Proučavanje mitohondrijske DNA. Zašto mitohondrijima trebaju vlastiti geni? Koliki je postotak DNA u mitohondrijima?

Povijesno gledano, prvo istraživanje ove vrste provedeno je korištenjem mitohondrijske DNK. Znanstvenici su uzeli uzorak od domorodaca Afrike, Azije, Europe i Amerike te su u ovom u početku malom uzorku međusobno usporedili mitohondrijske DNK različitih jedinki. Otkrili su da je raznolikost mitohondrijske DNK najveća u Africi. A budući da je poznato da mutacijski događaji mogu promijeniti tip mitohondrijske DNA, a poznato je i kako se može promijeniti, onda, prema tome, možemo reći koji su tipovi ljudi od kojih mutacijski mogli potjecati. Od svih ljudi čiji je DNK testiran, Afrikanci su otkrili mnogo veću varijabilnost. Tipovi mitohondrijske DNK na drugim kontinentima bili su manje raznoliki. To znači da su Afrikanci imali više vremena da akumuliraju te promjene. Imali su više vremena za biološku evoluciju, ako se upravo u Africi nalaze ostaci drevne DNK koji nisu karakteristični za mutacije europskog čovjeka.

Može se tvrditi da su genetičari pomoću mitohondrijske DNK uspjeli dokazati podrijetlo žena u Africi. Također su proučavali Y kromosome. Ispostavilo se da i muškarci dolaze iz Afrike.

Zahvaljujući studijama mitohondrijske DNK, moguće je utvrditi ne samo da je osoba porijeklom iz Afrike, već i odrediti vrijeme njenog podrijetla. Vrijeme nastanka mitohondrijske pramajke čovječanstva utvrđeno je usporednim proučavanjem mitohondrijske DNK čimpanza i modernog čovjeka. Poznavajući stopu mutacijske divergencije - 2-4% na milijun godina - možemo odrediti vrijeme razdvajanja dviju grana, čimpanza i suvremenog čovjeka. To se dogodilo prije otprilike 5 - 7 milijuna godina. U ovom se slučaju stopa mutacijske divergencije smatra konstantnom.

Mitohondrijska Eva

Kada ljudi govore o mitohondrijskoj Evi, ne misle na pojedinca. Oni govore o nastanku kroz evoluciju cijele populacije jedinki sličnih karakteristika. Vjeruje se da je mitohondrijska Eva živjela u razdoblju naglog pada broja naših predaka, na otprilike deset tisuća jedinki.

Podrijetlo rasa

Proučavanjem mitohondrijske DNK različitih populacija, genetičari su sugerirali da je čak i prije napuštanja Afrike, populacija predaka bila podijeljena u tri skupine, od kojih su nastale tri moderne rase - afrička, kavkaska i mongoloidna. Vjeruje se da se to dogodilo prije otprilike 60 - 70 tisuća godina.

Usporedba mitohondrijske DNK neandartalaca i suvremenog čovjeka

Dodatne informacije o ljudskom podrijetlu dobivene su usporedbom genetskih tekstova mitohondrijske DNK neandertalaca i modernih ljudi. Znanstvenici su uspjeli pročitati genetske tekstove mitohondrijske DNK iz koštanih ostataka dva neandertalca. Kosturni ostaci prvog neandertalca pronađeni su u pećini Feldhover u Njemačkoj. Nešto kasnije pročitan je genetski tekst mitohondrijske DNK neandertalskog djeteta, koje je pronađeno na sjevernom Kavkazu u špilji Mezhmayskaya. Pri usporedbi mitohondrijske DNK modernog čovjeka i neandertalca utvrđene su vrlo velike razlike. Ako uzmete dio DNK, onda se od 370 nukleotida razlikuje njih 27. A ako usporedite genetske tekstove modernog čovjeka, njegovu mitohondrijsku DNK, razliku ćete pronaći u samo osam nukleotida. Vjeruje se da su neandertalac i moderni čovjek potpuno odvojene grane, evolucija svake od njih odvijala se neovisno jedna o drugoj.

Proučavanjem razlika u genetskim tekstovima mitohondrijske DNK neandertalaca i suvremenog čovjeka utvrđen je datum razdvajanja ove dvije grane. To se dogodilo prije otprilike 500 tisuća godina, a prije otprilike 300 tisuća godina došlo je do njihovog konačnog razdvajanja. Vjeruje se da su se neandertalci naselili diljem Europe i Azije te da su ih raselili moderni ljudi, koji su izašli iz Afrike 200 tisuća godina kasnije. I konačno, prije otprilike 28 - 35 tisuća godina, neandertalci su izumrli. Zašto se to dogodilo, općenito, još nije jasno. Možda nisu mogli podnijeti konkurenciju s modernim tipom osobe ili su možda za to postojali drugi razlozi.

Uvod

Prošlo je četvrt stoljeća od trenutka kada su molekule DNK otkrivene u mitohondrijima prije nego što su se za njih zainteresirali ne samo molekularni biolozi i citolozi, nego i genetičari, evolucionisti, kao i paleontolozi i kriminolozi. Takav veliki interes izazvao je rad A. Wilsona sa Sveučilišta u Kaliforniji. Godine 1987. objavio je rezultate usporedne analize mitohondrijske DNK uzete od 147 predstavnika različitih etničkih skupina svih ljudskih rasa koje nastanjuju pet kontinenata. Na temelju vrste, mjesta i broja pojedinačnih mutacija utvrđeno je da je sva mitohondrijska DNA nastala divergencijom iz jedne predačke nukleotidne sekvence. U pseudo-znanstvenom tisku ovaj je zaključak protumačen krajnje pojednostavljeno - cijelo čovječanstvo poteklo je od jedne žene, nazvane mitohondrijska Eva (jer i kćeri i sinovi dobivaju mitohondrije samo od majke), koja je živjela u sjeveroistočnoj Africi oko prije 200 tisuća godina. Još 10 godina kasnije, bilo je moguće dešifrirati fragment mitohondrijske DNK izolirane iz ostataka neandertalca i procijeniti postojanje posljednjeg zajedničkog pretka ljudi i neandertalaca prije 500 tisuća godina.

Danas se humana mitohondrijska genetika intenzivno razvija kako u populacijskom tako i u medicinskom aspektu. Utvrđena je povezanost niza teških nasljednih bolesti s defektima mitohondrijske DNA. Genetske promjene povezane sa starenjem najizraženije su u mitohondrijima. Što je mitohondrijski genom koji se kod ljudi i drugih životinja razlikuje od genoma biljaka, gljiva i protozoa po veličini, obliku i genetskom kapacitetu? Koja je uloga, kako funkcionira i kako je mitohondrijski genom nastao u različitim taksonima općenito, a posebno kod ljudi? O tome će biti riječi u mom “malom i najskromnijem” eseju.

Osim DNA, mitohondrijski matriks sadrži i vlastite ribosome koji se po mnogim karakteristikama razlikuju od eukariotskih ribosoma smještenih na membranama endoplazmatskog retikuluma. Međutim, ne više od 5% svih proteina uključenih u njihov sastav formira se na ribosomima mitohondrija. Većina proteina koji čine strukturne i funkcionalne komponente mitohondrija kodirani su nuklearnim genomom, sintetizirani su na ribosomima endoplazmatskog retikuluma i transportirani kroz njegove kanale do mjesta sastavljanja. Dakle, mitohondriji su rezultat kombiniranih napora dvaju genoma i dvaju transkripcijskih i translacijskih aparata. Neke podjedinice enzima respiratornog lanca mitohondrija sastoje se od različitih polipeptida, od kojih su neki kodirani genomom jezgre, a neki genomom mitohondrija. Na primjer, ključni enzim oksidativne fosforilacije, citokrom c oksidaza u kvascu, sastoji se od tri podjedinice kodirane i sintetizirane u mitohondrijima i četiri podjedinice kodirane u jezgri stanice i sintetizirane u citoplazmi. Ekspresiju većine mitohondrijskih gena kontroliraju specifični nuklearni geni.

Simbiotička teorija nastanka mitohondrija

Hipotezu o podrijetlu mitohondrija i biljnih plastida iz unutarstaničnih endosimbiontnih bakterija iznio je R. Altman još 1890. Tijekom stoljeća naglog razvoja biokemije, citologije, genetike i molekularne biologije, koji su se pojavili prije pola stoljeća, hipoteza je prerasla u teoriju utemeljenu na velikoj količini činjeničnog materijala . Njegova je bit sljedeća: pojavom fotosintetskih bakterija u Zemljinoj se atmosferi nakupio kisik - nusprodukt njihova metabolizma. Kako se njegova koncentracija povećavala, život anaerobnih heterotrofa postajao je sve složeniji, pa su neki od njih za dobivanje energije prešli s fermentacije bez kisika na oksidativnu fosforilaciju. Takvi aerobni heterotrofi mogli bi s većom učinkovitošću od anaerobnih bakterija razgraditi organske tvari nastale kao rezultat fotosinteze. Neke od slobodnoživućih aeroba uhvatili su anaerobi, ali nisu "probavljeni", već pohranjeni kao energetske stanice, mitohondrije. Mitohondrije ne treba promatrati kao robove, zarobljene kako bi opskrbile ATP molekulama stanice koje nisu sposobne za disanje. Oni su zapravo "stvorenja" koja su, još u proterozoiku, za sebe i svoje potomke pronašla najbolja skloništa, gdje su mogli uložiti najmanje truda bez opasnosti da budu pojedeni.

Brojne činjenice govore u prilog simbiotskoj teoriji:

Veličine i oblici mitohondrija i slobodnoživućih aerobnih bakterija podudaraju se; obje sadrže kružne molekule DNA koje nisu povezane s histonima (za razliku od linearne nuklearne DNA);

Što se tiče nukleotidnih sekvenci, ribosomske i prijenosne RNA mitohondrija razlikuju se od nuklearnih, dok pokazuju iznenađujuću sličnost sa sličnim molekulama nekih aerobnih gram-negativnih eubakterija;

Mitohondrijske RNA polimeraze, iako su kodirane u staničnoj jezgri, inhibirane su rifampicinom, poput bakterijskih, a eukariotske RNA polimeraze neosjetljive su na ovaj antibiotik;

Sinteza proteina u mitohondrijima i bakterijama potiskuje se istim antibioticima koji ne utječu na ribosome eukariota;

Sastav lipida unutarnje membrane mitohondrija i bakterijske plazmaleme sličan je, ali se vrlo razlikuje od sastava vanjske membrane mitohondrija, koja je homologna drugim membranama eukariotskih stanica;

Kriste koje oblikuje unutarnja mitohondrijska membrana su evolucijski analozi mezosomalnih membrana mnogih prokariota;

Još uvijek postoje organizmi koji oponašaju međuoblike na putu stvaranja mitohondrija iz bakterija (primitivna ameba Pelomyxa nema mitohondrije, ali uvijek sadrži endosimbiotske bakterije).

Postoji ideja da su različita kraljevstva eukariota imala različite pretke, a bakterijska endosimbioza nastala je u različitim fazama evolucije živih organizama. O tome svjedoče i razlike u građi mitohondrijskih genoma protozoa, gljiva, biljaka i viših životinja. Ali u svim slučajevima glavni dio gena iz promitohondrija ušao je u jezgru, vjerojatno uz pomoć mobilnih genetskih elemenata. Kada je dio genoma jednog od simbionta uključen u genom drugog, integracija simbionta postaje nepovratna. Novi genom može stvoriti metaboličke putove koji dovode do stvaranja korisnih proizvoda koje ne može sintetizirati nijedan partner pojedinačno. Stoga je sinteza steroidnih hormona u stanicama kore nadbubrežne žlijezde složen lanac reakcija, od kojih se neke odvijaju u mitohondrijima, a neke u endoplazmatskom retikulumu. Hvatanjem promitohondrijskih gena jezgra je mogla pouzdano kontrolirati funkcije simbionta. Jezgra kodira sve proteine ​​i sintezu lipida vanjske membrane mitohondrija, većinu proteina matriksa i unutarnje membrane organela. Ono što je najvažnije, jezgra kodira enzime za replikaciju, transkripciju i translaciju mtDNA, čime se kontrolira rast i reprodukcija mitohondrija. Stopa rasta partnera u simbiozi trebala bi biti približno ista. Ako domaćin raste brže, tada će se sa svakom generacijom broj simbionta po jedinki smanjivati, a na kraju će se pojaviti potomci bez mitohondrija. Znamo da svaka stanica organizma koji se spolno razmnožava sadrži mnoge mitohondrije koji repliciraju svoju DNK između odjeljaka domaćina. To osigurava da svaka od stanica kćeri dobije barem jednu kopiju mitohondrijskog genoma.

