Mitochondrial DNA: มันคืออะไร ลักษณะและหน้าที่ของมันคืออะไร

เมื่อเราพูดถึงจีโนมมนุษย์ เรามักจะนึกถึงลำดับดีเอ็นเอที่อยู่ในโครโมโซม 23 คู่ภายในนิวเคลียสของเซลล์มนุษย์แต่ละเซลล์ซ้ำ เราไม่ได้ผิดทั้งหมด เนื่องจากเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมที่กำหนดเราทั้งในฐานะสปีชีส์และในฐานะปัจเจกบุคคล

ถึงกระนั้นก็เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่รู้ว่าเรามียีนจากจุลินทรีย์ในร่างกายของเรามากกว่าที่เราสร้างจาก DNA ของเราถึง 300 เท่า ตัวเลขนี้พิสูจน์ได้ด้วยตัวมันเองเพียงแค่พูดว่า: เรามีจุลินทรีย์มากกว่าเซลล์ 100 เท่า ในร่างกายของเรา นั่นคือ มีแบคทีเรียประมาณ 100 พันล้านตัวที่อาศัยอยู่ภายในร่างกายของเราและ เกี่ยวกับเขา.

นอกเหนือจากการอยู่ร่วมกันของแบคทีเรียแล้ว ยังมีส่วนเล็กๆ ของ DNA ภายในเซลล์ของร่างกายของเราที่ "ไม่สอดคล้องกับเรา" อย่างครบถ้วน เรากำลังพูดถึงไมโตคอนเดรียลดีเอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมสองเส้นภายนอกจีโนมของเรา ดื่มด่ำไปกับเราในการเดินทางอันน่าทึ่งนี้ผ่านไมโตคอนเดรียล ดีเอ็นเอ เพราะเรารับรองว่าเราจะเขย่ารากฐานของอคติทางพันธุกรรมในบรรทัดต่อไปนี้

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ไมโทคอนเดรีย: คืออะไร ลักษณะและหน้าที่"

Mitochondrial DNA: โครงสร้างทางพันธุกรรมต่างประเทศ

เราเข้าสู่เรื่องนี้โดยตรงเพราะเมื่อเผชิญกับปรากฏการณ์แปลกประหลาดเช่นนี้เรามีพื้นที่มากมายที่จะครอบคลุมและมีพื้นที่ จำกัด Mitochondrial DNA ถูกกำหนดให้เป็น

สารพันธุกรรมที่มีอยู่ในไมโตคอนเดรีย นั่นคือ ออร์แกเนลล์ที่ให้พลังงานแก่เซลล์สำหรับกระบวนการที่สำคัญ.

อาจกล่าวได้ว่าข้อมูลทางพันธุกรรมนี้คือ "โครโมโซม" ของไมโทคอนเดรีย DNA อยู่ในเซลล์มนุษย์แต่อยู่นอกนิวเคลียส แนวคิดแปลกจริงไหม? ถึงกระนั้น โครงสร้างนี้ก็แตกต่างอย่างมากจาก "X" ที่เรานึกถึงเมื่อเราพูดถึงโครโมโซมของมนุษย์ เนื่องจากเราเป็น ก่อนที่จะมี DNA สองเส้นขนาดเล็กและกลม ซึ่งง่ายกว่าและเป็นพื้นฐานมากกว่าการจัดระเบียบทางพันธุกรรมที่มีอยู่ในนิวเคลียสของ เซลล์

เพื่อกระตุ้นความอยากอาหารของคุณ เราจะแสดงด้านล่างเป็นชุดของ ความแตกต่างระหว่างไมโตคอนเดรียลและนิวเคลียส DNA ซึ่งทำให้เห็นระยะห่างที่ชัดเจนระหว่างทั้งสอง:

