mitoxondrial gen ekanligini ko'rsatish uchun juda ko'p tadqiqotlar o'tkazildi. Hozirda to'liq molekulyar ma'lumotlar mavjud bo'lmasa-da, bular ham mitoxondriyal genomning mutatsiyalari ekanligi allaqachon aniq. Mitoxondriyal genomda qarish genining mavjudligi gerontologik mavzular bo'yicha ko'plab fikrlarni keltirib chiqardi va ba'zi shifokorlar odamlarning qarishi nafaqat mitoxondriyalar funktsiyalarining o'zgarishi, balki ularning genomidagi o'zgarishlar bilan ham bog'liq deb hisoblashadi.

Odamlardagi gerontologik jarayonlar va mitoxondriyal DNKdagi o'zgarishlar o'rtasidagi bog'liqlik g'oyasining spekulyativ tabiatiga qaramay, inson mitoxondrial genomidagi o'zgaruvchanlikni o'rganish bo'yicha yangi ma'lumotlar buni tasdiqlaydi.

Qadim zamonlardan beri odamlarda onalik yo'nalishi bo'yicha - onadan tortib barcha avlodlarga meros bo'lib o'tadigan juda ko'p kasalliklar ma'lum bo'lgan. Bu kasalliklar juda kam uchraydi, ehtimol ular faqat ayol jinsi orqali yuqadi. Bundan tashqari, mitoxondriyal DNKdagi katta o'chirish o'zgarishlari, albatta, ko'pincha embrional davrda o'limga yoki reproduktiv funktsiyalarning buzilishiga olib keladi. Qanday bo'lmasin, ular tabiiy tanlanish tomonidan samarali ravishda yo'q qilinadi.

Model ob'ektlarida (Chlamydomonas, achitqi va boshqalar) sitoplazmatik genlarni o'rganishda juda yaxshi qo'llaniladigan rasmiy genetik yondashuv odamlarda sitoplazmatik irsiy xususiyatlarni tahlil qilish uchun unchalik muvaffaqiyatli bo'lmagan va shuning uchun o'rganish mumkin bo'lgan eng ko'p narsa. naslchilik tahlili shuni ko'rsatdiki, bunday irsiy kasalliklar hali ham mavjud.

Optik asab atrofiyasining taniqli sindromi (Leber kasalligi yoki irsiy optik neyropatiya) bilan bir qatorda, yadrodan tashqari meros qilib olingan boshqa kasalliklar ham mavjud. Bu kasalliklar, birinchi navbatda, mushaklar, miya, yurak, endokrin tizimlarning disfunktsiyasi bilan bog'liq va ma'lum organlarda etarli darajada faol bo'lmagan mitoxondriyal funktsiya bilan bog'liq. Hatto qandli diabetning mitoxondrial vositachilik shakli ham mavjud.

Faqat molekulyar usullar yordamida bu kasalliklarning tabiatini aniqlash mumkin edi. Leber kasalligiga chalingan turli oilalarni o'rganish shuni ko'rsatdiki, turli hollarda mitoxondriyal genomning turli qismlarida mutatsiyalar mavjud.

Ko'pincha, irsiy sitoplazmatik kasalliklari bo'lgan oilalarda geteroplazma namoyon bo'ladi va onalarda ham normal, ham mutant mitoxondriyal DNK mavjud, buning natijasida ham mutant, ham normal plazmatipli avlodlar paydo bo'ladi.

Inson yoshi va mitoxondriyal DNK o'rtasidagi munosabat molekulyar biologiya texnikasi yordamida ham ko'rsatildi. Turli yoshdagi odamlarda mitoxondriyal DNKni o'rganish shuni ko'rsatdiki, keksa odamlarda miya va yurak hujayralarida mutant mitoxondriyal DNK ulushi tez o'sib boradi. Bundan tashqari, ba'zi irsiy sindromlarni o'rganish shuni ko'rsatadiki, ular bilan og'rigan bemorlarda mitoxondriyal DNK mutatsiyalari tez-tez uchraydi, bu esa umr ko'rish davomiyligining qisqarishiga sabab bo'lishi mumkin.

Tananing jiddiy patologiyalariga olib keladigan mitoxondrial genom mutatsiyalariga qo'shimcha ravishda, inson irqlarining turli populyatsiyalari orasida mitoxondrial genomning juda ko'p neytral mutatsiyalari topilgan. Barcha qit'alardagi minglab odamlarning ushbu keng qamrovli tadqiqotlari insonning kelib chiqishi va evolyutsiyasini qayta qurishga yordam beradi. Odamning mitoxondriyal DNKsini maymunlar (gorilla, orangutan, shimpanze) bilan solishtirib, odamlar va maymunlarning bir-biridan ajralishi taxminan 13 million yil oldin sodir bo'lgan deb faraz qilib, bitta asos juftining o'zgarishi uchun zarur bo'lgan yillar sonini hisoblash mumkin. Keyinchalik, turli xil inson irqlarida mitoxondriyal DNKning farqlanishini taqqoslab, birinchi ayolning tug'ilgan joyini, aytish mumkinki, Momo Havoni va odamlarning turli qit'alarda joylashishi vaqtini aniqlash mumkin edi (3-rasm).

E'lon qilingan http://www.allbest.ru/

Guruch. 3 Mitoxondriyal DNK o'zgaruvchanligini tahlil qilish asosida D. Uollesning fikriga ko'ra, odamning joylashishi. Raqamlar ushbu hududning ming yillar avval joylashgan vaqtini ko'rsatadi.

Eng o'zgaruvchan mitoxondriyal DNK Afrikaning aborigenlari orasida topilganligi sababli, insoniyatning "avvalgi onasi" afrikalik ayol bo'lgan deb taxmin qilish mumkin. Bu taxminan 100 000 yil oldin sodir bo'lgan. Taxminan 70 000 yil oldin odamlar Yaqin Sharq va Saudiya Arabistoni orqali Markaziy Osiyoga, birozdan keyin esa Janubi-Sharqiy Osiyo, Indoneziya va Avstraliyaga joylasha boshladilar. Taxminan 50 000 yil oldin Evropada odamlar paydo bo'lgan. Xuddi shu ma'lumotlar shuni ko'rsatdiki, Amerika qit'asining joylashishi ikki bosqichda sodir bo'lgan: dastlab 30 000 yil oldin Berengia (o'sha paytda Amerika va Osiyoni bog'laydigan er) orqali Amerika qit'asining shimoldan eng janubiga, keyin esa 8 000 yillar oldin Shimoliy-Sharqiy Osiyodan Shimoliy Amerikaning sharqiy qismiga qadar. Tinch okeani orollarida ko'chmanchilar nisbatan yaqinda - bir necha ming yil oldin paydo bo'lgan.

