DNA mitocondriale: cos'è, e quali sono le sue caratteristiche e funzioni

Quando si parla di genoma umano, di solito si pensa alla sequenza del DNA contenuta nelle 23 coppie di cromosomi all'interno del nucleo di ogni cellula umana diploide. Non abbiamo tutti i torti, poiché è questa informazione genetica che ci definisce sia come specie che come entità individuali.

Tuttavia, è affascinante apprendere che abbiamo 300 volte più geni dai microbi all'interno del nostro corpo rispetto a quelli che abbiamo dal nostro stesso DNA. Questa cifra si giustifica da sola dicendo quanto segue: abbiamo 100 volte più microrganismi che cellule proprio nel corpo, cioè circa 100 miliardi di batteri che vivono all'interno del nostro corpo e su di lui.

Al di là della simbiosi batterica, c'è una piccola porzione di DNA all'interno delle cellule del nostro corpo che “non ci corrisponde” nella sua interezza. Stiamo parlando del DNA mitocondriale, un doppio filamento di materiale genetico esterno al nostro genoma. Immergiti con noi in questo affascinante viaggio attraverso il DNA mitocondriale, poiché ti assicuriamo che scuoteremo le fondamenta dei preconcetti genetici nelle righe seguenti.

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DNA mitocondriale: la struttura genetica estranea

Entriamo subito nel merito, perché di fronte a un fenomeno così strano, abbiamo molto terreno da percorrere e uno spazio limitato. Il DNA mitocondriale è definito come il materiale genetico presente nei mitocondri, cioè gli organelli che forniscono energia alla cellula per i suoi processi vitali.

Potremmo dire che questa informazione genetica è "il cromosoma" dei mitocondri. DNA all'interno della cellula umana ma fuori dal nucleo, strano concetto, vero? Tuttavia, questa struttura è molto diversa dalla "X" che viene in mente quando si parla di cromosomi umani, dal momento che siamo prima di un piccolo e circolare doppio filamento di DNA, molto più semplice e basilare dell'organizzazione genetica presente nel nucleo del cellula.

Per stuzzicare l'appetito, vi mostriamo di seguito una serie di differenze tra DNA mitocondriale e nucleare che mettono in prospettiva la nettissima distanza tra i due:

• All'interno del genoma mitocondriale ci sono 37 geni, rispetto ai 20.000-25.000 geni nel DNA cromosomico nucleare umano.
• Ciò si traduce in circa 16.500 paia di basi mitocondriali circa, mentre il DNA umano costituisce circa 3,2 miliardi di paia di basi.
• Questo doppio filamento circolare di DNA mitocondriale codifica una serie di proteine ​​uniche dell'organello, mentre quello nucleare ha molte più funzioni.

Come possiamo vedere, siamo di fronte a due strutture che sono come l'acqua e l'olio. Seguendo questo parallelismo, questi ultimi due hanno in comune solo l'essere un fluido, come le catene che qui ci riguardano. condividono solo la loro struttura più elementare: i nucleotidi che compongono il DNA e la struttura più elementare (che sono universale).

Struttura del DNA mitocondriale

Una volta che abbiamo messo in prospettiva cos'è il DNA mitocondriale e come differisce dal umano, è tempo di usare un microscopio per sezionare le parti di questo curioso struttura.

Prima di tutto, ribadiamo che il genoma mitocondriale È composto da un doppio filamento di DNA, che si chiude su se stesso in modo circolare. (come un serpente che si morde la coda). Entrambe le catene ricevono un nome e un trattamento speciale, poiché presentano caratteristiche diverse.

Ad esempio, la catena H (pesante) ha un coefficiente di sedimentazione più alto della catena L (leggera), valore che Ciò è coerente con il fatto che le sequenze codificanti di 28 dei 37 geni si trovano in questo segmento. totali. Inoltre, non vogliamo trasformare questo spazio in una classe di genetica avanzata, quindi riassumiamo le funzioni delle sequenze presenti in questo DNA nel modo più carino possibile. L'informazione genetica dei mitocondri codifica i seguenti composti:

• 2 RNA ribosomiali: molecole di RNA che fanno parte dei ribosomi, che si possono trovare anche all'interno dei mitocondri.
• 22 RNA di trasferimento: essenziali per la sintesi proteica all'interno dei mitocondri.
• 13 geni strutturali, che codificano diverse subunità dei complessi enzimatici del sistema di fosforilazione ossidativa.

Come possiamo vedere, i mitocondri sono un organello che sta in piedi da solo in una certa misura, poiché contiene ribosomi all'interno, e quindi, può sintetizzare le proteine ​​autonomamente. Ancora una volta, sottolineiamo il termine "in una certa misura", poiché i mitocondri umani contengono circa 1.500 proteine, di cui solo 13 sono codificate nel DNA mitocondriale stesso.

