Mitochondriale DNA: Was ist sie und was sind ihre Eigenschaften und Funktionen?

Wenn wir über das menschliche Genom sprechen, denken wir normalerweise an die DNA-Sequenz, die in den 23 Chromosomenpaaren im Kern jeder diploiden menschlichen Zelle enthalten ist. Wir liegen nicht ganz falsch, denn es sind diese genetischen Informationen, die uns sowohl als Spezies als auch als individuelle Einheiten definieren.

Dennoch ist es faszinierend zu erfahren, dass wir 300-mal mehr Gene von Mikroben in unserem Körper haben als von unserer eigenen DNA. Diese Zahl rechtfertigt sich allein schon durch folgendes: Wir haben 100-mal mehr Mikroorganismen als Zellen besitzen im Körper, das heißt ungefähr 100 Milliarden Bakterien, die in unserem Körper leben und über ihn.

Abgesehen von der bakteriellen Symbiose gibt es einen kleinen Teil der DNA in den Zellen unseres Körpers, der uns in seiner Gesamtheit „nicht entspricht“. Wir sprechen über mitochondriale DNA, ein Doppelstrang genetischen Materials außerhalb unseres Genoms. Tauchen Sie mit uns ein in diese faszinierende Reise durch die mitochondriale DNA, denn wir versichern Ihnen, dass wir in den folgenden Zeilen genetische Vorurteile in den Grundfesten erschüttern werden.

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Mitochondriale DNA: die fremde genetische Struktur

Wir gehen direkt auf die Sache ein, denn angesichts eines so seltsamen Phänomens haben wir viel zu tun und einen begrenzten Raum. Mitochondriale DNA ist definiert als das in den Mitochondrien vorhandene genetische Material, d. h. die Organellen, die die Zelle mit Energie für ihre lebenswichtigen Prozesse versorgen.

Wir könnten sagen, dass diese genetische Information „das Chromosom“ der Mitochondrien ist. DNA innerhalb der menschlichen Zelle, aber außerhalb des Zellkerns, seltsames Konzept, richtig? Trotzdem unterscheidet sich diese Struktur stark von dem "X", das uns in den Sinn kommt, wenn wir über menschliche Chromosomen sprechen, da wir es sind vor einem kleinen und kreisförmigen DNA-Doppelstrang, viel einfacher und grundlegender als die genetische Organisation, die im Zellkern vorhanden ist Zelle.

Um Ihren Appetit anzuregen, zeigen wir unten eine Reihe von Unterschiede zwischen mitochondrialer und nuklearer DNA, die den sehr klaren Abstand zwischen den beiden relativieren:

• Innerhalb des mitochondrialen Genoms gibt es 37 Gene, verglichen mit 20.000-25.000 Genen in der menschlichen nuklearen chromosomalen DNA.
• Dies entspricht etwa 16.500 mitochondrialen Basenpaaren oder so, während die menschliche DNA etwa 3,2 Milliarden Basenpaare ausmacht.
• Dieser doppelzirkuläre Strang der mitochondrialen DNA codiert eine Reihe von Proteinen, die nur für die Organelle gelten, während der nukleäre viel mehr Funktionen hat.

Wie wir sehen können, stehen wir zwei Strukturen gegenüber, die wie Wasser und Öl sind. Dieser Parallelität folgend, haben die letzten beiden nur gemeinsam, dass sie eine Flüssigkeit sind, wie die Ketten, die uns hier betreffen. Sie teilen nur ihre grundlegendste Struktur: die Nukleotide, aus denen die DNA besteht, und die grundlegendste Struktur (die sind Universal).

Mitochondriale DNA-Struktur

Sobald wir relativiert haben, was mitochondriale DNA ist und wie sie sich von der unterscheidet Mensch, es ist Zeit, ein Mikroskop zu verwenden, um die Teile dieses Kuriosums zu sezieren Struktur.

Zunächst einmal betonen wir erneut, dass das mitochondriale Genom Es besteht aus einem DNA-Doppelstrang, der ringförmig in sich geschlossen ist. (wie eine Schlange, die sich in den Schwanz beißt). Beide Ketten erhalten einen besonderen Namen und eine besondere Behandlung, da sie unterschiedliche Merkmale aufweisen.

Zum Beispiel hat die Kette H (schwer) einen höheren Sedimentationskoeffizienten als die Kette L (leicht), einen Wert, der Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass die kodierenden Sequenzen von 28 der 37 Gene in diesem Segment gefunden werden. Summen. Wir wollen diesen Raum auch nicht in eine fortgeschrittene Genetikklasse verwandeln, also fassen wir die Funktionen der in dieser DNA vorhandenen Sequenzen auf die netteste Art und Weise zusammen. Die Erbinformation der Mitochondrien kodiert für folgende Verbindungen:

• 2 Ribosomale RNAs: RNA-Moleküle, die Teil von Ribosomen sind, die auch in Mitochondrien vorkommen.
• 22 Transfer-RNAs: essentiell für die Proteinsynthese in den Mitochondrien.
• 13 Strukturgene, die für verschiedene Untereinheiten der Enzymkomplexe des oxidativen Phosphorylierungssystems kodieren.