Shuni ta'kidlash kerakki, mitoxondriyal DNKning qiyosiy tahliliga asoslangan ushbu ma'lumotlar arxeologik ma'lumotlar va lingvistik tahlillar bilan juda yaxshi mos keladi.

Insoniyat tarixini tahlil qilish uchun mitoxondrial DNKdan foydalanish mumkin bo'ldi, chunki mitoxondrial genomning hajmi nisbatan kichik bo'lib, faqat ona avlodi orqali meros bo'lib o'tadi va yadro genlaridan farqli o'laroq, rekombinatsiyalanmaydi.

Mitoxondriyal genom

Mitoxondriyalar nafaqat o'simlik hujayralarida, balki hayvonlar va qo'ziqorin hujayralarida ham mavjud. Bu organellalar plastidlarga qaraganda ko'p qirrali. Mitoxondriyadagi DNK birinchi marta 1963 yilda (M. Naas) plastidlarda DNK topilgandan so'ng darhol aniqlangan. Eukariotlarning uchta qirolligida mitoxondriyalarning funktsiyalari va tuzilishining o'xshashligiga qaramay, ularning genetik tashkiloti mutlaqo boshqacha, shuning uchun odatda bu qirolliklarda mitoxondriyal genomlarning tashkil etilishi alohida ko'rib chiqilib, genomlarning tashkil etilishining umumiy xususiyatlarini aniqlaydi.

Mitoxondriyal DNKning fizik-kimyoviy tarkibi turli qirolliklarda har xil. O'simliklarda bu juda doimiy: DNKning 45 dan 47% gacha GK juftlaridan iborat. Hayvonlarda va qo'ziqorinlarda u sezilarli darajada farq qiladi: HC juftlarining 21 dan 50% gacha.

Ko'p hujayrali hayvonlarda mitoxondriyal genomning o'lchami 14,5 dan 19,5 kb gacha. Amalda, bu har doim bitta dumaloq DNK molekulasidir. Masalan, odamning mitoxondrial DNKsi 16569 juft nukleotidni o'lchaydigan dumaloq molekuladir. Bu o'lcham boshqa birliklarda ifodalanishi mumkin - molekulyar og'irlik shaklida - 10 6 dalton yoki molekulyar kontur uzunligi shaklida - 5 mikron. Ushbu molekulaning birlamchi tuzilishi to'liq aniqlangan. Mitoxondriyalar o'zlarining tarjima apparatlarini o'z ichiga oladi - ya'ni. xloroplast yoki prokaryotiklarga o'xshash va ikkita subbirlikdan, o'z xabarchi RNKsidan, zarur fermentlardan va oqsil omillaridan iborat o'z 70S ribosomalari. Ularning genomi 12S va 16S ribosoma RNKlarini, shuningdek, 22 ta transfer RNKni kodlaydi. Bundan tashqari, mitoxondriyal DNK 13 ta polipeptidni kodlaydi, ulardan 12 tasi aniqlangan. Barcha kodlash ketma-ketliklari bir-birining yonida joylashgan. Haddan tashqari holatlarda ular faqat bir nechta nukleotidlar bilan ajralib turadi. Kodlanmagan ketma-ketliklar, ya'ni. intronlar yo'q. Kodlash ketma-ketligidan keyin deyarli har doim transfer RNK geni mavjud. Masalan, tartib quyidagicha: fenilalanin ko'chirish RNK ​​- 12S ribosoma RNK geni - valin ko'chirish RNK ​​- 16S ribosoma RNK geni - leysin ko'chirish RNK ​​va boshqalar. Bu tartib nafaqat inson mitoxondriyalariga xosdir, u juda konservativ va barcha hayvonlarga xosdir: mevali chivinlar, buqalar, sichqonlar, qushlar, sudraluvchilar va boshqa hayvonlar.

Genlarning ko'pchiligi og'ir zanjirda joylashgan; Shunday qilib, boshqa barcha genomlardan farqli o'laroq, mitoxondriyal genomda ikkala zanjir ham ma'noga ega.

Hayvon mitoxondriyalaridagi genlarning tartibi bir xil bo'lsa-da, genlarning o'zi turli xil saqlanishga ega ekanligi aniqlangan. Eng o'zgaruvchan - replikatsiya kelib chiqishining nukleotidlar ketma-ketligi va bir qator strukturaviy genlar. Eng ko'p saqlanib qolgan ketma-ketliklar ribosoma RNK genlarida va ba'zi strukturaviy genlarda, shu jumladan ATPaz kodlash ketma-ketligida joylashgan.

Shuni ta'kidlash kerakki, mitoxondriyal genomda genetik kodning universalligi buziladi. Masalan, inson mitoxondriyalari boshqalar kabi izolösin emas, metionin uchun kodon sifatida AUA tripletidan foydalanadi va standart genetik lug'atda to'xtash kodon sifatida ishlatiladigan UGA tripleti mitoxondriyadagi triptofanni kodlaydi.

Umuman olganda, odamning mitoxondriyal DNKsi boshqa sutemizuvchilarnikiga o'xshaydi: sichqonlar va buqalar. Ular bir-biriga yaqin turlardan uzoq bo'lishiga qaramay, mitoxondriyal DNKning o'lchamlari bir-biriga juda yaqin: 16,569; 16 295; va mos ravishda 16 338 ta asosiy juftlik. Transfer RNK genlari ba'zi sezuvchanlik genlariga ega. Strukturaviy genlarning eng muhimi sitoxrom oksidaza, NADH dehidrogenaza, sitoxrom C oksidoreduktaza va ATP sintetaza genlaridir (4-rasm).

Odamning mitoxondrial genomi xaritasida, genlardan tashqari, onalik avlodi orqali meros bo'lib o'tadigan va mitoxondrial genomdagi mutatsiyalar natijasida kelib chiqqan beshta taniqli inson kasalliklari ham ko'rsatilgan.