Uloga stanične jezgre u biogenezi mitohondrija

Određena vrsta mutiranog kvasca ima veliku deleciju u mitohondrijskoj DNA, što dovodi do potpunog prestanka sinteze proteina u mitohondrijima; kao rezultat, te organele ne mogu obavljati svoju funkciju. Budući da takvi mutanti stvaraju male kolonije kada rastu na mediju s niskim sadržajem glukoze, nazivaju se citoplazmatski mutantamitanka.

Iako mali mutanti nemaju sintezu proteina mitohondrija i stoga ne tvore normalne mitohondrije, takvi mutanti ipak sadrže promitohondriji, koji su u određenoj mjeri slični običnim mitohondrijima, imaju normalnu vanjsku membranu i unutarnju membranu sa slabo razvijenim kristama. Promitohondriji sadrže mnoge enzime kodirane nuklearnim genima i sintetizirane na citoplazmatskim ribosomima, uključujući DNA i RNA polimeraze, sve enzime ciklusa limunske kiseline i mnoge proteine ​​koji čine unutarnju membranu. Ovo jasno pokazuje dominantnu ulogu nuklearnog genoma u mitohondrijskoj biogenezi.

Zanimljivo je primijetiti da iako izgubljeni fragmenti DNA čine 20 do više od 99,9% mitohondrijskog genoma, ukupna količina mitohondrijske DNA u petit mutanata uvijek ostaje na istoj razini kao u divljem tipu. To je zbog još uvijek malo proučenog procesa umnožavanja DNA, kao rezultat kojeg nastaje molekula DNA koja se sastoji od tandemskih ponavljanja istog odjeljka i jednake su veličini normalnoj molekuli. Na primjer, mitohondrijska DNA malog mutanta koji zadržava 50% nukleotidne sekvence divljeg tipa DNA sastojat će se od dva ponavljanja, dok molekula koja zadržava samo 0,1% divlji tip genoma bit će izgrađen od 1000 kopija preostalog fragmenta. Stoga se petite mutanti mogu koristiti za dobivanje velikih količina specifičnih dijelova mitohondrijske DNA, za koje se može reći da ih je sama priroda klonirala.

Iako je biogeneza organela uglavnom kontrolirana nuklearnim genima, same organele, prema nekim podacima, također imaju neku vrstu regulatornog utjecaja na princip povratne sprege; barem je to slučaj s mitohondrijima. Ako je sinteza proteina blokirana u mitohondrijima intaktnih stanica, tada se enzimi uključeni u mitohondrijsku sintezu DNA, RNA i proteina počinju stvarati u višku u citoplazmi, kao da stanica pokušava nadvladati učinak blokirajućeg agensa. No, iako je postojanje nekog signala iz mitohondrija nedvojbeno, njegova je priroda još uvijek nepoznata.

Iz više razloga, mehanizmi mitohondrijske biogeneze sada se proučavaju u većini slučajeva u kulturama Saccharomyces carlsbergensis(pivski kvasac i S. cerevisiae(pekarski kvasac). Prvo, kada rastu na glukozi, ovi kvasci pokazuju jedinstvenu sposobnost postojanja samo kroz glikolizu, to jest, ne obavljaju funkciju mitohondrija. To omogućuje proučavanje mutacija u mitohondrijskoj i nuklearnoj DNK koje ometaju razvoj ovih organela. Takve su mutacije smrtonosne u gotovo svim drugim organizmima. Drugo, kvasac - jednostavne jednostanične eukariote - lako je uzgajati i biokemijski proučavati. Konačno, kvasac se može razmnožavati i u haploidnoj i u diploidnoj fazi, obično nespolnim pupanjem (asimetrična mitoza). Ali kod kvasca se također događa spolni proces: s vremena na vrijeme dvije haploidne stanice se stapaju u diploidnu zigotu, koja se zatim ili dijeli mitozom ili prolazi mejozu i ponovno stvara haploidne stanice. Eksperimentalno kontrolirajući izmjenu nespolnog i spolnog razmnožavanja, može se mnogo naučiti o genima odgovornim za funkciju mitohondrija. Korištenjem ovih metoda moguće je, posebice, saznati jesu li takvi geni lokalizirani u jezgrinoj DNA ili u mitohondrijskoj DNA, budući da se mutacije mitohondrijskih gena ne nasljeđuju prema Mendelovim zakonima koji reguliraju nasljeđivanje nuklearnih gena.

Transportni sustavi mitohondrija

Većina proteina sadržanih u mitohondrijima i kloroplastima uvozi se u te organele iz citosola. Ovo postavlja dva pitanja: kako stanica usmjerava proteine ​​u odgovarajuću organelu i kako ti proteini ulaze u stanicu?

Djelomičan odgovor dobiven je proučavanjem transporta male podjedinice (S) enzima u stromu kloroplasta. ribuloza-1,5-bisfosfat-karboksišahtove. Ako je mRNA izolirana iz citoplazme jednostanične alge Chlamydomonas ili iz lišća graška, uvedenog kao matrica u sustav za sintezu proteina in vitro, tada će jedan od mnogih rezultirajućih proteina biti vezan specifičnim anti-S antitijelom. S protein sintetiziran in vitro naziva se ppo-S jer je približno 50 aminokiselinskih ostataka veći od običnog S proteina. Kada se pro-S protein inkubira s netaknutim kloroplastima, on prodire u organele i tamo se pomoću peptidaze pretvara u S-protein. Zatim se S protein veže na veliku podjedinicu ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaze, sintetiziranu na ribosomima kloroplasta, i s njom tvori aktivni enzim u stromi kloroplasta.

Mehanizam prijenosa S proteina nije poznat. Vjeruje se da se pro-S veže na receptorski protein koji se nalazi na vanjskoj membrani kloroplasta ili na spoju vanjske i unutarnje membrane, a zatim se prenosi u stromu kroz transmembranske kanale kao rezultat procesa koji zahtijeva energiju rashod.

Transport proteina u mitohondrije odvija se na sličan način. Ako se pročišćeni mitohondriji kvasca inkubiraju sa staničnim ekstraktom koji sadrži novo sintetizirane radioaktivne proteine ​​kvasca, može se uočiti da su mitohondrijski proteini kodirani nuklearnim genomom odvojeni od nemitohondrijskih proteina u citoplazmi i selektivno ugrađeni u mitohondrije - baš kao što se događa u netaknuta stanica. U tom slučaju, proteini vanjske i unutarnje membrane, matriksa i intermembranskog prostora nalaze put do odgovarajućeg odjeljka mitohondrija.

Mnogi od novosintetiziranih proteina namijenjenih unutarnjoj membrani, matriksu i međumembranskom prostoru imaju vodeći peptid na svom N-kraju, koji se tijekom transporta odcjepljuje specifičnom proteazom smještenom u matriksu. Prijenos proteina u ova tri mitohondrijska odjeljka zahtijeva energiju elektrokemijskog protonskog gradijenta stvorenog na unutarnjoj membrani. Mehanizam prijenosa proteina za vanjsku membranu je drugačiji: u ovom slučaju nije potreban niti utrošak energije niti proteolitičko cijepanje dužeg proteina prekursora. Ova i druga opažanja sugeriraju da se sve četiri skupine mitohondrijskih proteina prenose u organele sljedećim mehanizmom: pretpostavlja se da su svi proteini osim onih koji su namijenjeni vanjskoj membrani ugrađeni u unutarnju membranu kao rezultat procesa koji zahtijeva utrošak energije. a nastaju na mjestima kontakta između vanjske i unutarnje membrane. Očigledno, nakon ove početne inkorporacije proteina u membranu, on prolazi proteolitičko cijepanje, što dovodi do promjene njegove konformacije; ovisno o tome kako se konformacija mijenja, protein je ili usidren u membranu ili "gurnut" u matriks ili u međumembranski prostor.

Prijenos proteina kroz membrane mitohondrija i kloroplasta u načelu je sličan njihovom prijenosu kroz membrane endoplazmatskog retikuluma. Međutim, postoji nekoliko važnih razlika. Prvo, kada se transportira u matriks ili stromu, protein prolazi kroz vanjsku i unutarnju membranu organele, dok kada se transportira u lumen endoplazmatskog retikuluma, molekule prolaze kroz samo jednu membranu. Osim toga, prijenos proteina u retikulum provodi se pomoću mehanizma ciljano oslobađanje(vektorsko pražnjenje) – počinje kada protein još nije potpuno napustio ribosom (kotranslacijski uvoz), a prijenos u mitohondrije i kloroplaste događa se nakon potpunog završetka sinteze proteinske molekule (posttranslacijski uvoz).

Unatoč tim razlikama, u oba slučaja stanica sintetizira prekursorske proteine ​​koji sadrže signalnu sekvencu koja određuje na koju membranu je protein usmjeren. Očigledno, u mnogim slučajevima ovaj se niz odcjepljuje od molekule prekursora nakon završetka transportnog procesa. Međutim, neki se proteini odmah sintetiziraju u svom konačnom obliku. Vjeruje se da je u takvim slučajevima signalna sekvenca sadržana u polipeptidnom lancu gotovog proteina. Signalne sekvence još uvijek su slabo poznate, ali vjerojatno postoji nekoliko vrsta takvih sekvenci, od kojih svaka određuje prijenos proteinske molekule u određenu regiju stanice. Na primjer, u biljnoj stanici, neki od proteina, čija sinteza počinje u citosolu, zatim se transportiraju u mitohondrije, drugi u kloroplaste, treći u peroksisome, a treći u endoplazmatski retikulum. Složeni procesi koji dovode do pravilne intracelularne distribucije proteina tek se sada shvaćaju.

Osim nukleinskih kiselina i proteina, lipidi su potrebni za izgradnju novih mitohondrija. Za razliku od kloroplasta, mitohondriji većinu lipida dobivaju izvana. U životinjskim stanicama, fosfolipidi sintetizirani u endoplazmatskom retikulumu transportiraju se do vanjske membrane mitohondrija pomoću posebnih proteina i potom ugrađuju u unutarnju membranu; vjeruje se da se to događa na mjestu dodira dviju membrana. Glavna reakcija biosinteze lipida, koju kataliziraju sami mitohondriji, je pretvorba fosfatidne kiseline u fosfolipid kardiolipin, koji se uglavnom nalazi u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani i čini oko 20% svih njenih lipida.

Veličina i oblik mitohondrijskih genoma

Do danas je pročitano više od 100 različitih mitohondrijskih genoma. Skup i broj njihovih gena u mitohondrijskoj DNA, za koje je slijed nukleotida potpuno određen, jako varira među različitim vrstama životinja, biljaka, gljiva i protozoa. Najveći broj gena pronađen je u mitohondrijskom genomu bičevatih protozoa Rectinomo-nas americana- 97 gena, uključujući sve gene za kodiranje proteina koji se nalaze u mtDNA drugih organizama. Kod većine viših životinja mitohondrijski genom sadrži 37 gena: 13 za proteine ​​respiratornog lanca, 22 za tRNA i dva za rRNA (za veliku ribosomsku podjedinicu 16S rRNA i za malu 12S rRNA). Kod biljaka i protozoa, za razliku od životinja i većine gljiva, mitohondrijski genom također kodira neke proteine ​​koji čine ribosome ovih organela. Ključni enzimi sinteze predložaka polinukleotida, poput DNA polimeraze (repliciranje mitohondrijske DNA) i RNA polimeraze (transkripcija mitohondrijskog genoma), šifrirani su u jezgri i sintetizirani na ribosomima u citoplazmi. Ova činjenica ukazuje na relativnost autonomije mitohondrija u složenoj hijerarhiji eukariotske stanice.