• ภายในจีโนมของไมโตคอนเดรียมี 37 ยีน เทียบกับ 20,000-25,000 ยีนใน DNA ของนิวเคลียสโครโมโซมของมนุษย์
• สิ่งนี้แปลได้ว่ามีคู่เบสของไมโทคอนเดรียประมาณ 16,500 คู่ในขณะที่ DNA ของมนุษย์ประกอบด้วยคู่เบสประมาณ 3.2 พันล้านคู่
• สายเกลียวคู่ของไมโตคอนเดรียลดีเอ็นเอเข้ารหัสชุดของโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะของออร์แกเนลล์ ในขณะที่นิวเคลียสมีหน้าที่อื่นๆ อีกมากมาย

ดังที่เราเห็น เรากำลังเผชิญกับโครงสร้างสองอย่างที่เปรียบเสมือนน้ำและน้ำมัน จากความเท่าเทียมนี้ สองสิ่งสุดท้ายนี้มีเพียงของเหลวที่เหมือนกันเท่านั้น เหมือนกับโซ่ตรวนที่เกี่ยวข้องกับเราที่นี่ พวกมันมีโครงสร้างพื้นฐานที่สุดร่วมกันเท่านั้น: นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็น DNA และโครงสร้างพื้นฐานที่สุด (ซึ่งได้แก่ สากล).

โครงสร้างดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย

เมื่อเราเข้าใจแล้วว่าไมโทคอนเดรียลดีเอ็นเอคืออะไรและแตกต่างจากไมโตคอนเดรียลอย่างไร มนุษย์ถึงเวลาแล้วที่จะใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อผ่าส่วนต่าง ๆ ของความอยากรู้อยากเห็นนี้ โครงสร้าง.

ก่อนอื่น เราย้ำอีกครั้งว่าจีโนมของไมโทคอนเดรีย ประกอบด้วยดีเอ็นเอสายคู่ซึ่งปิดตัวเองเป็นวงกลม (เหมือนงูกัดหาง). ห่วงโซ่ทั้งสองได้รับชื่อพิเศษและการปฏิบัติเนื่องจากมีลักษณะที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น สายโซ่ H (หนัก) มีค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนสูงกว่าสาย L (เบา) ซึ่งเป็นค่าที่ สิ่งนี้สอดคล้องกับความจริงที่ว่าพบลำดับการเข้ารหัสของยีน 28 จาก 37 ยีนในส่วนนี้ ผลรวม เรายังไม่ต้องการเปลี่ยนพื้นที่นี้ให้เป็นชั้นพันธุศาสตร์ขั้นสูง ดังนั้นเราจึงสรุปหน้าที่ของลำดับที่มีอยู่ใน DNA ด้วยวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ข้อมูลทางพันธุกรรมของไมโตคอนเดรียเข้ารหัสสารประกอบต่อไปนี้:

• 2 Ribosomal RNAs: โมเลกุล RNA ที่เป็นส่วนหนึ่งของไรโบโซม ซึ่งสามารถพบได้ในไมโตคอนเดรีย
• 22 Transfer RNAs: จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนภายในไมโทคอนเดรีย
• ยีนโครงสร้าง 13 ยีน ซึ่งเข้ารหัสหน่วยย่อยต่างๆ ของคอมเพล็กซ์เอนไซม์ของระบบออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน

อย่างที่เราเห็น ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่ยืนหยัดด้วยตัวมันเองในระดับหนึ่ง เนื่องจากมีไรโบโซมอยู่ภายในดังนั้นจึงสามารถสังเคราะห์โปรตีนได้เอง เราเน้นคำว่า "ในระดับหนึ่ง" อีกครั้ง เนื่องจากไมโทคอนเดรียของมนุษย์มีโปรตีนประมาณ 1,500 ชนิด ซึ่งมีเพียง 13 ชนิดเท่านั้นที่ถูกเข้ารหัสในดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย

ดังนั้น โปรตีนส่วนใหญ่ในไมโตคอนเดรียจึงมาจากข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสในดีเอ็นเอนิวเคลียร์ (โครโมโซม) ของมนุษย์ในกรณีนี้) เนื่องจากพวกมันถูกสังเคราะห์ในไรโบโซมของไซโตซอล (ตัวกลางของเซลล์) จากนั้นออร์แกเนลล์จะรับพวกมันไปใช้เอง