Masalan, Leber kasalligi - optik atrofiya - NADH dehidrogenaza genidagi mutatsiyadan kelib chiqadi. Xuddi shu kasallik sitoxrom genidagi mutatsiyadan ham kelib chiqishi mumkin b va boshqa joylar. Hammasi bo'lib, to'rtta lokus buzilganligi ma'lum va bir xil mutant fenotipga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, xuddi shu xaritada miya, mushaklar, yurak, buyraklar va jigarda nuqsonlar bilan bog'liq yana to'rtta kasallik ko'rsatilgan. Bu kasalliklarning barchasi ona naslida meros bo'lib, agar onada nafaqat nuqsonli, balki normal mitoxondriyal DNK va mitoxondriya bo'lsa, unda mutant va normal organellalarning saralanishi sodir bo'ladi va nasl har xil nisbatda ikkala organellaga ega bo'lishi mumkin va biz Agar tananing alohida qismlarida bu nuqsonlar bo'lmasa, biz somatik bo'linishni ham kuzatishimiz mumkin.

E'lon qilingan http://www.allbest.ru/

Guruch. 4 Odam, sichqon va sigir mitoxondriyal DNKsining toʻliq ketma-ketligiga asoslangan sutemizuvchilar mitoxondrial genomining tuzilishi

Shunday qilib, hayvonlarning kichik mitoxondrial genomi tananing o'ta muhim funktsiyalarini kodlashi va asosan uning normal rivojlanishini aniqlashi mumkin.

Xuddi plastid genomi singari, mitoxondriyal genom ham mitoxondriyal polipeptidlarning faqat bir qismini kodlaydi (1-jadval) va qo'sh kodlash hodisasi kuzatiladi. Misol uchun, ATPaz kompleksining ba'zi subbirliklari yadro tomonidan kodlangan bo'lsa, boshqa qismi mitoxondriyal genom tomonidan kodlangan. Ribosomal mioxondrial RNK va oqsillarni, shuningdek transkripsiya va translatsiya fermentlarini kodlovchi genlarning aksariyati hujayra yadrosi tomonidan kodlangan.

1-jadval

Hayvonlarning mitoxondriyal DNK genlari

mitoxondriya genomi neyrospora mezofilli

Hayvon genomi:

1. mtDNKda genlarning ixcham joylashishi;

genlarda intronlarning yo'qligi;

3. mtDNKda kodlanmaydigan hududlarning yo'qligi, ORI hududlari bundan mustasno;

4. tRNK genlarining boshqa genlar orasida joylashishi;

5. turli turlarda genom kattaligi va genlarning joylashishi bo'yicha yuqori o'xshashlik;

6. har bir mtDNK zanjiri uchun bitta ORI mavjudligi;

7. ikkala ipning simmetrik transkripsiyasi;

8. printsipial jihatdan har bir DNK zanjiri uchun bitta transkripsiyani boshlash mintaqasining mavjudligi;

9. mRNKda 5 / - va 3 / - terminal kodlamaydigan ketma-ketliklarning yo'qligi;

10. Birlamchi transkriptning tRNK ketma-ketliklariga ajralishi natijasida mRNKning yetilishi.

Zamburug'larda mitoxondriyal genomning o'lchami o'rtacha kattaroq va 17,3 dan 101 kb gacha. Bundan tashqari, asosiy, qoida tariqasida, dumaloq DNK molekulasiga qo'shimcha ravishda, hajmi 1 dan 13 kb gacha bo'lgan birdan 4 gacha plazmidga o'xshash doira yoki chiziqli molekulalar topiladi. Xamirturushdagi mitoxondrial genomning hajmi nafaqat turli turlar, balki turli shtammlar orasida ham farq qiladi. Zamburug'lardagi mitoxondriyal genomdagi sezilarli farqlarning asosiy sabablari intronlarning mavjudligi yoki yo'qligidir. Turli xil xamirturushlarda, masalan, mitoxondriyal DNKning o'lchami 57 dan 85 kb gacha.

Har xil o'lchamdagi intronlar va mitoxondriyal DNK molekulalarining mavjudligi qo'ziqorin mitoxondriyalarini hayvonlar mitoxondriyalaridan ajratib turadigan eng xarakterli xususiyatdir. Intronlar ko'plab ketma-ketlikni buzadi - ribosoma RNK genlari, mitoxondrial fermentlarni kodlovchi ba'zi strukturaviy oqsillarning genlari. Ko'pchilik intronlarning mavjudligi mitoxondriyalarning normal ishlashi uchun zarur emas. Mitoxondriyal intronlardan butunlay mahrum bo'lgan xamirturush shtammlari sun'iy ravishda qurilgan.

Xamirturush mitoxondriyal DNKning ko'pgina intronlarida splicingda ishtirok etadigan muturazalarni kodlaydigan ochiq o'qish ramkalari mavjud, boshqa intronlarda esa endonukleazalar va hatto teskari transkriptazalar uchun kodlash ketma-ketligi mavjud.

Hayvonlarning mitoxondriyal DNKsida topilgan barcha genlar qo'ziqorinlarda ham mavjud. Bundan tashqari, zamburug'larda boshqa genlar topilgan: ularda ko'proq tRNK genlari mavjud, ATPaz kompleksining 6, 8 va 9-bo'linmalari uchun genlar, bir qator yangi strukturaviy genlar va bir qator noma'lum funktsiyaga ega genlar topildi ( 2-jadval).

jadval 2

Xamirturush mitoxondriyal DNK genlari

Xamirturush mitoxondriyal DNKda faqat 2 ta ribosomali RNK geni va faqat 1 ta ribosoma oqsili geni topilgan. Bu oqsil ribosomaning kichik bo'linmasida joylashgan. Ribosomal oqsil geni turli shtammlarda ham kattaligi jihatidan juda xilma-xildir, shuning uchun u o'zgaruvchi nomini oldi ( Var l). Mitoxondriyal ribosomalarning qolgan oqsillari va RNKlari yadro genlari tomonidan kodlangan. 24 ta transfer RNK genlari barcha aminokislotalarni oqsil sintezi joyiga tashishni ta'minlaydi va faqat bitta transfer RNK, lizinni tashuvchi, sitoplazmadan import qilinadi va yadro tomonidan kodlanadi. Xamirturush mitoxondriyalarining barcha transfer RNKlari bir xil DNK zanjiri tomonidan kodlangan va ulardan faqat bittasi qarama-qarshi zanjir bilan kodlangan. Transport DNK genlarining hech birida intronlar mavjud emas. Sitokrom b protein genlari va sitoxrom C protein genlari ko'p intronlarga ega bo'lishi mumkin - 5 dan 9 gacha.

Yuqoridagi ma'lumotlardan ma'lum bo'lishicha, xamirturush mitoxondrial genomi tomonidan kodlangan strukturaviy oqsillar ushbu organellalarning ishlashi uchun aniq etarli emas va ularning aksariyati yadro genomi tomonidan kodlangan.