Mitohondrijski genomi različitih vrsta razlikuju se ne samo po skupu gena, redoslijedu njihovog položaja i ekspresije, već i po veličini i obliku DNK. Velika većina mitohondrijskih genoma opisanih danas su kružne superzamotane dvolančane molekule DNA. Kod nekih biljaka, uz kružne oblike, postoje i linearni, a kod nekih protozoa, poput trepetljikaša, u mitohondrijima se nalazi samo linearni DNA.

U pravilu, svaki mitohondrij sadrži nekoliko kopija svog genoma. Dakle, u stanicama ljudske jetre postoji oko 2 tisuće mitohondrija, a svaki od njih sadrži 10 identičnih genoma. U fibroblastima miša nalazi se 500 mitohondrija koji sadrže dva genoma, au stanicama kvasca S. cerevisiae- do 22 mitohondrija, od kojih svaki ima četiri genoma.

DIV_ADBLOCK764">

Slika 2. Shema nastajanja linearnih (A), kružnih (B), lančanih (C) oligomera mtDNA. ori je regija gdje počinje replikacija DNA.

Veličina mitohondrijskog genoma različitih organizama kreće se od manje od 6 tisuća parova nukleotida u plazmodiju falciparum (uz dva gena rRNA, sadrži samo tri gena za kodiranje proteina) do stotina tisuća parova nukleotida u kopnenim biljkama (za primjer, Arabidopsis thaliana iz obitelji križanica 366924 para nukleotida). Štoviše, 7-8 puta razlike u veličini mtDNA viših biljaka nalaze se čak i unutar iste obitelji. Duljina mtDNA kralježnjaka malo se razlikuje: kod ljudi - 16569 parova nukleotida, kod svinja - 16350, kod dupina - 16330, kod žaba s kandžama Xenopus laevis- 17533, u šarana - 16400. Ovi genomi su također slični u lokalizaciji gena, od kojih je većina smještena od kraja do kraja; u nekim se slučajevima čak preklapaju, obično za jedan nukleotid, tako da je zadnji nukleotid jednog gena prvi u sljedećem. Za razliku od kralježnjaka, biljke, gljive i protozoe sadrže do 80% nekodirajućih sekvenci. Redoslijed gena u mitohondrijskom genomu razlikuje se među vrstama.

Visoka koncentracija reaktivnih kisikovih vrsta u mitohondrijima i slab sustav popravka povećavaju učestalost mutacija mtDNA za red veličine u usporedbi s nuklearnom DNA. Kisikovi radikali uzrokuju specifične supstitucije C®T (deaminacija citozina) i G®T (oksidativno oštećenje gvanina), zbog čega je mtDNA vjerojatno bogata AT parovima. Osim toga, sve mtDNA imaju zanimljivo svojstvo – nisu metilirane, za razliku od nuklearne i prokariotske DNA. Poznato je da je metilacija (privremena kemijska modifikacija slijeda nukleotida bez narušavanja funkcije kodiranja DNA) jedan od mehanizama programirane inaktivacije gena.

Veličina i struktura molekula DNA u organelama

	Struktura	Težina, milijun dalton	Bilješke
ohoo Dria	Životinje	Prsten		Svaka pojedinačna vrsta ima sve molekule iste veličine
Viši ra stenija	Prsten	Varira	Sve proučavane vrste imaju kružnu DNK različitih veličina, u kojoj ukupni sadržaj genetske informacije odgovara masi od 300 do 1000 milijuna daltona, ovisno o vrsti
gljive: Protozoa	Prsten Prsten Prsten Linearno
Klor plaćanje stov	Alge	Prsten Prsten
viši bilje	Prsten		U svakoj pojedinoj vrsti pronađene su molekule samo jedne

Relativne količine organela DNA u nekim stanicama i tkivima

Organizam	Tkanina ili vrsta stanice	Broj mol-l DNA/organel-	Broj organa- nell in kavez	Udio organela DNA u cjelini Stanična DNA, %
ohoo Dria
	Stanice linije L
	Jaje
Klor plaćanje stov		Vegetativne diploidne stanice
Kukuruz

Funkcioniranje mitohondrijskog genoma

Što je posebno u mehanizmima replikacije i transkripcije DNA mitohondrija sisavaca?

Komplementarni" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">Komplementarni lanci u mtDNA značajno se razlikuju po specifičnoj gustoći, budući da sadrže nejednake količine “teških” purinskih i “lakih” pirimidinskih nukleotida. To su oni tzv.- H (heavy – težak) i L (light – laki) lanac.Na početku replikacije molekule mtDNA nastaje tzv.D-petlja (od engleskog Displacement loop).Ova struktura, vidljiva u elektronskom mikroskopu sastoji se od dvolančanih i jednolančanih (pomaknuti dio H-lanca) dijelova. Dvolančani dio se sastoji od dijela L-lanca i komplementarnog novosintetiziranog fragmenta DNA s duljine 450-650 (ovisno o vrsti organizma) nukleotida, koji ima 5"- kraj ribonukleotidne početnice, što odgovara početnoj točki sinteze H-lanca (oriH). Sinteza L-lanca počinje tek kada kćer H-lanac dosegne točku ori L. To je zbog činjenice da je područje inicijacije replikacije L-lanca dostupno enzimima za sintezu DNA samo u jednolančanoj stanju, i stoga, samo u neupletenom stanju dvostruke spirale tijekom sinteze H-lanca. Stoga se lanci kćeri mtDNA sintetiziraju kontinuirano i asinkrono (slika 3).

Slika 3. Shema replikacije mtDNA sisavaca. Prvo se formira D-petlja, potom se sintetizira H-lanac kćeri, zatim počinje sinteza L-lanca kćeri.

Kraj gena 16S rRNA (slika 4). Takvih kratkih prijepisa ima 10 puta više nego dugih. Kao rezultat sazrijevanja (obrade) formiraju 12S rRNA i 16S rRNA, koje su uključene u stvaranje mitohondrijskih ribosoma, kao i fenilalaninsku i valin tRNA. Preostale tRNA se izrezuju iz dugih transkripata i formiraju se prevedene mRNA, na čije su 3" krajeve pričvršćene poliadenilne sekvence. 5" krajevi ovih mRNA nisu ograničeni, što je neobično za eukariote. Ne dolazi do spajanja (fuzije) jer niti jedan od mitohondrijskih gena sisavaca ne sadrži introne.

Slika 4. Transkripcija ljudske mtDNA koja sadrži 37 gena. Svi transkripti počinju se sintetizirati u regiji ori H. Ribosomske RNA se izrezuju iz dugih i kratkih transkripata H-lanca. tRNA i mRNA nastaju kao rezultat obrade transkripata obaju lanaca DNA. tRNA geni označeni su svijetlozelenom bojom.

Želite li znati kakva još iznenađenja može predstavljati mitohondrijski genom? Sjajno! Nastavi čitati!..

Vodeća i 3" nekodirajuća područja, poput većine nuklearnih mRNA. Brojni geni također sadrže introne. Dakle, u box genu koji kodira citokrom oksidazu b, postoje dva introna. Iz primarnog RNA transkripta, autokatalitički (bez sudjelovanja bilo kojeg ili proteina) kopija većine prvog introna je izrezana. Preostala RNA služi kao predložak za stvaranje enzima maturaze, koji je uključen u spajanje. Dio njegove aminokiselinske sekvence kodiran je u preostalim kopijama Maturaza ih izrezuje, uništavajući vlastitu mRNA, kopije egzona spajaju se zajedno i formira se mRNA za citokrom oksidazu b (Slika 5). Otkriće ovog fenomena natjeralo nas je da preispitamo ideju o intronima kao "nekodirajuće sekvence."

Slika 5. Prerada (sazrijevanje) mRNA citokrom oksidaze b u mitohondrijima kvasca. U prvoj fazi spajanja nastaje mRNA, koja sintetizira maturazu, neophodnu za drugu fazu spajanja.

Pri proučavanju ekspresije mitohondrijskih gena Trypanosoma brucei otkriveno je iznenađujuće odstupanje od jednog od temeljnih aksioma molekularne biologije, koji kaže da slijed nukleotida u mRNA točno odgovara onom u kodirajućim regijama DNA. Pokazalo se da je mRNA jedne od podjedinica citokrom c oksidaze editirana, odnosno da se nakon transkripcije mijenja njena primarna struktura - ubacuju se četiri uracila. Kao rezultat toga, formira se nova mRNA, koja služi kao matrica za sintezu dodatne podjedinice enzima, čiji slijed aminokiselina nema ništa zajedničko sa slijedom virusa, gljivica, biljaka i životinja. Istraživač Burrell usporedio je strukturu jednog od mitohondrijskih gena teleta sa slijedom aminokiselina u podjedinici citokrom oksidaze koju kodira ovaj gen. Pokazalo se da genetski kod mitohondrija kod goveda (kao i kod ljudi) ne samo razlikuje od univerzalnog, on je “idealan”, tj. poštuje sljedeće pravilo: “ako dva kodona imaju dva identična nukleotida, a treći nukleotid pripada istoj klasi (purin - A, G ili pirimidin - U, C), tada kodiraju istu aminokiselinu.” U univerzalnom kodu postoje dvije iznimke od ovog pravila: triplet AUA kodira izoleucin, a kodon AUG metionin, dok u idealnom mitohondrijskom kodu oba ova tripleta kodiraju za metionin; UGG triplet kodira samo triptofan, a UGA triplet kodira stop kodon. U univerzalnom kodu oba odstupanja tiču ​​se temeljnih aspekata sinteze proteina: AUG kodon je inicijacijski, a stop kodon UGA zaustavlja sintezu polipeptida. Idealni kod nije svojstven svim opisanim mitohondrijima, ali nijedan od njih nema univerzalni kod. Možemo reći da mitohondriji govore različitim jezicima, ali nikada jezikom jezgre.

Razlike između "univerzalnog" genetskog koda i dva mitohondrijska koda

kodon	mitohondrijski kod sisavaca	mitohondrijski kod kvasca	“ Univerzalni”

Kao što je već spomenuto, u mitohondrijskom genomu kralježnjaka nalaze se 22 tRNA gena. Kako takav nepotpun skup služi svih 60 kodona za aminokiseline (u idealnom kodu od 64 tripleta četiri su stop kodona, u univerzalnom kodu tri)? Činjenica je da su tijekom sinteze proteina u mitohondrijima interakcije kodon-antikodon pojednostavljene - za prepoznavanje se koriste dva od tri nukleotida antikodona. Dakle, jedna tRNA prepoznaje sva četiri člana obitelji kodona, razlikuju se samo u trećem nukleotidu. Na primjer, leucinska tRNA s GAU antikodonom stoji na ribosomu nasuprot kodonima TsU, TsUC, TsUA i Tsug, osiguravajući nepogrešivu ugradnju leucina u polipeptidni lanac. Dva druga kodona leucina, UUA i UUG, prepoznaje tRNA s antikodonom AAU. Ukupno, osam različitih tRNA molekula prepoznaje osam obitelji od po četiri kodona, a 14 tRNA prepoznaje različite parove kodona, od kojih svaki kodira jednu aminokiselinu.

