DNA mitocondriale

Cos'è il DNA mitocondriale?

Il DNA mitocondriale è una piccola molecola di DNA circolare che si trova all'interno di questi organelli nelle cellule eucariotiche. Questo piccolo genoma codifica per un numero molto limitato di proteine ​​e aminoacidi all'interno dei mitocondri. È comune trovare il nome del "DNA mitocondriale" abbreviato in molti libri di testo e articoli scientifici come "ADNMT"o in inglese"MtDNA".

I mitocondri sono organelli indispensabili per le cellule eucariotiche, poiché sono responsabili della trasformazione dell'energia degli alimenti consumati sotto forma di zuccheri in una forma di energia che le cellule possono usare (ATP, ad esempio).

Tutte le cellule negli organismi eucariotici hanno almeno un mitocondria all'interno. Tuttavia, ci sono cellule come le cellule muscolari del cuore e quelle del muscolo scheletrico che possono avere centinaia di mitocondri all'interno.

I mitocondri hanno un apparato di sintesi proteica e indipendentemente dall'apparato cellulare, con ribosomi, ARN di trasferimento e un aminoacile Transterasi-Sintetasi dell'interno dell'organello; Sebbene l'RNA ribosomiale sia più piccolo di quello della cellula che li ospita.

Questo apparato mostra una grande somiglianza con l'apparato di sintesi della proteina batterica. Inoltre, così come nei procarioti, questo dispositivo è estremamente sensibile agli antibiotici, ma molto diverso da quello della sintesi proteica nelle cellule eucariotiche.

Il termine "mitocondri" è stato introdotto da Benda alla fine del XII secolo e la teoria dell '"endosimbiosi" è la più accettata sulla sua origine. Questo è stato pubblicato nel 1967 da Lynn Margulis, nella rivista Journal of Theorical Biology.

La teoria dell '"endosimbiosi" colloca l'origine dei mitocondri milioni di anni fa. È teorizzato che un antenato cellulare di cellule eucariotiche "deglutì" e incorporato nel suo metabolismo un organismo batterico, che in seguito è diventato ciò che sappiamo oggi come mitocondri.

Caratteristiche del DNA mitocondriale

Nei mammiferi, generalmente tutto il genoma che comprende il DNA mitocondriale è organizzato in un cromosoma circolare di 15.000 a 16.000 coppie di nucleotidi o, cosa è lo stesso, da 15 a 16 kb (kilobasi).

All'interno della maggior parte dei mitocondri, si possono ottenere diverse copie del cromosoma mitocondriale. Nelle cellule somatiche umane (cellule non sessuali) è comune trovare almeno 100 copie del cromosoma mitocondriale.

Nelle piante superiori (angiosperme) il DNA mitocondriale è generalmente molto più grande, ad esempio, nella pianta di mais il cromosoma circolare del DNA mitocondriale può misurare fino a 570 kb.

Il DNA mitocondriale occupa circa l'1% del DNA totale delle cellule somatiche della maggior parte degli animali vertebrati. È un DNA molto conservato nel regno animale, contrariamente a quanto osservato nelle piante, dove c'è un'ampia diversità.

In alcune cellule eucariotiche "giganti" come gli ovuli (cellule sessuali delle femmine) di mammiferi o cellule che contengono molti mitocondri, il DNA mitocondriale può costituire fino a 1/3 del DNA totale cellulare totale.

Il DNA mitocondriale ha alcune proprietà diverse per il DNA nucleare: ha una densità e una proporzione di coppie di guanina - citosina (GC) e adenina - Timina (AT).

La densità delle coppie di base GC nel DNA mitocondriale è di 1,68 g/cm3 e il contenuto è del 21%; Mentre nel DNA nucleare questa densità è di 1,68 g/cm3 e il contenuto è di circa il 40%.