Mitoxondriyaning tashkil etilishi va ifodalanishining xarakterli xususiyatlariqo'ziqorin genomi:

1. turli turlardagi mitoxondrial genlar to'plami va joylashuvining sezilarli xilma-xilligi;

genetik materialni tashkil qilishning turli xil usullari - genomning ixcham tashkil etilishidan genlar o'rtasida kengaytirilgan kodlanmagan ketma-ketliklar bilan mtDNK bo'ylab genlarning erkin taqsimlanishigacha;

3. bir qator genlarning mozaik tuzilishi;

4. "ixtiyoriy" intronlarning mavjudligi bilan bog'liq bo'lgan mtDNK o'lchamidagi sezilarli intraspesifik o'zgarishlar;

5. nuqsonli mitoxondriyal genomni hosil qilish uchun alohida mtDNK segmentlarining kesilishi va kuchaytirilishi qobiliyati;

6. har birida replikatsiya ikki tomonlama boshlanadigan bir yoki bir nechta ORI mavjudligi;

7. mtDNKning bir zanjirida barcha mitoxondrial genlarning joylashishi va mtDNKning assimetrik transkripsiyasi;

8.mtDNK transkripsiya birliklarining ko'pligi;

9. turlarga qarab tRNK yoki boshqa turdagi oligonukleotid bloklari bo'lishi mumkin bo'lgan birlamchi transkriptlarni qayta ishlash uchun turli xil signallar;

10. Ko'p hollarda mRNKlar kengaytirilgan terminal kodlamaydigan ketma-ketliklarni o'z ichiga oladi.

Mitoxondriyal genomning eng murakkab tashkiloti yuqori o'simliklarda. Ularning mitoxondrial genomi o'ta o'ralgan ikki zanjirli dumaloq va/yoki chiziqli molekulalar to'plamidir. Barcha mitoxondrial genom ketma-ketliklari bitta katta dumaloq "xromosoma" ga tashkil etilishi mumkin va mitoxondriyal DNKning kuzatilgan turli o'lchamdagi sinflari, ehtimol, rekombinatsiya jarayonlarining natijasidir. Hech bo'lmaganda ismaloqda, ikki avlodning turlari Brassica Va Raphanus, qand lavlagi va bug'doy, mitoxondriyal genomning bunday tarqalishining sababi mitoxondriyal DNKning gomologik mintaqalarining rekombinatsiyasi ekanligi ko'rsatildi. Hajmi 1 dan 14 kb gacha bo'lgan to'g'ridan-to'g'ri yo'naltirilgan ikki yoki uchta takroriy oilalar mavjudligi tufayli mitoxondriyal DNK molekulalari faol inter- va intragenomik qayta tartibga solishga qodir. Bunday qayta tashkil etish natijasida mitoxondriyal DNK har xil o'lchamdagi molekulalar shaklida bo'lishi mumkin.

Shunday qilib, masalan, xochga mixlanganda Brassica kampestris Mitoxondriyal DNK uch turdagi dumaloq molekulalar shaklida mavjud. Birinchi turda to'liq genom mavjud - 218 kb, ikkinchisi - 135 va uchinchisi - 83 kb. Subgenomik halqalar uzunligi 2 kb bo'lgan juft to'g'ridan-to'g'ri takrorlanishga ega bo'lgan genomik halqalarning rekombinatsiyasi natijasida hosil bo'ladi.

Bug'doyda mitoxondrial genomning o'lchami ancha katta - 430 kb va 10 dan ortiq to'g'ridan-to'g'ri rekombinatsiyalar takrorlanadi, natijada elektron mikroskopik kuzatishda turli o'lchamdagi ko'plab halqalarni ko'rish mumkin, ammo hech kim kuzatmagan. bitta katta dumaloq molekula, ehtimol bu holatda, bug'doy mitoxondrial genomi hech qachon mavjud emas. Marchantia mox va boshqa xochga mixlanganda Brassica hirta To'g'ridan-to'g'ri rekombinatsiyaning takrorlanishi yo'q va, ehtimol, shuning uchun mitoxondriyal DNK bir xil o'lchamdagi dumaloq molekulalar shaklida bo'ladi. Biroq, yuqori o'simliklarning mitoxondrial DNKsi uchun bu qoida emas, balki istisno. Ko'pgina yuqori o'simliklarda mitoxondriyal genomda rekombinatsiya takrorlanishi va turli o'lchamdagi mitoxondriyal DNK molekulalari mavjud.

Turli o'simlik to'qimalarida bir xil o'lchamdagi molekulalarning soni o'simlik holatiga va atrof-muhit sharoitlariga qarab juda sezilarli darajada farq qilishi mumkin. O'simliklarni etishtirish jarayonida turli o'lchamdagi mitoxondrial DNK molekulalarining soni nisbatlarining o'zgarishi qayd etildi. ichida jonli Va ichida vitro. Ehtimol, turli o'lchamdagi molekulalar o'rtasidagi raqamli munosabatlardagi o'zgarishlar kerakli genlarni kuchaytirish orqali o'simliklarning moslashuvchanligini aks ettiradi.

Bundan tashqari, mitoxondriyal genomda 1 dan 30 kb gacha bo'lgan DNK va RNK ketma-ketligiga ega bo'lgan chiziqli va doiraviy plazmidlar bo'lishi mumkin. Mitoxondriyal plazmidlar, ehtimol, boshqa hujayra genomlaridan yoki hatto boshqa organizmlardan kelib chiqqan. Ba'zida ularning mavjudligi yoki yo'qligi o'simliklarning sitoplazmatik erkak bepushtligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin, ammo har doim ham emas. Plazmidlar ayrim turlarda mavjud, ammo bepushtlik kuzatilmaydi. Hech bo'lmaganda bitta holatda makkajo'xori bepushtligining S tipiga ega bo'lgan chiziqlar mitoxondriyalarida plazmidga o'xshash mitoxondriyal DNK mavjudligi va sitoplazmatik erkak fenomenining namoyon bo'lishi o'rtasidagi bog'liqlik aniq ko'rsatildi. bepushtlik. Mitoxondriyal plazmidlarning ham mitoxondrial genomga, ham yadro xromosomalariga qo'shilish qobiliyati qayd etilgan. Biroq, boshqa hollarda, plazmid DNKning mavjudligi har doim ham polen sterilligini keltirib chiqarmaydi.

O'simliklarning mitoxondrial genomining kattaligi eng o'zgaruvchan - 200 dan 2500 kb gacha. Yuqori o'simliklarning mitoxondrial genomining hajmi ularning xloroplast genomining hajmidan kattaroqdir.