Važno je da su enzimi aminoacil-tRNA sintetaze, odgovorni za dodavanje aminokiselina na odgovarajuće mitohondrijske tRNA, kodirani u staničnoj jezgri i sintetizirani na ribosomima endoplazmatskog retikuluma. Dakle, kod kralješnjaka, sve proteinske komponente sinteze mitohondrijskih polipeptida šifrirane su u jezgri. U ovom slučaju sinteza proteina u mitohondrijima nije potisnuta cikloheksimidom, koji blokira rad eukariotskih ribosoma, ali je osjetljiva na antibiotike eritromicin i kloramfenikol, koji inhibiraju sintezu proteina u bakterijama. Ova činjenica služi kao jedan od argumenata u korist podrijetla mitohondrija iz aerobnih bakterija tijekom simbiotskog stvaranja eukariotskih stanica.

Važnost posjedovanja vlastitog genetskog sustava za mitohondrije

Zašto mitohondriji trebaju vlastiti genetski sustav, dok druge organele, poput peroksisoma i lizosoma, ne trebaju? Ovo pitanje nije nimalo trivijalno, budući da je održavanje zasebnog genetskog sustava skupo za stanicu, s obzirom na potreban broj dodatnih gena u nuklearnom genomu. Ovdje bi trebali biti kodirani ribosomski proteini, aminoacil-tRNA sintetaze, DNA i RNA polimeraze, enzimi za obradu i modifikaciju RNA itd. Većina proučavanih proteina iz mitohondrija razlikuje se po aminokiselinskom slijedu od svojih parnjaka iz drugih dijelova stanice, a tu je razlog za vjerovanje da u tim organima postoji vrlo malo proteina koji bi se mogli naći drugdje. To znači da samo za održavanje genetskog sustava mitohondrija nuklearni genom mora sadržavati nekoliko desetaka dodatnih gena. Razlozi te “rasipnosti” su nejasni, a nada da će se odgovor pronaći u slijedu nukleotida mitohondrijske DNK nije se ostvarila. Teško je zamisliti zašto se proteini formirani u mitohondrijima moraju nužno sintetizirati tamo, a ne u citosolu.

Obično se postojanje genetskog sustava u energetskim organelama objašnjava činjenicom da su neki od proteina sintetiziranih unutar organela previše hidrofobni da bi prošli kroz mitohondrijsku membranu izvana. Međutim, istraživanja kompleksa ATP sintetaze pokazala su da je takvo objašnjenje neuvjerljivo. Iako su pojedinačne proteinske podjedinice ATP sintetaze visoko očuvane tijekom evolucije, mjesta njihove sinteze se mijenjaju. U kloroplastima, nekoliko prilično hidrofilnih proteina, uključujući četiri od pet podjedinica F1-ATPaze dijela kompleksa, proizvodi se na ribosomima unutar organele. Naprotiv, gljiva Neurospora a u životinjskim stanicama vrlo hidrofobna komponenta (podjedinica 9) membranskog dijela ATPaze sintetizira se na ribosomima citoplazme i tek nakon toga prelazi u organele. Različitu lokalizaciju gena koji kodiraju podjedinice funkcionalno ekvivalentnih proteina u različitim organizmima teško je objasniti bilo kojom hipotezom koja postulira određene evolucijske prednosti suvremenih genetskih sustava mitohondrija i kloroplasta.

Uzimajući u obzir sve navedeno, možemo samo pretpostaviti da mitohondrijski genetski sustav predstavlja evolucijsku slijepu ulicu. U okviru endosimbiotske hipoteze to znači da je proces prijenosa endosimbiontnih gena u nuklearni genom domaćina zaustavljen prije nego što je u potpunosti dovršen.

Citoplazmatsko nasljeđe

Posljedice citoplazmatskog prijenosa gena za neke životinje, uključujući ljude, ozbiljnije su nego za kvasce. Dvije haploidne stanice kvasca koje se stapaju iste su veličine i pridonose jednakoj količini mitohondrijske DNK dobivenoj zigoti. Dakle, kod kvasca se mitohondrijski genom nasljeđuje od oba roditelja, koji podjednako doprinose genskom fondu potomaka (iako nakon nekoliko generacija odvojiti potomci će često sadržavati mitohondrije samo jednog od roditeljskih tipova). Nasuprot tome, kod viših životinja jajašce daje više citoplazme zigoti nego spermij, a kod nekih životinja spermij možda uopće ne doprinosi citoplazmi. Stoga se može misliti da će se kod viših životinja mitohondrijski genom prenositi samo od jednog roditelja (tj. materinski linije); i doista, to je potvrđeno eksperimentima. Ispostavilo se, na primjer, da se križanjem štakora dvaju laboratorijskih sojeva s mitohondrijskom DNA malo različitim u nukleotidnom slijedu (tipovi A i B) dobivaju potomci koji sadrže

koji sadrži mitohondrijsku DNA samo majčinskog tipa.

Citoplazmatsko nasljeđe, za razliku od nuklearnog, ne poštuje Mendelove zakone. To je zbog činjenice da kod viših životinja i biljaka spolne stanice različitih spolova sadrže različite količine mitohondrija. Dakle, u jajetu miša postoji 90 tisuća mitohondrija, ali u spermiju samo četiri. Očito je da su u oplođenom jajetu mitohondriji pretežno ili samo od ženske jedinke, tj. nasljeđe svih mitohondrijskih gena je po majci. Genetska analiza citoplazmatskog nasljeđa je teška zbog nuklearno-citoplazmatskih interakcija. U slučaju citoplazmatske muške sterilnosti, mutirani mitohondrijski genom stupa u interakciju s određenim jezgrinim genima, čiji su recesivni aleli neophodni za razvoj svojstva. Dominantni aleli ovih gena, kako u homo- tako iu heterozigotnom stanju, obnavljaju plodnost biljaka, neovisno o stanju mitohondrijskog genoma.

Želio bih se zadržati na mehanizmu majčinskog nasljeđivanja gena dajući konkretan primjer. Kako bismo konačno i nepovratno razumjeli mehanizam nemendelskog (citoplazmatskog) nasljeđivanja mitohondrijskih gena, razmotrimo što se događa s takvim genima kada se dvije haploidne stanice spoje i tvore diploidnu zigotu. U slučaju kada jedna stanica kvasca nosi mutaciju koja određuje otpornost sinteze proteina mitohondrija na kloramfenikol, a druga, stanica divljeg tipa, osjetljiva je na ovaj antibiotik: mutirani geni mogu se lako identificirati uzgojem kvasca na mediju s glicerol, koji mogu koristiti samo stanice s netaknutim mitohondrijima; stoga, u prisutnosti kloramfenikola, samo stanice koje nose mutirani gen mogu rasti u takvom mediju. Naša diploidna zigota će u početku imati mitohondrije mutiranog i divljeg tipa. Kao rezultat mitoze, iz zigote će pupati diploidna stanica kćer koja će sadržavati samo mali broj mitohondrija. Nakon nekoliko mitotskih ciklusa, na kraju će jedna od novih stanica primiti sve mitohondrije, bilo mutantnog ili divljeg tipa. Stoga će svi potomci takve stanice imati genetski identične mitohondrije. Takav slučajni proces, kao rezultat kojeg nastaje diploidno potomstvo koje sadrži mitohondrije samo jedne vrste, naziva se mitotičkith seagregacijath. Kada diploidna stanica sa samo jednom vrstom mitohondrija prolazi mejozu, sve četiri haploidne stanice kćeri primaju iste mitohondrijske gene. Ova vrsta nasljeđivanja naziva se nemendeLav obrano ili citoplazmatski za razliku od Mendelovog nasljeđivanja nuklearnih gena. Citoplazmatski prijenos gena znači da su geni koji se proučavaju smješteni u mitohondrijima.

Proučavanje mitohondrijskih genoma, njihove evolucije, koja slijedi specifične zakone populacijske genetike, te odnosa između nuklearnih i mitohondrijskih genetskih sustava, nužno je za razumijevanje složene hijerarhijske organizacije eukariotske stanice i organizma u cjelini.

Neke nasljedne bolesti i ljudsko starenje povezani su s određenim mutacijama u mitohondrijskom DNK ili u nuklearnim genima koji kontroliraju funkciju mitohondrija. Prikupljaju se podaci o uključenosti defekata mtDNA u karcinogenezu. Stoga mitohondriji mogu biti meta za kemoterapiju raka. Postoje činjenice o bliskoj interakciji nuklearnog i mitohondrijskog genoma u razvoju niza ljudskih patologija. Višestruke delecije mtDNA pronađene su u bolesnika s teškom mišićnom slabošću, ataksijom, gluhoćom i mentalnom retardacijom, naslijeđenima autosomno dominantno. U kliničkim manifestacijama koronarne bolesti utvrđen je spolni dimorfizam koji je najvjerojatnije posljedica maternalnog učinka – citoplazmatskog nasljeđa. Razvoj genske terapije daje nadu za ispravljanje nedostataka u genomima mitohondrija u doglednoj budućnosti.

Kao što je poznato, da bi se provjerila funkcija jedne od komponenti višekomponentnog sustava, potrebno je eliminirati tu komponentu uz naknadnu analizu nastalih promjena. Budući da je tema ovog sažetka ukazati na ulogu genoma majke za razvoj potomstva, logično bi bilo upoznati se s posljedicama poremećaja u sastavu genoma mitohondrija izazvanih različitim čimbenicima. Pokazalo se da je alat za proučavanje navedene uloge proces mutacije, a posljedice njegovog djelovanja koje su nas zanimale su tzv. mitohondrijske bolesti.

Mitohondrijske bolesti su primjer citoplazmatskog nasljeđa kod ljudi, točnije “organelnog nasljeđa”. Ovo pojašnjenje treba napraviti jer postojanje, barem u nekih organizama, citoplazmatskih nasljednih determinanti koje nisu povezane sa staničnim organelama - citogeni sada je dokazano (-Vechtomov, 1996).

Mitohondrijske bolesti su heterogena skupina bolesti uzrokovanih genetskim, strukturnim, biokemijskim defektima mitohondrija i poremećajem tkivnog disanja. Za postavljanje dijagnoze mitohondrijske bolesti važna je sveobuhvatna genealoška, ​​klinička, biokemijska, morfološka i genetička analiza. Glavni biokemijski znak mitohondrijske patologije je razvoj mliječne acidoze; obično se otkrije hiperlaktična acidemija u kombinaciji s hiperpiruvatičnom acidemijom. Broj različitih opcija dosegao je 120 oblika. Postoji stabilan porast koncentracije mliječne i pirogrožđane kiseline u cerebrospinalnoj tekućini.

Mitohondrijske bolesti (MD) predstavljaju značajan problem suvremene medicine. Prema načinima nasljednog prijenosa, MD uključuju bolesti koje se nasljeđuju monogenski po mendelovskom tipu, kod kojih je zbog mutacije nuklearnih gena poremećena ili struktura i funkcioniranje mitohondrijskih proteina, ili se mijenja ekspresija mitohondrijske DNA, kao bolesti uzrokovane mutacijama mitohondrijskih gena, koje se uglavnom prenose na potomstvo po majčinoj liniji.

Podaci iz morfoloških studija koji ukazuju na veliku patologiju mitohondrija: abnormalna proliferacija mitohondrija, polimorfizam mitohondrija s poremećajem oblika i veličine, dezorganizacija krista, nakupljanje abnormalnih mitohondrija ispod sarkoleme, parakristalne inkluzije u mitohondrijima, prisutnost interfibrilarnih vakuola

Oblici mitohondrijskih bolesti

1 . Mitohondrijske bolesti uzrokovane mutacijama u mitohondrijskoj DNA

1.1.Bolesti uzrokovane delecijama mitohondrijske DNA

1.1.1.Cairns-Sayreov sindrom

Bolest se očituje u dobi od 4-18 godina, progresivna vanjska oftalmoplegija, retinitis pigmentosa, ataksija, intencijski tremor, atrioventrikularni srčani blok, povišene razine proteina u cerebrospinalnoj tekućini više od 1 g/l, “raščupana” crvena vlakna u skeletu. biopsije mišića

1.1.2.Pearsonov sindrom

Početak bolesti je od rođenja ili u prvim mjesecima života, ponekad je moguć razvoj encefalomiopatija, ataksije, demencije, progresivne vanjske oftalmoplegije, hipoplastične anemije, poremećaja egzokrine funkcije gušterače, progresivni tijek.

