DNA מיטוכונדריאלי: מה זה, ומה המאפיינים והתפקודים שלו

כאשר אנו מדברים על הגנום האנושי, אנו בדרך כלל חושבים על רצף ה-DNA הכלול ב-23 זוגות הכרומוזומים בתוך הגרעין של כל תא אנושי דיפלואידי. אנחנו לא לגמרי טועים, שכן המידע הגנטי הזה הוא שמגדיר אותנו הן כמין והן כישויות אינדיבידואליות.

ובכל זאת, מרתק ללמוד שיש לנו פי 300 יותר גנים מחיידקים בתוך גופנו מאשר מה-DNA שלנו. נתון זה מוצדק כשלעצמו רק באמירת הדברים הבאים: יש לנו פי 100 יותר מיקרואורגניזמים מאשר תאים בגוף, כלומר, כ-100 מיליארד חיידקים החיים בתוך הגוף שלנו עליו.

מעבר לסימביוזה חיידקית, קיים חלק קטן מה-DNA בתוך תאי הגוף שלנו ש"לא תואם לנו" בשלמותו. אנחנו מדברים על DNA מיטוכונדריאלי, גדיל כפול של חומר גנטי חיצוני לגנום שלנו. טבלו את עצמכם איתנו במסע המרתק הזה דרך ה-DNA המיטוכונדריאלי, כאשר אנו מבטיחים לכם שנזעזע את היסודות של דעות קדומות גנטיות בשורות הבאות.

• מאמר קשור: "מיטוכונדריה: מה הם, מאפיינים ותפקודים"

DNA מיטוכונדריאלי: המבנה הגנטי הזר

אנחנו נכנסים ישירות לעניין, כי מול תופעה כל כך מוזרה יש לנו הרבה קרקע לכסות ושטח מוגבל. DNA מיטוכונדריאלי מוגדר כ החומר הגנטי הקיים במיטוכונדריה, כלומר, האברונים המספקים אנרגיה לתא לתהליכים החיוניים שלו.

נוכל לומר שהמידע הגנטי הזה הוא "הכרומוזום" של המיטוכונדריה. DNA בתוך התא האנושי אבל מחוץ לגרעין, מושג מוזר, נכון? למרות זאת, המבנה הזה שונה מאוד מה"X" שעולה לנו בראש כשאנחנו מדברים על כרומוזומים אנושיים, שכן אנחנו לפני גדיל כפול קטן ועגול של DNA, הרבה יותר פשוט ובסיסי מהארגון הגנטי הקיים בגרעין של תָא.

כדי לעורר את התיאבון שלך, אנו מציגים להלן סדרה של הבדלים בין מיטוכונדריאלי ל-DNA גרעיני שמעמידים בפרספקטיבה את המרחק הברור מאוד בין השניים:

• בתוך הגנום המיטוכונדריאלי ישנם 37 גנים, לעומת 20,000-25,000 גנים ב-DNA הכרומוזומלי הגרעיני האנושי.
• זה מתורגם לכ-16,500 זוגות בסיסים מיטוכונדריאליים בערך, בעוד שה-DNA האנושי מהווה כ-3.2 מיליארד זוגות בסיסים.
• גדיל עגול כפול זה של DNA מיטוכונדריאלי מקודד סדרה של חלבונים ייחודיים לאברון, בעוד שלגרעיני יש הרבה יותר תפקידים.

כפי שאנו יכולים לראות, אנו עומדים בפני שני מבנים שהם כמו מים ונפט. בעקבות ההקבלה הזו, למשותף לשני האחרונים הללו רק להיות נוזל, כמו השלשלאות שמעסיקות אותנו כאן. הם חולקים רק את המבנה הבסיסי ביותר שלהם: הנוקלאוטידים המרכיבים את ה-DNA והמבנה הבסיסי ביותר (שהם אוניברסלי).

מבנה DNA מיטוכונדריאלי

לאחר ששמנו לפרספקטיבה מהו ה-DNA המיטוכונדריאלי וכיצד הוא שונה מה-DNA אנושי, הגיע הזמן להשתמש במיקרוסקופ כדי לנתח את החלקים של הסקרן הזה מִבְנֶה.