• คุณอาจสนใจ: "ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA"

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุด

เมื่อเราเปรียบเทียบไมโตคอนเดรียลดีเอ็นเอกับนิวเคลียสดีเอ็นเอในมนุษย์และทบทวนโครงสร้างของมันแล้ว จุดหยุดเชิงตรรกะถัดไปคือการค้นหาว่าลักษณะใดกำหนดโครงสร้างนี้นอกเหนือจากองค์ประกอบของมัน เคมี. ไปเลย

1. โพลีพลาสมี

มีสำเนาของ DNA นี้หลายชุดในไมโทคอนเดรีย เนื่องจากสายข้อมูลทางพันธุกรรมนี้มักเกี่ยวข้องกับโปรตีนภายในออร์แกเนลล์ ก่อตัวเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า "นิวเคลียส" เพื่อให้ความคิดแก่เรา มีนิวคลีออยด์ประมาณ 10 ตัวต่อไมโทคอนเดรีย ซึ่งแปลเป็น DNA ของไมโทคอนเดรียประมาณ 10,000 สำเนาต่อเซลล์.

2. มรดกของมารดา

เป็นเรื่องน่าทึ่งที่ได้เรียนรู้ว่า DNA ของไมโทคอนเดรียที่มีอยู่ในออร์แกเนลล์แต่ละอันทั่วร่างกายของเรานั้นสืบทอดมาจากแม่เท่านั้น ที่เป็นเช่นนี้เพราะเมื่อเข้าสู่ออวุลแล้ว สเปิร์มมาซูนผ่านการย่อยสลายบางส่วนซึ่งสูญเสียหางและไมโทคอนเดรียไป. เมื่อทราบข้อเท็จจริงนี้ เรารู้ว่าข้อมูลทางพันธุกรรมที่แยกได้นี้มีประโยชน์อย่างมากในการสรุปความสัมพันธ์ในสิ่งมีชีวิต

3. อัตราแลกเปลี่ยนสูง

Mitochondrial DNA อยู่ใน "แนวหน้าทั้งหมด" เนื่องจากอยู่ใกล้กับเครื่องจักรช่วยหายใจมาก เซลล์ซึ่งก่อให้เกิดอนุมูลอิสระที่น่ากลัวซึ่งเป็นสารประกอบที่สามารถทำลาย DNA ด้วยการโต้ตอบบางอย่าง เฉพาะเจาะจง. ดังนั้นโครงสร้างพิเศษนี้ มีเครื่องจักรซ่อมแซมที่ซับซ้อนหลากหลายประเภท รวมถึงการผสมผสานรูปแบบต่างๆ.

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงและการแปรสภาพอย่างต่อเนื่องนี้ จึงคาดว่า DNA ของไมโทคอนเดรียมีอัตราการกลายพันธุ์สูงกว่า DNA ถึง 10 เท่า แน่นอนว่า DNA นิวเคลียร์เป็นกลไกของวิวัฒนาการที่เร็วกว่าที่เราเคยเห็นในโลกของสิ่งมีชีวิต มีชีวิตอยู่.

DNA ของไมโทคอนเดรียมาจากไหน?

เพื่อปิดการทัวร์ชมข้อมูลพันธุกรรม "เอเลี่ยน" ที่พบในเซลล์ของเรา เราสามารถเน้นย้ำว่าทฤษฎีการเกิดขึ้นของดีเอ็นเอนี้ อย่างน้อยก็คืออยากรู้อยากเห็น