2 .Bolesti uzrokovane točkastim mutacijama mitohondrijske DNA

Tip nasljeđa po majci, akutno ili subakutno smanjenje vidne oštrine na jednom ili oba oka, kombinacija s neurološkim i osteoartikularnim poremećajima, retinalna mikroangiopatija, progresivni tijek s mogućnošću remisije ili vraćanja vidne oštrine, početak bolesti u dobi od 20 godina. -30 godina

2.2.NAPR sindrom (neuropatija, ataksija, retinitis pigmentosa)

Tip nasljeđa po majci, kombinacija neuropatije, ataksije i retinitis pigmentosa, usporeni psihomotorni razvoj, demencija, prisutnost "potrganih" crvenih vlakana u biopsijama mišićnog tkiva

2.3. MERRF sindrom (mioklonus-epilepsija, “pokidana” crvena vlakna)

Tip nasljeđa po majci, početak bolesti u dobi od 3-65 godina, mioklona epilepsija, ataksija, demencija u kombinaciji sa senzorineuralnom gluhoćom, atrofija vidnih živaca i poremećaji duboke osjetljivosti, laktacidoza, EEG pregledi otkrivaju generaliziranu kupaonsku epilepsiju. kompleksi, "raščupana" crvena vlakna u biopsijama skeletnih mišića, progresivni tijek

2.4. MELAS sindrom (mitohondrijska encefalomiopatija, laktacidoza, epizode slične moždanom udaru)

Tip nasljeđa po majci, početak bolesti prije 40. godine života, nepodnošljivost tjelesnog napora, glavobolje nalik migreni s mučninom i povraćanjem, epizode nalik moždanom udaru, konvulzije, laktacidoza, “raščupana” crvena vlakna u biopsijama mišića, progresivni tijek.

3 .Patologija povezana s defektima u intergenomskoj komunikaciji

3.1.Sindromi višestruke delecije mitohondrijske DNA

Blefaroptoza, vanjska oftalmoplegija, mišićna slabost, senzorineuralna gluhoća, atrofija vidnog živca, progresivni tijek, “pokidana” crvena vlakna u biopsijama skeletnih mišića, smanjena aktivnost enzima respiratornog lanca.

3.2.Sindrom delecije mitohondrijske DNA

Autosomno recesivni način nasljeđivanja

Klinički oblici:

3.2.1.Fatalna infantilnost

a) teško zatajenje jetre b) hepatopatija c) hipotenzija mišića

Debi u neonatalnom razdoblju

3.2.2.Kongenitalna miopatija

Teška mišićna slabost, generalizirana hipotenzija, kardiomiopatija i konvulzije, oštećenje bubrega, glikozurija, aminoacidopatija, fosfaturija

3.2.3.Infantilna miopatija

javlja se u prve 2 godine života, progresivna mišićna slabost, atrofija proksimalnih mišićnih skupina i gubitak tetivnih refleksa, brzo progresivni tijek, smrt u prve 3 godine života.

4 Mitohondrijske bolesti uzrokovane mutacijama nuklearne DNK

4.1.Bolesti povezane s defektima u dišnom lancu

4.1.1. Nedostatak kompleksa 1 (NADH:CoQ reduktaza)

Početak bolesti prije 15. godine života, sindrom miopatije, usporeni psihomotorni razvoj, poremećaji kardiovaskularnog sustava, konvulzije rezistentne na terapiju, višestruki neurološki poremećaji, progresivni tijek

4.1.2. Nedostatak kompleksa 2 (sukcinat-CoQ reduktaza)

Karakterizira ga sindrom encefalomiopatije, progresivni tijek, napadaji, mogući razvoj ptoze

4.1.3. Nedostatak kompleksa 3 (CoQ-citokrom C oksidoreduktaza)

Multisistemski poremećaji, oštećenja različitih organa i sustava, koji zahvaćaju središnji i periferni živčani sustav, endokrini sustav, bubrege, progresivni tijek

4.1.4. Kompleksni nedostatak (citokrom C oksidaza)

4.1.4.1.Fatalna infantilna kongenitalna laktacidoza

Mitohondrijska miopatija sa zatajenjem bubrega ili kardiomiopatijom, početak u neonatalnoj dobi, teški respiratorni poremećaji, difuzna hipotenzija mišića, progresivni tijek, smrt u prvoj godini života.

4.1.4.2.Benigna infantilna slabost mišića

Atrofija, uz adekvatno i pravovremeno liječenje moguća je brza stabilizacija procesa i oporavak do 1-3 godine života

5 Menkesov sindrom (trihopoliodistrofija)

Oštar zastoj u psihomotornom razvoju, zastoj u rastu, poremećaj rasta i distrofične promjene kose,

6 . Mitohondrijske encefalomiopatije

6.1.Leighov sindrom(subakutna neurotizirajuća encefalomijelopatija)

Javlja se nakon 6 mjeseci života, mišićna hipotonija, ataksija, nistagmus, piramidalni simptomi, oftalmoplegija, atrofija optičkog živca, dodatak kardiomiopatije i blaga metabolička acidoza često se primjećuju

6.2.Alpersov sindrom(progresivna sklerozirajuća polidistrofija)

Degeneracija sive tvari mozga u kombinaciji s cirozom jetre, nedostatkom kompleksa 5 (ATP sintetaze), usporenim psihomotornim razvojem, ataksijom, demencijom, mišićnom slabošću, progresivnim tijekom bolesti, nepovoljnom prognozom

6.3.Manjak koenzima-Q

Metaboličke krize, mišićna slabost i umor, oftalmoplegija, gluhoća, smanjen vid, epizode slične moždanom udaru, ataksija, mioklonus epilepsija, oštećenje bubrega: glukozurija, aminoacidopatija, fosfaturija, endokrini poremećaji, progresivni tijek, smanjena aktivnost enzima respiratornog lanca

7 .Bolesti povezane s poremećajem metabolizma mliječne i pirogrožđane kiseline

7.1 Nedostatak piruvat karboksilaze Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u neonatalnom razdoblju, kompleks simptoma "mlohavog djeteta", konvulzije otporne na terapiju, visoke koncentracije ketonskih tijela u krvi, hiperamonijemija, hiperlizinemija, smanjena aktivnost piruvat karboksilaze u skeletni mišići

7.2.Manjak piruvat dehidrogenaze

Manifestacija u neonatalnom razdoblju, kraniofacijalna dismorfija, konvulzije otporne na terapiju, poremećaji disanja i sisanja, kompleks simptoma "mlohavog djeteta", cerebralna disginezija, teška acidoza s visokim razinama laktata i piruvata

7.3.Smanjena aktivnost piruvat dehidrogenaze

Pojava u prvoj godini života, mikrocefalija, usporeni psihomotorni razvoj, ataksija, mišićna distonija, koreoatetoza, laktacidoza s visokim sadržajem piruvata

7.4.Manjak dihidrolipoiltransacetilaze

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u neonatalnom razdoblju, mikrocefalija, usporeni psihomotorni razvoj, mišićna hipotonija s naknadnim povećanjem mišićnog tonusa, atrofija optičkog diska, laktacidoza, smanjena aktivnost dihidrolipoiltransacetilaze

7.5.Manjak dihidrolipoil dehidrogenaze

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u prvoj godini života, kompleks simptoma "mlohavo dijete", dismetaboličke krize s povraćanjem i proljevom, usporeni psihomotorni razvoj, atrofija optičkih diskova, laktacidoza, povišene razine alanina u krvni serum, α-ketoglutarat, α-keto kiseline razgranatog lanca, smanjena aktivnost dihidrolipoil dehidrogenaze

8 .Bolesti uzrokovane defektima u beta-oksidaciji masnih kiselina

8.1.Manjak acetil-CoA dehidrogenaze dugog lanca ugljika

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u prvim mjesecima života, metaboličke krize s povraćanjem i proljevom, kompleks simptoma "mlohavo dijete", hipoglikemija, dikarboksilna acidurija, smanjena aktivnost acetil-CoA dehidrogenaze dugolančanih masnih kiselina kiseline

8.2. Manjak acetil-CoA dehidrogenaze srednjeg ugljikovog lanca

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u neonatalnom razdoblju ili u prvim mjesecima života, metaboličke krize s povraćanjem i proljevom,

mišićna slabost i hipotenzija, često se razvija sindrom iznenadne smrti, hipoglikemija, dikarboksilna acidurija, smanjena aktivnost acetil-CoA dehidrogenaze masnih kiselina srednjeg lanca

8.3. Nedostatak acetil-CoA dehidrogenaze masne kiseline kratkog lanca

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, različita dob početka bolesti, smanjena tolerancija na tjelovježbu, metaboličke krize s povraćanjem i proljevom, mišićnom slabošću i hipotenzijom, povećano izlučivanje urinom metilsukcinske kiseline, acetil-CoA dehidrogenaze kratkolančanih masnih kiselina

8.4. Višestruki nedostatak acetil-CoA dehidrogenaza masnih kiselina

Neonatalni oblik: kraniofacijalna dismorfija, moždana disginezija, teška hipoglikemija i acidoza, maligni tijek, smanjena aktivnost svih acetil-CoA dehidrogenaza masnih kiselina,

Infantilni oblik: kompleks simptoma "mlohavo dijete", kardiomiopatija, metaboličke krize, hipoglikemija i acidoza

8.5.Smanjena aktivnost svih acetil-CoA dehidrogenaza masnih kiselina

Kasni debitantski oblik: povremene epizode mišićne slabosti, metaboličke krize, hipoglikemija i acidoza su manje izražene, inteligencija očuvana,

9 .Enzimopatije Krebsovog ciklusa

9.1.Manjak fumaraze

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, početak bolesti u neonatalnom ili novorođenačkom razdoblju, mikrocefalija, generalizirana mišićna slabost i hipotenzija, epizode letargije, brzo progresivna encefalopatija, loša prognoza

9.2.Manjak sukcinat dehidrogenaze

Rijetka bolest koju karakterizira progresivna encefalomiopatija

9.3 Nedostatak alfa-ketoglutarat dehidrogenaze

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, neonatalni početak bolesti, mikrocefalija, kompleks simptoma "mlohavo dijete", epizode letargije, laktacidoza, brzo progresivni tijek, smanjen sadržaj enzima Krebsovog ciklusa u tkivima

9.4. Sindromi nedostatka karnitina i enzima njegovog metabolizma

Deficijencija karnitin palmitoiltransferaze-1, autosomno recesivni tip nasljeđivanja, rani početak bolesti, epizode neketonemijske hipoglikemijske kome, hepatomegalija, hipertrigliceridemija i umjerena hiperamonijemija, smanjena aktivnost karnitin palmitoiltransferaze-1 u fibroblastima i stanicama jetre

9.5.Manjak karnitin acilkarnitin translokaze

Rani početak bolesti, kardiovaskularni i respiratorni poremećaji, kompleks simptoma "mlohavog djeteta", epizode letargije i kome, povećane koncentracije estera karnitina i dugih lanaca ugljika na pozadini smanjenja slobodnog karnitina u krvnom serumu, smanjena aktivnost karnitina acilkarnitin translokaze

9.6.Manjak karnitin palmitoil transferaze-2

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, mišićna slabost, mijalgija, mioglobinurija, smanjena aktivnost karnitin palmitoiltransferaze-2 u skeletnim mišićima

Autosomno recesivni tip nasljeđivanja, miopatski kompleks simptoma, epizode letargije i bezvoljnosti, kardiomiopatija, epizode hipoglikemije, snižene razine karnitina u serumu i pojačano izlučivanje mokraćom.