Pertanto, la maggior parte delle proteine ​​nei mitocondri proviene dall'informazione genetica codificata nel DNA nucleare (cromosomi). dell'umano in questo caso), poiché sono sintetizzati nei ribosomi del citosol (il mezzo cellulare) e quindi l'organello li prende per sé.

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caratteristiche più importanti

Dopo aver confrontato il DNA mitocondriale con il DNA nucleare negli esseri umani e aver rivisto la sua struttura, il la prossima fermata logica è scoprire quali caratteristiche definiscono questa struttura al di là della sua composizione chimica. Fallo.

1. poliplasmia

Esistono più copie di questo DNA all'interno dei mitocondri, poiché questa catena di informazioni genetiche è solitamente associata a proteine ​​all'interno dell'organello, formando una struttura chiamata "nucleoide". Per darci un'idea, ci sono fino a circa 10 nucleoidi per mitocondri, che si traduce in circa 10.000 copie di DNA mitocondriale per cellula.

2. eredità materna

È affascinante apprendere che il DNA mitocondriale presente in ciascuno di questi organelli in tutto il nostro corpo è ereditato esclusivamente dalla madre. Questo perché, entrando nell'ovulo, lo spermatozoo subisce una parziale degradazione in cui perde la coda e i mitocondri. Sapendo questo fatto, sappiamo che questa informazione genetica isolata è estremamente utile quando si tratta di inferire relazioni negli esseri viventi.

3. alto tasso di cambio

Il DNA mitocondriale è in "prima linea completa" in quanto è molto vicino all'apparato respiratorio cellula, che dà origine ai temuti radicali liberi, composti che possono danneggiare il DNA con determinate interazioni specifica. Quindi, questa struttura molto speciale ha una varietà di macchinari di riparazione complessi, comprese varie forme di ricombinazione.

A causa di questo continuo cambiamento e trasformazione, si stima che il DNA mitocondriale abbia un tasso di mutazione fino a 10 volte superiore a quello del DNA. Il DNA nucleare, ovviamente, un meccanismo di evoluzione molto più veloce di quello che siamo abituati a vedere nel mondo degli esseri vivo.

Da dove viene il DNA mitocondriale?

Per chiudere questo tour delle informazioni genetiche "aliene" trovate nelle nostre cellule, possiamo sottolineare che la teoria dell'emergere di questo DNA è a dir poco curiosa.

Secondo vari esperti, i mitocondri (circa 2.000 milioni di anni fa) erano un batterio aerobico a vita libera. Ad un certo punto, una cellula nucleata anaerobica ha inghiottito questo eubatterio, integrandolo nel suo citosol. Pertanto, verrebbe stabilita una relazione simbiotica basata su un meccanismo chiamato endocitosi.

Chiaramente, nel corso dell'evoluzione questo primo batterio avrebbe perso molti dei suoi geni lungo il percorso fino a quando diventare i mitocondri che conosciamo oggi, che finirebbero per essere integrati nel DNA nucleare del cellula. Questa teoria è ampiamente supportata, poiché il DNA mitocondriale condivide varie caratteristiche con il genoma dei microrganismi procarioti.

mitocondri È l'organello incaricato di generare la maggior parte dell'energia chimica necessaria per attivare le reazioni biochimiche della cellula., quindi senza di essa, la vita come la conosciamo oggi sarebbe totalmente impossibile. Diventando un po' metafisico su questa nota finale, è affascinante pensare che un fatto così aneddotico come a microrganismo che ne mangia un altro potrebbe aver innescato l'attuale esplosione di vita, tra cui la nostra specie.

Riepilogo

Come vi abbiamo promesso all'inizio, in queste righe abbiamo ridimensionato il concetto di genoma all'interno del corpo umano, compresa l'origine della vita e cosa potrebbe averci portato a questo punto evolutivo.

Tuttavia, gli usi di questa conoscenza non sono meramente congetturali. DNA mitocondriale permette di inferire rapporti di parentela tra i membri di una popolazione di esseri viventi, e conoscere questi dati è essenziale per poter attuare piani di conservazione nella specie. Inoltre, ci sono varie malattie mitocondriali legate a mutazioni in questo DNA, quindi conoscerle è il primo passo per affrontarle.

Riferimenti bibliografici:

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• Alberts, B. e Bray, D. (2006). Introduzione alla biologia cellulare. Ed. medica panamericana.
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• Una cellula dentro la tua cellula: genotypia.com. Raccolto il 16 ottobre a https://genotipia.com/mitocondria/