Mitoxondriyal genom hajmining sezilarli o'zgarishi o'simlik mitoxondrial genomining ikkinchi xususiyatidir. Genom nafaqat juda katta, balki yaqin turlar orasida ham har xil bo'lishi mumkin va ba'zi hollarda past o'zgaruvchanlik kuzatilishi mumkin - jinsning turlari Brassica, boshqalarda u juda katta. Eng katta o'lchamdagi o'zgaruvchanlik qovoq o'simliklarida kuzatiladi. Ushbu oilada mitoxondrial genomning o'lchami eng o'zgaruvchan - 330 kb dan. tarvuzda 2500 kb gacha. qovun da. Shuning uchun mitoxondriyal DNKning o'simlik genomining umumiy hajmidagi ulushi ham sezilarli darajada farq qilishi mumkin - ko'pchilik o'simliklarda taxminan 1%, qovun hipokotil hujayralarida 15% gacha.

Katta mitoxondriyal genomlar mavjudligini tushuntirishga turli sabablar urinishgan.

Mitoxondriyaning ishlashi uchun zarur bo'lgan qo'shimcha genlar yoki maxsus ketma-ketliklarning mavjudligi.

O'simlik tomonidan ishlatiladigan DNKning mavjudligi, lekin kodlash sifatida emas, balki boshqa funktsiya uchun.

Mitoxondriyal faoliyat uchun ishlatilmaydigan DNK "xudbin" DNK deb ataladi.

Ko'rinishidan, mitoxondriyal genom hajmini oshirishning yana bir imkoniyati mavjud - bu yadro va xloroplast DNKsiga homolog bo'lgan ketma-ketliklar. Yadro DNKsiga gomologik ketma-ketliklar, masalan, Arabidopsisda mitoxondriyal genomning 5% gacha to'g'ri keladi. Dastlab, mitoxondrial genomga kiritilgan xloroplast genomlari ketma-ketligi makkajo'xori tarkibida topilgan. U o'zgartirilgan xloroplast 16S-ribosomali RNK genlarini o'z ichiga olgan taxminan 14 kb hududni va katta RDPK / O subunitining hududini o'z ichiga oladi. Keyinchalik, ko'plab yuqori o'simlik turlarining mitoxondrial genomida xloroplast qo'shimchalari topildi. Odatda, ular mitoxondriyal ketma-ketlikning 1-2% ni tashkil qiladi va uchta asosiy ketma-ketlikni o'z ichiga oladi.

Ketma-ket uzunligi 12 kb. xloroplast DNKsining teskari takrorlanishidan. U to'rtta transfer RNKning 3 "eksoni uchun ketma-ketlikni va 16-ketlikni o'z ichiga oladi S ribosoma RNK.

Rubiskoning katta bo'linmasini to'liq kodlaydigan 1,9 dan 2,7 kb gacha bo'lgan ketma-ketlik.

Ketma-ket 2 kb dan oshmasligi kerak. Xloroplast genomida bu hudud 23S ribosoma RNKning 3" uchini, 4,5S va 5S rRNKni, shuningdek, uchta transfer RNKni kodlaydi. O'simlik mitoxondrial genomida mavjud bo'lgan barcha xloroplast genom ketma-ketliklaridan faqat transfer RNKni kodlaydi. ketma-ketliklar aslida transkripsiya qilinadi.

Ko'pgina o'simlik turlarining mitoxondrial genomida bir xil xloroplastlar ketma-ketligi mavjud bo'lganligi sababli, ular qandaydir funktsional ahamiyatga ega deb taxmin qilish mumkin. Shu bilan birga, ularning o'rni, o'tkazish mexanizmi va bu transfer muddati noma'lumligicha qolmoqda. Bu ko'chirish eukaryotik hujayraning shakllanishi evolyutsiyasining uzoq davrida sodir bo'lganmi yoki mitoxondriyal genomda xloroplast qo'shimchalarining mavjudligi bu organellalar o'rtasida ma'lumot almashishning oddiy jarayoni ekanligini ko'rsatadimi, bu hozir sodir bo'ladimi yoki shundaymi? ma'lum turlar va o'simlik avlodlari shakllanishining nisbatan yaqindagi evolyutsion davrida davriy ravishda sodir bo'ladi?

Bundan tashqari, mitoxondrial genom ketma-ketliklarining ba'zilari viruslilarga gomologik ketma-ketliklardir.

O'simlik mitoxondriyalari genomida haqiqatda ishlaydigan genlar sonini aniqlash uchun bir qator tadqiqotchilar tarjima mahsulotlarining sonini aniqladilar. Aniqlanishi mumkin bo'lgan oqsil tasmasi soni genom o'lchamida 10 barobar farqli o'simliklar uchun ham bir xil ekanligi ko'rsatildi. Amaldagi usullar mitoxondriyal genomdagi genlarning umumiy soni haqidagi savolga to'g'ridan-to'g'ri javob bermasa-da, shunga qaramay, bir xil miqdordagi tarjima mahsuloti tahlil qilingan angiosperm turlarida aniqlanganligi va genlar soniga yaqin bo'lganligi qiziq. hayvonlarning mitoxondriyalari va xamirturushdagi oqsillarni kodlash.

Birinchi marta o'simliklardagi mitoxondrial DNKning to'liq nukleotidlar ketma-ketligi 1986 yilda bir turda - Marchantia ( Marchantiya polimorfa), keyinroq Arabidopsis va bir necha turdagi suv o'tlarida uchraydi.

Marchantiyadagi mitoxondriyal DNK molekulasi 186,608 bp hajmiga ega. U 3 rRNK uchun genlarni, 27 tRNK uchun 29 genni va ma'lum bo'lgan funktsional oqsillar uchun 30 genni kodlaydi (16 ribosoma oqsili, 3 sitoxrom C oksidaza, sitoxrom b, 4 ATP sintetaza va 9 dehidrogen NADH subbirligi). Genomda 32 ta noma'lum ochiq o'qish ramkalari ham mavjud. Bundan tashqari, 16 genda joylashgan 32 intron topildi. Muayyan kompleks uchun genlar soni turli o'simliklarda farq qilishi mumkin, chunki bu kompleksning bir yoki bir nechta genlari yadroga o'tkazilishi mumkin. Noma'lum genlar orasida kamida 10 tasi doimiy ravishda deyarli barcha o'simlik turlarida topiladi, bu ularning funktsiyalarining muhimligini ko'rsatadi.