Nakon analize tako 'užasnog' popisa patologija povezanih s određenim promjenama u funkcioniranju mitohondrijskog (i ne samo) genoma, postavljaju se određena pitanja. Što su produkti mitohondrijskih gena i u kojim super-mega-vitalnim staničnim procesima sudjeluju?

Kako se pokazalo, neke od gore navedenih patologija mogu nastati zbog poremećaja u sintezi 7 podjedinica kompleksa NADH dehidrogenaze, 2 podjedinice ATP sintetaze, 3 podjedinice citokrom c oksidaze i 1 podjedinice ubikinol-citokrom c reduktaze (citokrom b) , koji su genski produkti mitohondrija. Na temelju toga možemo zaključiti da ovi proteini imaju ključnu ulogu u procesima staničnog disanja, oksidacije masnih kiselina i sinteze ATP-a, prijenosa elektrona u sustavu transporta elektrona unutarnje MT membrane, funkcioniranju antioksidativnog sustava itd.

Sudeći prema najnovijim podacima o mehanizmima apoptoze, mnogi su znanstvenici došli do zaključka da postoji kontrolni centar za apoptozu...

Uloga mitohondrijskih proteina također se pokazala u korištenju antibiotika koji blokiraju mitohondrijsku sintezu. Ako se ljudske stanice u kulturi tkiva tretiraju antibiotikom, poput tetraciklina ili kloramfenikola, njihov će rast prestati nakon jedne ili dvije diobe. To je zbog inhibicije sinteze mitohondrijskih proteina, što dovodi do pojave defektnih mitohondrija i, kao posljedica toga, nedovoljnog stvaranja ATP-a. Zašto se onda antibiotici mogu koristiti za liječenje bakterijskih infekcija? Postoji nekoliko odgovora na ovo pitanje:

1. Neki antibiotici (kao što je eritromicin) ne prolaze kroz unutarnju membranu mitohondrija sisavaca.

2. Većina stanica u našem tijelu se ne dijeli ili se dijeli vrlo sporo, pa se zamjena postojećih mitohondrija novima događa jednako sporo (u mnogim tkivima polovica mitohondrija se zamijeni za oko pet dana ili čak i duže). Stoga će se broj normalnih mitohondrija smanjiti na kritičnu razinu samo ako se blokada sinteze mitohondrijskih proteina održava više dana.

3. Određeni uvjeti unutar tkiva sprječavaju određene lijekove da uđu u mitohondrije najosjetljivijih stanica. Na primjer, visoka koncentracija Ca2+ u koštanoj srži dovodi do stvaranja Ca2+-tetraciklinskog kompleksa, koji ne može prodrijeti u brzo dijeleće (i stoga najosjetljivije) prekursore krvnih stanica.

Ovi čimbenici omogućuju korištenje nekih lijekova koji inhibiraju sintezu mitohondrijskih proteina kao antibiotika u liječenju viših životinja. Samo dva od ovih lijekova imaju nuspojave: dugotrajno liječenje velikim dozama kloramfenikola može dovesti do poremećaja hematopoetske funkcije koštane srži (potiskuje stvaranje crvenih i bijelih krvnih stanica), a dugotrajna primjena tetraciklina može oštetiti crijevni epitel. No u oba slučaja još nije sasvim jasno jesu li te nuspojave uzrokovane blokadom mitohondrijske biogeneze ili nekim drugim razlogom.

Zaključak

Strukturne i funkcionalne značajke mt genoma su sljedeće. Prvo, utvrđeno je da se mtDNA prenosi s majke na sve nje

potomaka i od njezinih kćeri na sve naredne generacije, ali sinovi ne prenose svoj DNK (majčinsko nasljeđe). Majčinski karakter

nasljeđivanje mtDNA vjerojatno je povezano s dvije okolnosti: ili je udio očeve mtDNA tako mali (ne prenosi se očevom linijom)

više od jedne molekule DNA na 25 tisuća majčine mtDNA), da se ne mogu otkriti postojećim metodama ili je nakon oplodnje blokirana replikacija očinskih mitohondrija. Drugo, odsutnost kombinacijske varijabilnosti - mtDNA pripada samo jednom od roditelja, stoga nema rekombinacijskih događaja karakterističnih za nuklearnu DNA u mejozi, a nukleotidni slijed mijenja se iz generacije u generaciju samo zbog mutacija. Treće, mtDNA nema introne

(velika vjerojatnost da će nasumična mutacija utjecati na kodirajuću regiju DNK), zaštitni histoni i učinkovit sustav popravka DNK - sve to određuje stopu mutacije 10 puta veću nego u nuklearnoj DNK. Četvrto, normalna i mutirana mtDNA mogu koegzistirati istovremeno unutar iste stanice - fenomen heteroplazme (prisutnost samo normalne ili samo mutirane mtDNA naziva se homoplazmija). Konačno, oba se lanca transkribiraju i prevode u mtDNA, a po nizu karakteristika genetski kod mtDNA razlikuje se od univerzalnog (UGA kodira triptofan, AUA kodira metionin, AGA i AGG su stop-

kodoni).

Ova svojstva i gore navedene funkcije mt-genoma učinile su proučavanje varijabilnosti nukleotidnog slijeda mtDNA neprocjenjivim alatom za liječnike, forenzičare, evolucijske biologe,

predstavnici povijesne znanosti u rješavanju svojih specifičnih problema.

Od 1988., kada je otkriveno da su mutacije gena mtDNA u osnovi mitohondrijskih miopatija (J. Y. Holt i sur., 1988.) i Leberove nasljedne optičke neuropatije (D. C. Wallace, 1988.), daljnja sustavna identifikacija mutacija u ljudskom mt genomu dovela je do stvaranja koncept mitohondrijskih bolesti (MD). Trenutno su patološke mutacije mtDNA otkrivene u svim vrstama mitohondrijskih gena.

Bibliografija

1. Skulachev, mitohondriji i kisik, Soros. obrazovanje časopis

2. Osnove biokemije: U tri sveska, M.: Mir, .

3. Nicholes D. G. Bioenergetika, Uvod. kemiosmu. Th., akad. Tisak, 1982.

4. Stryer L. Biokemija, 2. izdanje. San Francisco, Freeman, 1981.

5. Skulachev biološke membrane. M., 1989.

6. , Chentsov retikulum: Struktura i neke funkcije // Results of Science. Opći problemi biologije. 1989. godine

7. Chentsovljeva citologija. M.: Izdavačka kuća Moskovskog državnog sveučilišta, 1995

8. , Opseg nadležnosti mitohondrijskog genoma // Vestn. RAMS, 2001. ‹ 10. str. 31-43.

9. Holt I. J., Harding A. E., Morgan-Hughes I. A. Brisanje mišićne mitohondrijske DNA u bolesnika s mitohondrijskim miopatijama. Nature 1988, 331:717-719.

10. i tako dalje. Ljudski genom i geni predispozicije. Sankt Peterburg, 2000

11. , Mitohondrijski genom. Novosibirsk, 1990.

12. // Soros. obrazovanje časopis 1999. br.10. Str.11-17.

13. Uloga simbioze u evoluciji stanice. M., 1983.

14. // Soros. obrazovanje časopis 1998. br. 8. P.2-7.

15. // Soros. obrazovanje časopis 2000. br.1. Str.32-36.

Kijevsko nacionalno sveučilište nazvano po. Taras Ševčenko

Zavod za biologiju

Esej

na temu:

“Uloga genoma majke u razvoju potomstva”

Stamoenta IVtečaj

Zavod za biokemiju

Frolova Artema

Kijev 2004

Plan:

Uvod................................................. ..............................1

Simbiotička teorija nastanka mitohondrija......2

Uloga stanične jezgre u biogenezi mitohondrija................................................ ..........5

Mitohondrijski transportni sustavi..................................................... .................. ......7

Veličina i oblik genoma mitohondrija.................................10

Funkcioniranje mitohondrijskog genoma......14

Važnost posjedovanja vlastitog genetskog sustava za mitohondrije............................................ ............................................19

Citoplazmatsko nasljeđe............................................20

Mitohondrijska DNA smještena u matrici je zatvorena kružna dvolančana molekula, u ljudskim stanicama veličine 16569 parova nukleotida, što je otprilike 10 5 puta manje od DNA lokalizirane u jezgri. Ukupno, mitohondrijska DNA kodira 2 rRNA, 22 tRNA i 13 podjedinica enzima respiratornog lanca, što ne čini više od polovice proteina koji se nalaze u njoj. Konkretno, sedam podjedinica ATP sintetaze, tri podjedinice citokrom oksidaze i jedna podjedinica ubikinol-citokroma kodirane su pod kontrolom mitohondrijskog genoma. S- reduktaza. U ovom slučaju, svi proteini osim jedne, dvije ribosomske i šest tRNA prepisuju se iz težeg (vanjskog) lanca DNA, a 14 drugih tRNA i jedan protein prepisuju se iz lakšeg (unutarnjeg) lanca.

Usprkos ovoj pozadini, biljni mitohondrijski genom mnogo je veći i može doseći 370 000 parova nukleotida, što je otprilike 20 puta više od gore opisanog ljudskog mitohondrijalnog genoma. Broj gena ovdje je također približno 7 puta veći, što je popraćeno pojavom u biljnim mitohondrijima dodatnih putova prijenosa elektrona koji nisu povezani sa sintezom ATP-a.

Mitohondrijska DNA replicira se u interfazi, što je djelomično sinkronizirano s replikacijom DNA u jezgri. Tijekom staničnog ciklusa mitohondriji se stezanjem dijele na dva dijela čije stvaranje počinje iz kružnog žlijeba na unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. Detaljno proučavanje nukleotidnog slijeda mitohondrijskog genoma pokazalo je da su odstupanja od univerzalnog genetskog koda česta u mitohondrijima životinja i gljiva. Tako u ljudskim mitohondrijima TAT kodon, umjesto izoleucina u standardnom kodu, kodira aminokiselinu metionin, TCT i TCC kodoni, koji obično kodiraju arginin, su stop kodoni, a AST kodon, koji je stop kodon u standardni kod, kodira aminokiselinu metionin. Što se tiče biljnih mitohondrija, oni očito koriste univerzalni genetski kod. Još jedna značajka mitohondrija je osobitost prepoznavanja tRNA kodona, koja se sastoji u činjenici da jedna takva molekula može prepoznati ne jedan, već tri ili četiri kodona odjednom. Ova značajka smanjuje važnost trećeg nukleotida u kodonu i dovodi do činjenice da mitohondriji zahtijevaju manje različitih tipova tRNA. U ovom slučaju ispada da su dovoljne samo 22 različite tRNA.

Imajući svoj vlastiti genetski aparat, mitohondrij također ima svoj vlastiti sustav za sintezu proteina, čija je posebnost u životinjskim i gljivičnim stanicama vrlo mali ribosomi, karakterizirani koeficijentom sedimentacije od 55S, što je čak niže od onoga kod 70-ih ribosoma prokariota. tip. Štoviše, dvije velike ribosomske RNA također su manje veličine nego u prokariota, a male rRNA uopće nema. U biljnim mitohondrijima, naprotiv, ribosomi su po veličini i strukturi sličniji prokariotskim.

Svojstva i funkcije DNA.

DNK ili dezoksiribonukleinska kiselina osnovni je nasljedni materijal prisutan u svim stanicama tijela i primarno posreduje u funkciji stanica, rastu, reprodukciji i smrti. Strukturu DNK, nazvanu dvolančana spiralna struktura, prvi su opisali Watson i Crick 1953. godine.

Od tada je postignut ogroman napredak u sintezi, sekvenciranju i manipulaciji DNK. DNK se ovih dana može virtualizirati ili analizirati za detalje, pa čak i geni mogu biti umetnuti da izazovu promjene u funkciji i strukturi DNK.