קודם כל, אנו מדגישים מחדש את הגנום המיטוכונדריאלי הוא מורכב מגדיל כפול של DNA, שנסגר על עצמו בצורה מעגלית. (כמו נחש שנושך את זנבו). שתי הרשתות זוכות לשם וליחס מיוחד, שכן הן מציגות מאפיינים שונים.

לדוגמה, לשרשרת H (כבדה) יש מקדם שיקוע גבוה יותר מ-L (קל), ערך זה תואם את העובדה שהרצפים המקודדים של 28 מתוך 37 הגנים נמצאים בקטע זה. סיכומים. אנחנו גם לא רוצים להפוך את המרחב הזה למחלקת גנטיקה מתקדמת, אז אנחנו מסכמים את הפונקציות של הרצפים הקיימים ב-DNA הזה בצורה הכי יפה שאפשר. המידע הגנטי של המיטוכונדריה מקודד את התרכובות הבאות:

• 2 RNA ריבוזומליים: מולקולות RNA שהן חלק מריבוזומים, שניתן למצוא גם בתוך המיטוכונדריה.
• 22 העברות RNA: חיוני לסינתזת חלבון בתוך המיטוכונדריה.
• 13 גנים מבניים, המקודדים תת-יחידות שונות של מתחמי האנזים של מערכת הזרחן החמצוני.

כמו שאנו יכולים לראות, המיטוכונדריה היא אברון העומד בפני עצמו במידה מסוימת, מכיוון שהוא מכיל בתוכו ריבוזומים, ולכן, יכול לסנתז חלבונים באופן אוטונומי. שוב, אנו מדגישים את המונח "במידה מסוימת", מכיוון שהמיטוכונדריה האנושית מכילה כ-1,500 חלבונים, מתוכם רק 13 מקודדים ב-DNA המיטוכונדריאלי עצמו.

לפיכך, רוב החלבונים במיטוכונדריה מגיעים מהמידע הגנטי המקודד ב-DNA הגרעיני (כרומוזומים). של האדם במקרה זה), מכיוון שהם מסונתזים בריבוזומים של הציטוזול (המדיום הסלולרי) ואז האברון לוקח אותם לעצמו.

• אולי יעניין אותך: "הבדלים בין DNA ל-RNA"

התכונות החשובות ביותר

לאחר שהשווינו את ה-DNA המיטוכונדריאלי עם ה-DNA הגרעיני בבני אדם וסקרנו את המבנה שלו, ה התחנה ההגיונית הבאה היא לגלות אילו מאפיינים מגדירים את המבנה הזה מעבר להרכבו כִּימִיָה. לך על זה.

1. פוליפלזמיה

ישנם עותקים מרובים של ה-DNA הזה בתוך המיטוכונדריה, מכיוון ששרשרת מידע גנטי זו קשורה בדרך כלל לחלבונים בתוך האברון, ויוצרים מבנה הנקרא "נוקלואיד". כדי לתת לנו רעיון, ישנם עד כ-10 נוקלואידים לכל מיטוכונדריה, המתורגמים לכ-10,000 עותקים של DNA מיטוכונדריאלי לכל תא.

2. תורשה אימהית

מרתק ללמוד שה-DNA המיטוכונדריאלי הקיים בכל אחד מהאברונים הללו בגופנו עובר בירושה אך ורק מהאם. הסיבה לכך היא שעם הכניסה לביצית, הזרע עובר פירוק חלקי שבו הוא מאבד את הזנב והמיטוכונדריה. הודות לעובדה זו, אנו יודעים שמידע גנטי מבודד זה שימושי ביותר בכל הנוגע להסקת יחסים ביצורים חיים.

3. שער חליפין גבוה

DNA מיטוכונדריאלי נמצא ב"קו החזית המלא" מכיוון שהוא קרוב מאוד למכונות הנשימה תא, שמוליד את הרדיקלים החופשיים האימתניים, תרכובות שיכולות לפגוע ב-DNA עם אינטראקציות מסוימות ספֵּצִיפִי. לפיכך, המבנה המיוחד הזה יש מגוון של מכונות תיקון מורכבות, כולל צורות שונות של ריקומבינציה.