O'simlik mitoxondriyalarining transfer RNKlarini kodlaydigan mitoxondrial genlar soni juda o'zgaruvchan. Ko'pgina turlarda o'zlarining mitoxondriyal transfer RNKlari aniq etarli emas va shuning uchun sitoplazmadan eksport qilinadi (yadro yoki plastid genomi tomonidan kodlangan). Masalan, Arabidopsisda 12 ta transfer RNK mitoxondrial kodlangan, 6 tasi xloroplast va 13 tasi yadro; Marchantiyada 29 tasi mitoxondrial va 2 tasi yadroviy bo'lib, transport RNKlarining hech biri xloroplast kodiga ega emas; kartoshkada 25 tasi mitoxondrial, 5 tasi xloroplast va 11 tasi yadro; bug'doyda 9 tasi mitoxondrial, 6 tasi xloroplast va 3 tasi yadrodir (3-jadval).

Hayvonlarning mitoxondriyal DNKsi va xloroplast genlaridan farqli o'laroq, o'simlik mitoxondrial DNK genlari butun genom bo'ylab tarqalgan. Bu transfer RNKlarini kodlovchi genlarga ham, oqsillarni kodlovchi genlarga ham tegishli.

3-jadval

O'simliklardagi mitoxondrial ko'chirish RNKlarining tabiati

Zamburug’li mitoxondriyalar genomi kabi, o’simlik mitoxondriyalari genomida ham hayvonlar mitoxondriyalari genomlarida bo’lmagan intronlar mavjud.

Ayrim turlarda genomdagi bir qancha genlar dublikatsiya qilinadi. Shunday qilib, makkajo'xori va loviyalarda rRNK genlari takrorlanmaydi, lekin bug'doyda ular bir necha marta takrorlanadi. Mitoxondriyal oqsillarni kodlovchi genlar ham ularning genomida takrorlanishi mumkin.

Tabiiyki, mitoxondriyalar, xloroplastlar kabi, genlar genomiga qaraganda ko'proq ferment oqsillarini o'z ichiga oladi. Va shuning uchun oqsillarning aksariyati yadro genomi tomonidan boshqariladi, sitoplazmada mitoxondriyal ribosomalarda emas, balki sitoplazmada yig'iladi va mitoxondriyal membranalarga tashiladi.

Shunday qilib, o'simliklarning mitoxondrial genomi juda o'zgaruvchan tizimdir, lekin genlar soni bo'yicha ancha barqaror. Xloroplastlarning ixcham genomidan farqli o'laroq, o'simliklarning mitoxondrial genomida genlar genomning 20% ​​dan kamini tashkil qiladi. Mitoxondriya genomining zamburug'lar yoki hayvonlarga nisbatan ortishi intronlar, turli xil takrorlanuvchi ketma-ketliklar, xloroplastlar, yadro va viruslar genomidan qo'shilishlar mavjudligi bilan bog'liq. O'simlik mitoxondrial genomining taxminan 50% funktsiyalari hali aniqlanmagan. Yadroda mitoxondriyalar funksiyasini boshqaruvchi ko'plab strukturaviy genlar joylashganligi bilan bir qatorda, mitoxondriyal genlarning transkripsiya, qayta ishlash va translatsiya jarayonlarini boshqaradigan ko'plab genlar ham joylashgan. Binobarin, mitoxondriyalar plastidlarga qaraganda kamroq avtonom organellalardir.

Adabiyot

Asosiy:

1. Alekhina N.D., Balnokin Yu.V., Gavrilenko V.F. va boshqalar o'simliklar fiziologiyasi. Talabalar uchun darslik. Universitetlar. M .: Akademiya. 2005. 640 b.

Davydenko O.G. Xromosomasiz irsiyat. Minsk: BSU. 2001. 189 b.

3. Danilenko N.G., Davydenko O.G. Organellalar genomlari dunyosi. Minsk: Texnologiya. 2003. 494 b.

4. Ivanov V.I. va boshqalar. M .: Akademkniga. 2006. 638 b.

5. Jimulev I.S. Umumiy va molekulyar genetika. Novosibirsk: Sib. Univ. 2007. 479 b.

6. Qo'shiqchi M., Berg P. Genlar va genomlar. M .: Mir. 1998. T. 1-

7. Chentsov Yu S. Hujayra biologiyasiga kirish. M .: Akademkniga. 2004. 495 b.

Qo'shimcha:

1. Danilenko N.G. RNKni tahrirlash: genetik ma'lumot transkripsiyadan keyin tuzatiladi // Genetika. 2001. T. 37. No 3. 294-316-betlar.

Margelis L. Hujayra evolyutsiyasida simbiozning roli. M.: Mir, 1983 yil.

3. Odintsova M. S., Yurina N. P. Protist mitoxondriyaning genomi // Genetika. 200 T. 38. No 6. 773-778-betlar.

4. Odintsova M. S., Yurina N. P. Yuqori o'simliklar va alglarning plastidlari genomi: tuzilishi va funktsiyalari // Mol. Biol. 2003. T. 37. No 5. B. 768-783.

5. Yurina N. P., Odintsova M. S. Xloroplast genomini tashkil qilishning umumiy xususiyatlari. Pro- va eukariotlarning genomlari bilan taqqoslash // Mol. Biol. 199 T. 36. No 4. B. 757-771.

6. Yurina N. P., Odintsova M. S. Xloroplastlar va o'simlik mitoxondriyalari genomlarini tizimli tashkil etishning qiyosiy tavsiflari // Genetika. 1998. T. 34. 1-son. B. 5-2.

Allbest.ru saytida e'lon qilingan

Shunga o'xshash hujjatlar

Mitoxondriyalarning ultrastrukturaviy tashkil etilishining mohiyati. Hujayraning oksidlanish-qaytarilish muvozanatini saqlashda mitoxondriyalarning roli. Mitoxondriyalarning energiya funktsiyalarining o'ziga xosligi. Atsidoz davrida mitoxondriyalarning morfofunksional xususiyatlarining o'zgarishi.

dissertatsiya, 27.01.2018 qo'shilgan


Mitoxondriyalarning funktsional roli va strukturaviy tashkil etilishini o'rganish. Normoksiya sharoitida mitoxondrial nafas olish zanjirining ishlashini ko'rib chiqish va tavsiflash. Miyadan kelib chiqqan neyrotrofik omilning antihipoksik ta'siri bilan tanishtirish.

kurs ishi, 04/18/2018 qo'shilgan


Hujayra o'limining asosiy mexanizmlari. Mitoxondriya apoptozning markaziy nazorat nuqtasi sifatida. Apoptoz paytida hujayradagi mitoxondriyalarning morfologik o'zgarishlari va qayta taqsimlanishi. Sitokrom C ajralish shakllari qarish jarayonida mitoxondriyalarning roli.