Osnovna namjena nasljednog materijala je pohranjivanje nasljednih informacija na temelju kojih nastaje fenotip. Većina svojstava i svojstava tijela određena je sintezom bjelančevina koje obavljaju različite funkcije.Tako nasljedni materijal mora sadržavati podatke o građi izuzetno raznolikih proteinskih molekula čija specifičnost ovisi o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu proteina. aminokiselina, kao i o redoslijedu njihovog rasporeda u peptidnom lancu. Posljedično, aminokiselinski sastav proteina mora biti kodiran u molekulama nukleinskih kiselina.
Još u ranim 50-ima, sugerirano je da postoji način za snimanje genetskih informacija, u kojem bi se kodiranje pojedinačnih aminokiselina u proteinskoj molekuli trebalo provesti korištenjem određenih kombinacija četiri različita nukleotida u molekuli DNK. Za šifriranje više od 20 aminokiselina potreban broj kombinacija osigurava samo tripletni kod, tj. kod koji uključuje tri susjedna nukleotida. U ovom slučaju broj kombinacija četiriju dušičnih baza u tri je 41 = 64. Pretpostavka o tripletnoj prirodi genetskog koda kasnije je dobila eksperimentalnu potvrdu, au razdoblju od 1961. do 1964. godine otkriven je kod uz pomoć od kojih je redoslijed aminokiselina zapisan u molekulama nukleinskih kiselina peptid.
Sa stola 6 pokazuje da od 64 tripleta, 61 triplet kodira jednu ili drugu aminokiselinu, a pojedine aminokiseline šifrirane su s više od jednog tripleta, odnosno kodona (fenilalanin, leucin, valin, serija itd.). Nekoliko tripleta ne kodira aminokiseline, a njihove su funkcije povezane s označavanjem terminalne regije proteinske molekule.
Čitanje informacija zabilježenih u molekuli nukleinske kiseline provodi se sekvencijalno, kodon po kodon, tako da je svaki nukleotid dio samo jednog tripleta.
Proučavanje genetskog koda živih organizama s različitim razinama organizacije pokazalo je univerzalnost ovog mehanizma bilježenja informacija u živoj prirodi.
Tako su istraživanja iz sredine 20. stoljeća otkrila mehanizam za bilježenje nasljednih informacija u molekulama nukleinskih kiselina pomoću biološkog koda, koji karakteriziraju sljedeća svojstva: a) trostrukost - aminokiseline su šifrirane trojkama nukleotida - kodonima; b) specifičnost - svaki triplet kodira samo određenu aminokiselinu; c) univerzalnost - kod svih živih organizama kodiranje istih aminokiselina provode isti kodoni; d) degeneracija - mnoge aminokiseline su šifrirane s više od jednog tripleta; e) bez preklapanja - informacije se čitaju sekvencijalno triplet po triplet: AAGCTTCAGCCAT.

Osim bilježenja i pohranjivanja biološke informacije, funkcija nasljednog materijala je njegovo razmnožavanje i prijenos na novi naraštaj u procesu razmnožavanja stanica i organizama. Ovu funkciju nasljednog materijala provode molekule DNA u procesu njegove reduplikacije, tj. apsolutno točne reprodukcije strukture, zahvaljujući provedbi načela komplementarnosti (vidi 2.1).
Konačno, treća funkcija nasljednog materijala predstavljenog molekulama DNA je osigurati specifične procese tijekom implementacije informacija sadržanih u njemu. Ova se funkcija provodi uz sudjelovanje različitih vrsta RNA, koje osiguravaju proces translacije, tj. sastavljanje proteinske molekule koja se događa u citoplazmi na temelju informacija primljenih iz jezgre (vidi 2.4). Tijekom implementacije nasljednih informacija pohranjenih u obliku molekula DNA u kromosomima jezgre razlikuje se nekoliko faza.
1. Očitavanje informacija s molekule DNA tijekom sinteze mRNA - transkripcija, koja se provodi na jednoj od niti dvostruke spirale DNA-kodogenog lanca prema principu komplementarnosti (vidi 2.4).
2. Priprema produkta transkripcije za otpuštanje u citoplazmu – sazrijevanje mRNA.
3. Sklapanje peptidnog lanca aminokiselina na ribosomima na temelju informacija zabilježenih u molekuli mRNA, uz sudjelovanje transportnih tRNA - translacija (vidi 2.4).
4. Formiranje sekundarne, tercijarne i kvaternarne proteinske strukture, što odgovara formiranju funkcionalnog proteina (jednostavni znak).
5. Stvaranje složenog svojstva kao rezultat sudjelovanja više genskih produkata (proteina enzima ili drugih proteina) u biokemijskim procesima.

Struktura dvostruke spirale DNK, koju zajedno drže samo vodikove veze, može se lako uništiti. Pucanje vodikovih veza između polinukleotidnih lanaca DNA može se izvesti u visoko alkalnim otopinama (pri pH > 12,5) ili zagrijavanjem. Nakon toga, DNK lanci su potpuno odvojeni. Taj se proces naziva denaturacija ili taljenje DNA.

Denaturacija mijenja neka od fizičkih svojstava DNA, poput njezine optičke gustoće. Dušikove baze apsorbiraju svjetlost u ultraljubičastom području (s maksimumom blizu 260 nm). DNK apsorbira svjetlost gotovo 40% manje od mješavine slobodnih nukleotida istog sastava. Taj se fenomen naziva hipokromnim efektom, a uzrokovan je međudjelovanjem baza kada se one nalaze u dvostrukoj spirali.

Svako odstupanje od dvolančanog stanja utječe na promjenu veličine ovog učinka, tj. optička gustoća se pomiče prema vrijednosti karakterističnoj za slobodne baze. Dakle, denaturacija DNA može se promatrati po promjenama njezine optičke gustoće.

Kada se DNK zagrijava, prosječna temperatura raspona pri kojem se lanci DNK razdvajaju naziva se talište i označava se T pl. U otopini T pl obično se nalazi u rasponu od 85-95 °C. Krivulja taljenja DNA uvijek ima isti oblik, ali njezin položaj na temperaturnoj ljestvici ovisi o sastavu baze i uvjetima denaturacije (slika 1). G-C parovi povezani s tri vodikove veze otporniji su od A-T parova koji imaju dvije vodikove veze, pa kako se sadržaj G-C-nap povećava, T vrijednost pl povećava se. DNA, koja se 40% sastoji od G-C (karakteristika genoma sisavaca), denaturira se na T pl oko 87 °C, dok DNA koja sadrži 60% G-C ima T pl
oko 95 °C.

Na temperaturu denaturacije DNA (osim sastava baza) utječe ionska jakost otopine. Štoviše, što je veća koncentracija monovalentnih kationa, to je veća T pl. T vrijednost pl također se uvelike mijenja kada se otopini DNK dodaju tvari poput formamida (amid mravlje kiseline HCONH2), što
destabilizira vodikove veze. Njegova prisutnost omogućuje smanjenje T pl, do 40 °C.

Proces denaturacije je reverzibilan. Fenomen obnove strukture dvostruke spirale koji se temelji na dva odvajanja komplementarnih lanaca naziva se renaturacija DNA. Za provođenje renaturacije, u pravilu, dovoljno je razrijediti otopinu denaturirane DNA.

Renaturacija uključuje dvije komplementarne sekvence koje su bile odvojene tijekom denaturacije. Međutim, sve komplementarne sekvence koje mogu formirati dvolančanu strukturu mogu se regenerirati. Ako zajedno. žarenjem jednolančane DNA koja potječe iz različitih izvora, stvaranje dvolančane strukture DNA naziva se hibridizacija.

Povezane informacije.

Magnetska polja su fizičke i vanjske sile koje uzrokuju višestruke reakcije u staničnoj biologiji, koje uključuju promjene u razmjeni informacija u RNK i DNK, kao i mnoge genetske čimbenike. Kada dođe do promjena u planetarnom magnetskom polju, mijenja se razina elektromagnetizma (EMF), izravno mijenjajući stanične procese, genetsku ekspresiju i krvnu plazmu. Funkcije proteina u ljudskom tijelu, kao iu krvnoj plazmi, povezane su sa svojstvima i utjecajem EMF polja. Proteini obavljaju različite funkcije u živim organizmima, uključujući djelovanje kao katalizatora za metaboličke reakcije, repliciranje DNK, poticanje odgovora na patogene i premještanje molekula s jednog mjesta na drugo. Krvna plazma djeluje kao skladište proteina u tijelu, štiti od infekcija i bolesti i igra vitalnu ulogu u osiguravanju proteina potrebnih za sintezu DNK. Kvaliteta naše krvi i krvne plazme je ono što daje naredbe cijelom tijelu proteina, izraženih kroz naš genetski materijal u svim stanicama i tkivima. To znači da krv izravno komunicira s tijelom putem proteina, koji su kodirani u našoj DNK. Ova veza sinteze proteina između DNA, RNA i mitohondrija stanica mijenja se kao rezultat promjena u magnetskom polju.

Osim toga, naša crvena krvna zrnca sadrže hemoglobin, koji je protein temeljen na četiri atoma željeza povezan sa stanjem željezne jezgre i magnetizmom Zemlje. Hemoglobin u krvi prenosi kisik iz pluća u ostatak tijela, gdje se kisik oslobađa za sagorijevanje hranjivih tvari. To našem tijelu daje energiju za funkcioniranje u procesu koji se naziva energetski metabolizam. Ovo je važno jer su promjene u našoj krvi izravno povezane s energijom u metaboličkom procesu u našem tijelu i umu. Ovo će postati još očitije kada počnemo obraćati pozornost na ove znakove koji mijenjaju potrošnju energije i korištenje energetskih resursa na planetu. Njihovo vraćanje pravom vlasniku također znači promjenu energetskog metabolizma u mikrokozmosu našeg tijela, odražavajući promjene u makrokozmosu Zemlje. Ovo je važna faza okončanja konzumnog modeliranja Kontrolora kako bi se postigla ravnoteža principa očuvanja kako bi se pronašla unutarnja ravnoteža, a time i energetska ravnoteža unutar ovih sustava. Važan dio tih promjena leži u tajni viših funkcija mitohondrija.

Majčina mitohondrijska DNK

Kada usporedimo načelo spola svojstveno našoj kreaciji i činjenicu da načelo naše Majke vraća energetsku ravnotežu zemljinoj jezgri kroz magnetsko polje, sljedeći korak je obnova mitohondrijske DNK. Mitohondrijska DNK je DNK smještena u mitohondrijima, strukturama unutar stanica koje pretvaraju kemijsku energiju iz hrane u oblik koji stanice mogu koristiti, adenozin trifosfat (ATP). ATP mjeri koeficijent svjetlosti koji provode stanice i tkiva u tijelu i izravno je povezan s utjelovljenjem duhovne svijesti, koja je energija i važna je za energetski metabolizam.

Mitohondrijska DNK je samo mali dio DNK u stanici; Većina DNA sadržana je u staničnoj jezgri. Kod većine vrsta na Zemlji, uključujući i ljude, mitohondrijska DNK nasljeđuje se isključivo od majke. Mitohondriji imaju vlastiti genetski materijal i strojeve za stvaranje vlastite RNK i novih proteina. Taj se proces naziva biosinteza proteina. Biosinteza proteina odnosi se na procese kojima biološke stanice stvaraju nove skupove proteina.

Bez pravilnog funkcioniranja mitohondrijske DNK, čovječanstvo ne može učinkovito proizvoditi nove proteine ​​za sintezu DNK, niti održavati razinu ATP-a potrebnu za generiranje svjetla unutar stanice za utjelovljenje naše duhovne svijesti. Dakle, zbog oštećenja mitohondrijske DNK, čovječanstvo je postalo izrazito ovisno o konzumiranju svega u vanjskom svijetu kako bi ispunilo energetsku prazninu unutar naših stanica. (Pogledajte Alien NAA instalacije za ovisnosti).