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่าไมโตคอนเดรีย (ประมาณ 2,000 ล้านปีก่อน) เป็นแบคทีเรียแอโรบิคที่มีชีวิตอิสระ. เมื่อถึงจุดหนึ่ง เซลล์นิวเคลียสแบบไม่ใช้ออกซิเจนได้กลืนกินยูแบคทีเรียมนี้และรวมเข้ากับไซโตซอลของมัน ดังนั้น ความสัมพันธ์ทางชีวภาพจะถูกสร้างขึ้นตามกลไกที่เรียกว่าเอนโดไซโทซิส

เห็นได้ชัดว่าในช่วงวิวัฒนาการแบคทีเรียยุคแรกนี้จะสูญเสียยีนจำนวนมากไปพร้อมกันจนกระทั่ง กลายเป็นไมโตคอนเดรียที่เรารู้จักในปัจจุบัน ซึ่งจะจบลงด้วยการรวมเข้ากับ DNA นิวเคลียร์ของ เซลล์ ทฤษฎีนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างกว้างขวาง เนื่องจากไมโทคอนเดรียลดีเอ็นเอมีลักษณะหลายอย่างร่วมกับจีโนมของจุลินทรีย์โปรคาริโอต

ไมโทคอนเดรีย เป็นออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบในการสร้างพลังงานเคมีส่วนใหญ่ที่จำเป็นต่อการกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีของเซลล์ดังนั้น ถ้าไม่มีมัน ชีวิตอย่างที่เรารู้ทุกวันนี้คงเป็นไปไม่ได้โดยสิ้นเชิง เมื่อได้เลื่อนลอยเล็กน้อยในบันทึกสุดท้ายนี้ เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะคิดว่าข้อเท็จจริงเป็นเพียงเกร็ดเล็กเกร็ดน้อย จุลินทรีย์ที่กินเข้าไปอีกอาจก่อให้เกิดการระเบิดของชีวิตในปัจจุบัน ซึ่งก็คือพวกเราด้วย สายพันธุ์.

สรุป

ดังที่เราสัญญากับคุณไว้ตอนต้น ในบรรทัดเหล่านี้ เราได้ใส่แนวคิดของจีโนมไว้ในมุมมอง ภายในร่างกายของมนุษย์ รวมถึงจุดกำเนิดของชีวิต และสิ่งที่ทำให้เรามาถึงจุดนี้ได้ วิวัฒนาการ

ถึงกระนั้น การใช้ความรู้นี้ไม่ได้เป็นเพียงการคาดเดาเท่านั้น ไมโทคอนเดรียดีเอ็นเอ อนุญาตให้อนุมานความสัมพันธ์ทางเครือญาติ ในบรรดาสมาชิกของประชากรสิ่งมีชีวิต และการรู้ข้อมูลนี้เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้สามารถใช้แผนการอนุรักษ์ในสายพันธุ์ได้ นอกจากนี้ยังมีโรคไมโทคอนเดรียต่างๆ ที่เชื่อมโยงกับการกลายพันธุ์ในดีเอ็นเอ ดังนั้นการรู้ว่าเป็นขั้นตอนแรกในการจัดการกับสิ่งเหล่านี้

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• Mitochondrial DNA สถาบันวิจัยจีโนมแห่งชาติ (NIH) รวบรวมเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม พ.ศ https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/ADN-mitocondrial
• อัลเบิร์ต บี. และเบรย์ ดี. (2006). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์ แพนอเมริกันเมดิคัลเอ็ด
• ไมโทคอนเดรีย สถาบันวิจัยจีโนมแห่งชาติ (NIH) รวบรวมเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม พ.ศ https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Mitocondria#:~:text=Las%20mitocondrias%20son%20los%20org%C3%A1nulos, อะดีโนซีน%20%20ไตรฟอสเฟต%20(ATP).
• มอนโตย่า, เจ. และ อัตตาดี, จี. (1986). DNA ไมโทคอนเดรียของมนุษย์ การสืบสวนและวิทยาศาสตร์, 118, 60-69.
• เซลล์ภายในเซลล์ของคุณ: genotypia.com รวบรวมเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม พ.ศ https://genotipia.com/mitocondria/