kurs ishi, 01/07/2013 qo'shilgan


Mitoxondriyaning ichki membranasida joylashgan fermentlar majmuasi. Oksidlanishli fosforlanish jarayoni. Kislorod ishtirokida ichki mitoxondriyal membranada ATP sintezi. Nafas olish zanjirining tarkibiy qismlari. P.Mitchelning xemiosmotik nazariyasining mohiyati.

taqdimot, 22/10/2014 qo'shilgan


Mitoxondriya va plastidalarning tuzilishi va ularning funktsiyalarini o'rganish. Mitoxondriya va xloroplastlarning simbiotik kelib chiqishi haqidagi gipoteza. Mushak to'qimalarining umumiy tipik xususiyatlari. Spermatogenez, uning asosiy davrlari: ko'payish, o'sish, etilish va shakllanish.

test, 03/11/2014 qo'shilgan


Mitoxondriya tushunchasi va xossalari, tuzilishi, hujayra nafas olish va energiya almashinuvidagi ishtiroki. Embrion rivojlanishining gastrulyatsiyasining xarakterli xususiyatlari. Leykotsitlarning funktsiyalari, tuzilishi, tasnifini ko'rib chiqish. Timusning ko'rinishi (timus bezi).

test, 21/04/2015 qo'shilgan


Shilimshiq mog'orlarning tuzilishi, kimyoviy tarkibi, tabiatda tarqalishi va taksonomik guruhining ahamiyati. Shilimshiq mog'orlarning vegetativ tanalari. Trofik va tarqalish bosqichlari. Spora hosil bo'lish jarayoni. Tsikllarda harakatchan bosqichlarning mavjudligi, mitoxondriyalarning tuzilishi.

kurs ishi, 08/12/2015 qo'shilgan


Suv o'tlari hujayra membranasining tuzilishi va asosiy tarkibiy qismlari. Yashil suv o'tlari orasida fibrillalarning tasodifiy joylashishi holatlari, turning turli vakillarida sitoplazmaning tashkil etilishi, flagella, mitoxondriya va xloroplastlarning maqsadi.

kurs ishi, 29.07.2009 yil qo'shilgan


Fotodinamik terapiyaning klinik qo'llanilishi. Fotosensibilizatorlarning hujayra darajasida ta'sir qilish mexanizmi. Fotodinamik induktsiyalangan apoptozda mitoxondriya va kaltsiy ionlarining roli. Hujayra reaktsiyalarida signalizatsiya jarayonlari va himoya oqsillarining ishtiroki.

test, 2015-08-19 qo'shilgan


Mitoxondriya ikki membranali donador yoki filamentsimon organella, eukaryotik hujayralar (avtotroflar va geterotroflar) elementi, energiya stansiyasi. Asosiy funktsiya va energiya ishlab chiqarish; kelib chiqishi, tuzilishi. Mitoxondriyal DNK va irsiyat.

Mitoxondriyal genomning ishlashi Sutemizuvchilar mitoxondriyalarining DNK replikatsiyasi va transkripsiyasi mexanizmlarining o'ziga xos xususiyati nimada? Ko'pgina hayvonlarda mtDNKdagi komplementar zanjirlar o'ziga xos zichlikda sezilarli darajada farqlanadi, chunki ular teng bo'lmagan miqdorda "og'ir" purin va "engil" pirimidin nukleotidlarini o'z ichiga oladi. Shuning uchun ular deyiladi - H (og'ir - og'ir) va L (engil - engil) zanjir. MtDNK molekulasi replikatsiyasining boshida D-loop deb ataladigan shakl hosil bo'ladi (inglizcha Displacement halqasidan). Elektron mikroskopda ko'rinadigan bu struktura ikki ipli va bir ipli (H-zanjirning cho'zilgan qismi) mintaqadan iborat. Ikki zanjirli hudud L-zanjirning bir qismi va uni to'ldiruvchi yangi sintezlangan DNK bo'lagidan hosil bo'ladi, uzunligi 450-650 nukleotid (organizm turiga qarab), 5" uchida ribonukleotid primeriga ega bo'lib, unga mos keladi. H-zanjir sintezining boshlang'ich nuqtasiga (oriH ) L-zanjirning sintezi faqat qiz H-zanjir ori L nuqtasiga yetganda boshlanadi. Buning sababi L-zanjirning replikatsiya boshlanishi mintaqasi. DNK sintezi fermentlari uchun faqat bitta zanjirli holatda va shuning uchun H-torli sintezi jarayonida faqat burilmagan qo'sh spiralda mavjud Shunday qilib, mtDNKning qiz zanjirlari doimiy ravishda va asinxron ravishda sintezlanadi (3-rasm). 3-rasm. Mitoxondriyalarda D-loopli molekulalarning umumiy soni to'liq replikatsiya qiluvchi molekulalar sonidan sezilarli darajada oshadi. Buning sababi, D-pakning qo'shimcha funktsiyalari - mtDNKni ichki membranaga biriktirish va transkripsiyani boshlash, chunki ikkala DNK zanjirining transkripsiya promouterlari ushbu mintaqada lokalizatsiya qilingan. Bir-biridan mustaqil ravishda transkripsiya qilinadigan ko'pgina eukaryotik genlardan farqli o'laroq, sutemizuvchilarning mtDNK zanjiri H- va L ni to'ldiruvchi bu ikki uzun RNK molekulasiga qo'shimcha ravishda ori H mintaqasidan boshlab bitta RNK molekulasini hosil qilish uchun transkripsiya qilinadi. zanjirlar, H-zanjirning qisqaroq bo'limlari ham hosil bo'lib, ular xuddi shu nuqtadan boshlanib, 16S rRNK genining 3" uchida tugaydi (4-rasm). Bunday qisqa transkriptlar uzunlarga qaraganda 10 barobar ko'p. Sifatida. pishib etish (qayta ishlash) natijasida ulardan 12S rRNK va 16S rRNK hosil bo'ladi, ular mitoxondrial ribosomalarning shakllanishida ishtirok etadi, shuningdek, fenilalanin va valin tRNKlari qolgan tRNKlar uzoq transkriptlardan ajratiladi va mRNA ga tarjima qilinadi. poliadenil ketma-ketliklari biriktirilgan 3" uchlari. Bu mRNKlarning 5" uchlari yopilmagan, bu eukariotlar uchun odatiy emas. Sutemizuvchilarning mitoxondrial genlarining hech birida intronlar bo'lmagani uchun qo'shilish (splaysing) sodir bo'lmaydi.