Wie wir sehen können, Mitochondrien sind Organellen, die gewissermaßen für sich alleine stehen, da sie im Inneren Ribosomen enthaltenund können daher Proteine ​​autonom synthetisieren. Auch hier betonen wir den Begriff „bis zu einem gewissen Grad“, da menschliche Mitochondrien etwa 1.500 Proteine ​​enthalten, von denen nur 13 in der mitochondrialen DNA selbst kodiert sind.

Daher stammen die meisten Proteine ​​in den Mitochondrien aus der genetischen Information, die in der Kern-DNA (Chromosomen) kodiert ist. des Menschen), da sie in den Ribosomen des Zytosols (dem Zellmedium) synthetisiert werden und dann von der Organelle für sich genommen werden.

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wichtigsten Merkmale

Sobald wir die mitochondriale DNA mit der Kern-DNA beim Menschen verglichen und ihre Struktur überprüft haben, wird die Der nächste logische Halt besteht darin, herauszufinden, welche Eigenschaften diese Struktur über ihre Zusammensetzung hinaus definieren Chemie. Tue es.

1. Polyplasmie

Es gibt mehrere Kopien dieser DNA innerhalb der Mitochondrien, da diese Kette genetischer Informationen normalerweise mit Proteinen innerhalb der Organelle verbunden ist und eine Struktur namens "Nukleoid" bildet. Um uns eine Vorstellung zu geben, Es gibt bis zu etwa 10 Nukleoide pro Mitochondrien, was etwa 10.000 Kopien mitochondrialer DNA pro Zelle entspricht.

2. mütterliches Erbe

Es ist faszinierend zu erfahren, dass die mitochondriale DNA, die in jedem dieser Organellen in unserem ganzen Körper vorhanden ist, ausschließlich von der Mutter geerbt wird. Dies liegt daran, dass beim Eintritt in die Eizelle Das Spermatozoon wird teilweise abgebaut, wobei es den Schwanz und die Mitochondrien verliert. In Kenntnis dieser Tatsache wissen wir, dass diese isolierte genetische Information äußerst nützlich ist, wenn es darum geht, auf Beziehungen bei Lebewesen zu schließen.

3. hoher Wechselkurs

Mitochondriale DNA befindet sich an der „vollen Frontlinie“, da sie sehr nahe an der Atmungsmaschinerie liegt Zelle, aus der die gefürchteten freien Radikale entstehen, Verbindungen, die bei bestimmten Wechselwirkungen die DNA schädigen können Spezifisch. Daher diese ganz besondere Struktur verfügt über eine Vielzahl komplexer Reparaturmaschinen, einschließlich verschiedener Formen der Rekombination.

Aufgrund dieser kontinuierlichen Veränderung und Transformation wird geschätzt, dass mitochondriale DNA eine bis zu 10-mal höhere Mutationsrate als DNA aufweist. Kern-DNA ist natürlich ein Evolutionsmechanismus, der viel schneller ist als das, was wir in der Welt der Wesen zu sehen gewohnt sind lebendig.

Woher kommt mitochondriale DNA?

Um diese Tour durch die in unseren Zellen gefundene „fremde“ genetische Information abzuschließen, können wir betonen, dass die Theorie der Entstehung dieser DNA, gelinde gesagt, merkwürdig ist.

Laut verschiedenen Experten waren die Mitochondrien (vor etwa 2.000 Millionen Jahren) ein frei lebendes aerobes Bakterium. Irgendwann verschlang eine anaerobe kernhaltige Zelle dieses Eubakterium und integrierte es in sein Cytosol. Somit würde eine symbiotische Beziehung basierend auf einem Mechanismus namens Endozytose aufgebaut.

Es ist klar, dass dieses frühe Bakterium im Laufe der Evolution viele seiner Gene bis dahin verlieren würde zu den Mitochondrien werden, die wir heute kennen, die schließlich in die nukleare DNA des Zellkerns integriert würden Zelle. Diese Theorie wird weitgehend unterstützt, da mitochondriale DNA verschiedene Merkmale mit dem Genom prokaryotischer Mikroorganismen teilt.

Mitochondrien Es ist die Organelle, die für die Erzeugung des größten Teils der chemischen Energie verantwortlich ist, die zur Aktivierung der biochemischen Reaktionen der Zelle erforderlich ist., ohne sie wäre das Leben, wie wir es heute kennen, völlig unmöglich. Bei dieser letzten Bemerkung ein wenig metaphysisch werdend, ist es faszinierend, sich vorzustellen, dass eine so anekdotische Tatsache wie a Mikroorganismus, der einen anderen frisst, könnte die gegenwärtige Explosion des Lebens ausgelöst haben, zu der auch unser gehört Spezies.

Zusammenfassung

Wie wir Ihnen eingangs versprochen haben, haben wir in diesen Zeilen das Konzept des Genoms relativiert im menschlichen Körper, einschließlich des Ursprungs des Lebens und was uns zu diesem Punkt geführt haben könnte evolutionär.

Dennoch sind die Verwendungen dieses Wissens nicht nur Vermutungen. Mitochondriale DNA lässt auf Verwandtschaftsbeziehungen schließen unter den Mitgliedern einer Population von Lebewesen, und die Kenntnis dieser Daten ist unerlässlich, um Erhaltungspläne für die Art umsetzen zu können. Darüber hinaus gibt es verschiedene mitochondriale Erkrankungen, die mit Mutationen in dieser DNA in Verbindung stehen, daher ist es der erste Schritt, sie zu bekämpfen.

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