Ne znajući ništa drugačije o našoj nedavnoj povijesti i nemajući izbrisana sjećanja, čovječanstvo nije svjesno da smo postojali sa značajno disfunkcionalnim mitohondrijem.

Ovo je izravan rezultat ekstrakcije Majčine DNK, magnetskih principa, protonske strukture sa Zemlje i prisutnosti sintetičke izvanzemaljske verzije "Tamne Majke" koja je postavljena u planetarnu arhitekturu da oponaša njezine funkcije. Čovječanstvo je postojalo na planeti bez svog pravog Majčinskog principa, a to je očito bilo zapisano u stanicama naše mitohondrijske DNK. Ovo je mnogo puta opisano kao NAA invazija na Planetarni Logos kroz manipulaciju magnetosfere i magnetskog polja.

Krista

Unutarnja mitohondrijska membrana raspoređena je u brojne kriste, koje povećavaju površinu unutarnje mitohondrijske membrane, povećavajući njezinu sposobnost proizvodnje ATP-a. Upravo ovo područje mitohondrija, kada ispravno funkcionira, povećava ATP energiju i stvara svjetlost u stanicama i tkivima tijela. Viša funkcija krista u mitohondriju aktivirana je u skupinama Uzašašća počevši od ovog ciklusa. Naziv "crista" dobio je kao rezultat znanstvenog otkrića jer je izravno povezan s aktivacijom kristalnog gena.

Promjene u estrogenskim receptorima

Majčina mitohondrijska DNK i magnetski pomaci imaju mnoge čimbenike koji čine prilagodbe i uzrokuju simptome u ženskim reproduktivnim ciklusima. Hormoni estrogena aktiviraju receptore estrogena, koji su proteini koji se nalaze u stanicama i koji se vežu na DNK, uzrokujući promjene u genetskoj ekspresiji. Stanice mogu međusobno komunicirati otpuštanjem molekula koje prenose signale drugim receptivnim stanicama. Estrogen oslobađaju tkiva kao što su jajnici i placenta, prolazeći kroz stanične membrane prijemnih stanica i vežući se na estrogenske receptore u stanicama. Estrogenski receptori kontroliraju prijenos poruka između DNA i RNA. Tako danas mnoge žene primjećuju neobične, čudne menstrualne cikluse uzrokovane dominacijom estrogena. Promjene u razinama estrogena javljaju se i kod muškaraca i kod žena, stoga slušajte svoje tijelo kako biste podržali te promjene. Pobrinite se za jetru i detoksikaciju, izbacite unos šećera i hrane koja stimulira i povećava hormone, pratite ravnotežu bakterija u crijevima i tijelu - to je korisno za održavanje ravnoteže estrogena.

Mitohondrijska bolest crpi energiju

Mitohondrijske bolesti rezultat su genetskih mutacija utisnutih u sekvencu DNK. Umjetna arhitektura postavljena na planet, kao što su izvanzemaljski mehanizmi koji žele stvoriti genetske modifikacije kako bi uzurpirali Majčinu DNK, što se manifestira kao mutacije i oštećenja DNK svih vrsta. Mitohondrijske bolesti karakterizira blokada energije u tijelu zbog činjenice da se bolest akumulira, nasljeđujući majčinu genetiku u nasljednim krvnim linijama.

Mitohondriji su važni za svakodnevno funkcioniranje stanica i energetski metabolizam, što također dovodi do duhovnog razvoja duše i utjelovljenja Nadduše (monade). Mitohondrijska bolest smanjuje učinkovito stvaranje energije dostupnoj tijelu i umu, usporavajući ljudski razvoj i duhovni rast. Dakle, tijelo brže stari i povećava se rizik od bolesti; osobna energija je deaktivirana i time iscrpljena. To značajno ograničava količinu iskoristive energije koja je dostupna za razvoj mozga i funkcioniranje svih neuroloških sustava. Iscrpljenost energetskih rezervi za mozak i neurološki razvoj doprinosi spektru autizma, neurodegeneracije i drugih moždanih nedostataka. Defekti mitohondrijskih gena povezani su sa stotinama "kliničkih" krvnih, moždanih i neuroloških poremećaja.

Krv, mozak i neurološke funkcije planetarnog tijela poistovjećuju se s arhitekturom ley linija, centara čakri i sustava Zvjezdanih vrata koji kontroliraju protok energije (krvi) kako bi se formiralo tijelo svijesti poznato kao Mreža stabla 12 planeta. Hram. Krv, mozak i neurološke funkcije ljudskog tijela izjednačene su s istom Mrežom stabala 12 Ljudskog hrama. Nakon što se Hram i DNK instalacije oštete ili promijene, krv, mozak i živčani sustav su oštećeni. Ako su nam krv, mozak i živčani sustav blokirani ili oštećeni, ne možemo prevoditi jezik, komunicirati s njima, graditi višedimenzionalna svjetlosna tijela kako bismo primili višu mudrost (Sophia). Naše vrste jezika na mnogim razinama, uključujući naš DNK jezik, zbunjene su i pomiješane od strane onih koji su željeli porobiti i brutalizirati Zemlju.

Kao što znamo, većinu izvora kinetičke ili druge vanjske energije aktivno kontrolira elita moći kako bi suzbila ljudski razvoj i ograničila prilike za ravnopravno korištenje ili poštenu razmjenu resursa za zajedničko korištenje od strane stanovništva Zemlje. Strategija je kontrolirati svu energiju i izvore energije (čak i kontrolu DNK i duše), čime se stvara vladajuća klasa i klasa robova ili robova. Koristeći metodu Orion grupe "podijeli pa vladaj", mnogo je lakše kontrolirati stanovništvo koje je traumatizirano strahom, neuko i u siromaštvu.

Prijevod: Oreanda Web

05.05.2015 13.10.2015

Sve informacije o strukturi ljudskog tijela i njegovoj sklonosti bolestima šifrirane su u obliku DNK molekula. Glavne informacije nalaze se u jezgrama stanica. Međutim, 5% DNA je lokalizirano u mitohondrijima.

Kako se zovu mitohondriji?

Mitohondriji su stanične organele eukariota koje su potrebne za pretvorbu energije sadržane u hranjivim tvarima u spojeve koje stanice mogu apsorbirati. Zbog toga se često nazivaju “energetskim stanicama”, jer bez njih postojanje tijela nije moguće.
Te su organele stekle vlastitu genetsku informaciju zbog činjenice da su prethodno bile bakterije. Nakon što su ušle u stanice organizma domaćina, nisu mogle zadržati svoj genom, dok su dio vlastitog genoma prenijele u jezgru stanice organizma domaćina. Dakle, sada njihova DNA (mtDNA) sadrži samo dio, točnije 37 gena, od izvorne količine. Uglavnom, oni šifriraju mehanizam transformacije glukoze u spojeve - ugljični dioksid i vodu uz proizvodnju energije (ATP i NADP), bez kojih je postojanje organizma domaćina nemoguće.

Što je jedinstveno u vezi s mtDNA?

Glavno svojstvo mitohondrijske DNK je da se može naslijediti samo po majčinoj liniji. U tom slučaju sva djeca (muškarci ili žene) mogu dobiti mitohondrije iz jajašca. To se događa zbog činjenice da ženska jajašca sadrže veći broj ovih organela (do 1000 puta) nego muški spermij. Kao rezultat toga, organizam kćeri prima ih samo od svoje majke. Stoga je njihovo nasljeđivanje iz očinske stanice potpuno nemoguće.
Poznato je da su nam mitohondrijski geni preneseni iz daleke prošlosti - od naše majke - "mitohondrijske Eve", koja je zajednički predak svih ljudi na planetu s majčine strane. Stoga se te molekule smatraju najidealnijim objektom za genetska ispitivanja za utvrđivanje srodstva po majci.

Kako se utvrđuje srodstvo?

Mitohondrijski geni imaju mnogo točkastih mutacija, što ih čini vrlo varijabilnima. To nam omogućuje uspostavljanje srodstva. Tijekom genetskog pregleda pomoću posebnih genetskih analizatora - sekvencera utvrđuju se pojedine točkaste promjene nukleotida u genotipu, njihova sličnost ili razlika. Kod ljudi koji nisu u srodstvu s majčine strane mitohondrijski genomi se značajno razlikuju.
Određivanje srodstva moguće je zahvaljujući nevjerojatnim karakteristikama mitohondrijskog genotipa:
ne podliježu rekombinaciji, pa se molekule mijenjaju samo kroz proces mutacije, koji se može dogoditi tijekom tisućljeća;
mogućnost izolacije iz bilo kojeg biološkog materijala;
ako postoji nedostatak biomaterijala ili degradacija nuklearnog genoma, mtDNA može postati jedini izvor za analizu zbog ogromnog broja svojih kopija;
Zbog velikog broja mutacija u usporedbi s nuklearnim genima stanica, postiže se visoka točnost analize genetskog materijala.

Što se može utvrditi genetskim testiranjem?

Genetsko testiranje mtDNA pomoći će u dijagnosticiranju sljedećih slučajeva.
1. Uspostaviti srodstvo između ljudi s majčine strane: između djeda (ili nane) i unuka, brata i sestre, strica (ili tetke) i nećaka.
2. Pri analizi male količine biomaterijala. Uostalom, svaka stanica sadrži mtDNA u značajnim količinama (100 - 10 000), dok nuklearna DNA sadrži samo 2 kopije za svaka 23 kromosoma.
3. Pri identificiranju drevnog biomaterijala – rok trajanja više od tisuću godina. Upravo zahvaljujući tom svojstvu znanstvenici su uspjeli identificirati genetski materijal iz ostataka članova obitelji Romanov.
4. U nedostatku drugog materijala, čak i jedna vlas sadrži značajnu količinu mtDNA.
5. Pri utvrđivanju pripadnosti gena genealoškim granama čovječanstva (afrička, američka, bliskoistočna, europska haplogrupa i druge), zahvaljujući kojima je moguće utvrditi podrijetlo osobe.

Mitohondrijske bolesti i njihova dijagnoza

Mitohondrijske bolesti manifestiraju se uglavnom zbog defekata u mtDNA stanica povezanih sa značajnom osjetljivošću ovih organela na mutacije. Danas već postoji oko 400 bolesti povezanih s njihovim nedostacima.
Normalno, svaka stanica može uključivati ​​i normalne mitohondrije i one s određenim poremećajima. Često se znakovi bolesti uopće ne manifestiraju. Međutim, kada proces sinteze energije oslabi, kod njih se opaža manifestacija takvih bolesti. Ove bolesti prvenstveno su povezane s poremećajima mišićnog ili živčanog sustava. U pravilu, s takvim bolestima postoji kasni početak kliničkih manifestacija. Učestalost ovih bolesti je 1:200 ljudi. Poznato je da prisutnost mitohondrijskih mutacija može uzrokovati nefrotski sindrom tijekom trudnoće, pa čak i iznenadnu smrt djeteta. Stoga istraživači aktivno pokušavaju riješiti ove probleme povezane s liječenjem i prijenosom genetskih bolesti ove vrste s majke na djecu.

Kako je starenje povezano s mitohondrijima?

Reorganizacija genoma ovih organela također je otkrivena prilikom analize mehanizma starenja tijela. Istraživači sa Sveučilišta Hopkins objavili su rezultate praćenja razine krvi 16.000 starijih Amerikanaca, pokazujući da je smanjenje količine mtDNA izravno povezano s dobi pacijenata.

Većina pitanja koja se danas razmatraju postala su osnova nove znanosti - "mitohondrijske medicine", koja se formirala kao zaseban smjer u 20. stoljeću. Predviđanje i liječenje bolesti povezanih s poremećajima mitohondrijskog genoma, genetska dijagnostika su njezine primarne zadaće.