בשל השינוי והטרנספורמציה המתמשכים הללו, ההערכה היא של-DNA המיטוכונדריאלי יש קצב מוטציה גבוה עד פי 10 מזה של ה-DNA. דנ"א גרעיני, כמובן, מנגנון של אבולוציה הרבה יותר מהיר ממה שאנחנו רגילים לראות בעולם היצורים בחיים.

מאיפה מגיע ה-DNA המיטוכונדריאלי?

כדי לסגור את הסיור הזה במידע הגנטי ה"זר" שנמצא בתאים שלנו, אפשר להדגיש שתיאוריית הופעת ה-DNA הזה היא, בלשון המעטה, סקרנית.

לפי מומחים שונים, המיטוכונדריה (לפני כ-2,000 מיליון שנה) הייתה חיידק אירובי חי חופשי. בשלב מסוים, תא בעל גרעין אנאירובי בלע את ה-eubacterium הזה, ושילב אותו בציטוזול שלו. לפיכך, ייווצר קשר סימביוטי המבוסס על מנגנון הנקרא אנדוציטוזיס.

ברור שבמהלך האבולוציה החיידק הקדום הזה יאבד הרבה מהגנים שלו בדרך עד להפוך למיטוכונדריה שאנו מכירים היום, שבסופו של דבר ישולבו ב-DNA הגרעיני של ה- תָא. תיאוריה זו זוכה לתמיכה רחבה, שכן DNA מיטוכונדריאלי חולק תכונות שונות עם הגנום של מיקרואורגניזמים פרוקריוטיים.

מיטוכונדריה זהו האברון שאחראי על יצירת רוב האנרגיה הכימית הדרושה להפעלת התגובות הביוכימיות של התא., אז בלעדיו, החיים כפי שאנו מכירים אותם היום יהיו בלתי אפשריים לחלוטין. אם נהיה קצת מטפיזי בנימה האחרונה, זה מרתק לחשוב שעובדה אנקדוטית כמו ייתכן שמיקרואורגניזם שאכל אחר גרר את ההתפוצצות הנוכחית של החיים, ביניהם שלנו מִין.

סיכום

כפי שהבטחנו לכם בהתחלה, בשורות אלו הבאנו את מושג הגנום לפרספקטיבה בתוך גוף האדם, כולל מקור החיים ומה יכול היה להוביל אותנו לנקודה זו אֵבוֹלוּצִיוֹנִי.

ובכל זאת, השימושים בידע זה אינם רק השערות. DNA מיטוכונדריאלי מאפשר להסיק יחסי קרבה בקרב בני אוכלוסיית יצורים חיים, והכרת הנתונים הללו חיונית כדי להיות מסוגל ליישם תוכניות שימור במין. בנוסף, ישנן מחלות מיטוכונדריאליות שונות הקשורות למוטציות ב-DNA הזה, כך שהידיעה שזה הצעד הראשון להתמודד איתם.

הפניות ביבליוגרפיות:

• DNA מיטוכונדריאלי, המכון הלאומי לחקר הגנום (NIH). נאסף ב-16 באוקטובר ב https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/ADN-mitocondrial
• Alberts, B., & Bray, D. (2006). מבוא לביולוגיה של התא. Pan American Medical Ed.
• מיטוכונדריה, המכון הלאומי לחקר הגנום (NIH). נאסף ב-16 באוקטובר ב https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Mitocondria#:~:text=Las%20mitocondrias%20son%20los%20org%C3%A1nulos, אדנוזין%20%20טריפוספט%20(ATP).
• Montoya, J., & Attardi, G. (1986). DNA מיטוכונדריאלי אנושי. חקירה ומדע, 118, 60-69.
• תא בתוך התא שלך: genotypia.com. נאסף ב-16 באוקטובר ב https://genotipia.com/mitocondria/