ND1-ND6, ND4L - NAD-H-dehidrogenaz kompleksi subbirliklari genlari; COI-COIII - sitoxrom c oksidaz subbirliklarining genlari; ATP6, ATP8 - ATP sintetaza subbirliklarining genlari Cyt b - sitoxrom b geni.

4-rasm. 37 genni o'z ichiga olgan inson mtDNKsining transkripsiyasi. Barcha transkriptlar ori H mintaqasida sintezlana boshlaydi, ribosoma RNKlari uzun va qisqa H-strandlardan ajratiladi. tRNK va mRNK DNKning ikkala zanjiri transkriptlaridan ishlov berish natijasida hosil bo'ladi. tRNK genlari och yashil rangda ko'rsatilgan.

Mitoxondriyal genom yana qanday hayratlanarli narsalarni taqdim etishi mumkinligini bilmoqchimisiz? Ajoyib! O'qing!..

Sutemizuvchilar va xamirturush mitoxondriyalarining genomlari taxminan bir xil miqdordagi genlarni o'z ichiga olishiga qaramay, xamirturush genomining hajmi 4-5 baravar katta - taxminan 80 ming nukleotid juftligi. Xamirturush mtDNK ning kodlash ketma-ketligi odamlarda mos keladigan ketma-ketliklarga juda homolog bo'lsa-da, xamirturush mRNKlari qo'shimcha ravishda ko'pchilik yadro mRNKlari kabi 5 "lider" va 3" kodlanmaydigan hududga ega. Bir qator genlarda intronlar ham mavjud. Shunday qilib, sitoxrom oksidaz b ni kodlovchi quti geni ikkita intronga ega. Birinchi intronning ko'p qismining nusxasi birlamchi RNK transkripsiyasidan avtokatalitik (hech qanday oqsillar ishtirokisiz) chiqariladi. Qolgan RNK qo'shilishda ishtirok etuvchi ma-turaza fermentini hosil qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladi. Uning aminokislotalar ketma-ketligining bir qismi intronlarning qolgan nusxalarida kodlangan. Maturaza ularni kesib, o'zining mRNKsini yo'q qiladi, ekzonlarning nusxalari birlashtiriladi va sitoxrom oksidaza b uchun mRNK hosil bo'ladi (5-rasm). Bunday hodisaning kashf etilishi bizni intronlar g'oyasini "kodlanmagan ketma-ketliklar" sifatida qayta ko'rib chiqishga majbur qildi.

5-rasm.

Mitoxondriyal genlarning ifodasini o'rganishda Trypanosoma brucei mRNKdagi nukleotidlar ketma-ketligi DNKning kodlash hududlaridagi ketma-ketlikka to'liq mos kelishini bildiruvchi molekulyar biologiyaning asosiy aksiomalaridan birida hayratlanarli og'ish aniqlandi. Ma'lum bo'lishicha, sitoxrom c oksidaza bo'linmalaridan birining mRNKsi tahrirlangan, ya'ni. transkripsiyadan so'ng uning asosiy tuzilishi o'zgaradi - to'rtta urasil kiritiladi. Natijada, fermentning qo'shimcha bo'linmasini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladigan yangi mRNK hosil bo'ladi, uning aminokislotalar ketma-ketligi tahrirlanmagan mRNK tomonidan kodlangan ketma-ketlik bilan hech qanday umumiylikka ega emas (jadvalga qarang).

Mitoxondriya 1979 yilda olimlarga eng katta ajablanib taqdim etdi. O'sha vaqtga qadar genetik kod universal bo'lib, bir xil tripletlar bakteriyalar, viruslar, zamburug'lar, o'simliklar va hayvonlardagi bir xil aminokislotalarni kodlaydi, deb hisoblar edi. Ingliz tadqiqotchisi Burrell buzoq mitoxondrial genlaridan birining tuzilishini ushbu gen tomonidan kodlangan sitoxrom oksidaza subbirligidagi aminokislotalar ketma-ketligi bilan taqqosladi. Ma'lum bo'lishicha, qoramollarda (shuningdek, odamlarda) mitoxondriyalarning genetik kodi nafaqat universaldan farq qiladi, balki u "ideal", ya'ni. quyidagi qoidaga bo'ysunadi: "agar ikkita kodon ikkita bir xil nukleotidga ega bo'lsa va uchinchi nukleotidlar bir xil sinfga tegishli bo'lsa (purin - A, G yoki pirimidin - U, C), ular bir xil aminokislotalarni kodlashadi." Universal kodda bu qoidadan ikkita istisno mavjud: AUA tripleti izolösinni, AUG kodoni metioninni kodlaydi, ideal mitoxondrial kodda esa bu tripletlarning ikkalasi ham metioninni kodlaydi; UGG tripleti faqat triptofanni, UGA tripleti esa stop kodonini kodlaydi. Umumjahon kodida ikkala og'ish ham oqsil sintezining asosiy jihatlariga taalluqlidir: AUG kodoni boshlang'ich hisoblanadi va to'xtash kodoni UGA polipeptid sintezini to'xtatadi. Ideal kod barcha tasvirlangan mitoxondriyalarga xos emas, lekin ularning hech biri universal kodga ega emas. Aytishimiz mumkinki, mitoxondriyalar turli tillarda gaplashadi, lekin hech qachon yadro tilida emas.

"Universal" genetik kod va ikkita mitoxondriyal kod o'rtasidagi farqlar

Mitoxondrial

sutemizuvchilar kodi

Mitoxondrial

xamirturush kodi

"Universal"

O'qish foydali bo'lishi mumkin:

• Mitoxondriyal DNK genlari;
• Baliq va Baliqlarning uyg'unligi: fidokorona sevgi yoki beqaror munosabatlar Baliq munajjimlar bashorati bo'yicha moslik shunga o'xshash;
• Sevimli odamni aloqasiz qanday qaytarish kerak - kuchli sehrgarlarning tasdiqlangan fitnalari Odamni o'zingizga qanday qaytarish kerak;
• Skoletsifobiya va u bilan qanday kurashish kerak;
• Mutaxassislar XKS faoliyatini uzaytirish tarafdori;
• Kipriksimonlarning tuzilishi va hayotiy faoliyati shippak kipriklari misolida;
• Arxiyepiskop Jonatan (Eletskiy): Ukraina pravoslav cherkovining tug'ilishining kelib chiqishida;
• Kurgan viloyati hokimiyati viloyat poytaxtiga pul to'lamaydi gubernator Osipov saylovlarning shaffofligi bo'yicha federal ko'rsatmalarni bajaradi.;