Funzioni

Il DNA mitocondriale ha almeno 37 geni essenziali per la normale funzione dei mitocondri. Di questi 37, 13 hanno le informazioni per produrre gli enzimi coinvolti nella fosforilazione ossidativa.

Questi 13 geni codificano per 13 componenti polipeptidici dei complessi enzimatici che appartengono alla catena del trasportatore di elettroni e si trovano nella membrana interna dei mitocondri.

Nonostante i 13 polipeptidi forniti dal DNA mitocondriale alla catena del trasportatore di elettroni, è composto da oltre 100 diversi polipeptidi. Tuttavia, questi 13 componenti sono essenziali per la fosforilazione ossidativa e la catena di trasportatori di elettroni.

Tra i 13 polipeptidi sintetizzati dal DNA mitocondriale, le subunità I, II e III del complesso di citocromo C ossidasi e la subunità VI delle pompe Atasas incorporate nella membrana interna dell'organella.

Le informazioni necessarie per la sintesi del resto dei componenti che costituiscono i mitocondri sono codificate da geni nucleari. Questi sono sintetizzati nel citoplasma come il resto delle proteine ​​cellulari e quindi importati nei mitocondri grazie a segnali specifici.

Nella fosforilazione ossidativa, vengono utilizzati atomi di ossigeno e zuccheri come il glucosio per la sintesi o la formazione di adenosina tripospha (ATP), che è la specie chimica utilizzata da tutte le cellule come fonte di energia.

I restanti geni mitocondriali hanno le istruzioni per sintetizzare gli ARN di trasferimento (ARNT), gli ARN ribosomiali e l'enzima aminoacile-aarn-sintetasi (ARNT), necessari per la sintesi proteica all'interno dei mitocondri.

Eredità

Fino a poco poco tempo si pensava che il DNA mitocondriale fosse trasmesso esclusivamente attraverso l'eredità materna, cioè per discesa diretta dalla madre.

Tuttavia, un articolo pubblicato da Shiyu Luo e collaboratori nella rivista Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America (PNAS) Nel gennaio 2019, ha scoperto che in rare occasioni puoi ereditare il DNA mitocondriale di entrambi i genitori, sia del padre che della madre.

Prima della pubblicazione di questo articolo, per gli scienziati era un dato di fatto che il cromosoma e il DNA mitocondriale fossero ereditati rispettivamente da padre e madre, verso la prole.

L'eredità "intatta" del cromosoma e dei geni mitocondriali Genet.

Per questo motivo, la maggior parte degli studi di mobilizzazione delle popolazioni viene condotta in base a questi geni, poiché, ad esempio, è semplice per i genealogisti costruire alberi genealogici usando il DNA mitocondriale.

Gran parte della storia dell'umanità è stata ricostruita attraverso la storia genetica del DNA mitocondriale. Anche molte case commerciali si offrono di chiarire il legame familiare di ogni persona che vive con i propri antenati attraverso tecniche che studiano queste caratteristiche.

Replica

Il primo modello di replica del DNA mitocondriale è stato proposto nel 1972 da Vinogra e collaboratori e questo modello è ancora valido, con alcune modifiche. In generale, il modello si basa su una replica unidirezionale che inizia in due diverse origini di replicazione.

Gli scienziati classificano il cromosoma mitocondriale in due diverse catene, la catena pesante, H o OH, di inglese "Pesante"E una catena leggera, l, u ol di inglese"Leggero". Questi sono identificati e situati nei due frame di lettura aperti (Urf) Nel cromosoma mitocondriale.

La replicazione del genoma mitocondriale inizia nella catena pesante (OH) e continua in una direzione fino a produrre l'intera lunghezza della catena leggera (OL). Successivamente, proteine ​​chiamate "proteine ​​dell'Unione mitenarie monocyondriale mitocondriale per proteggere la catena che funziona come" parentale "o" muffa ".

Gli enzimi responsabili della separazione in modo che la replica (replicosoma) si verifichi passi alla banda luminosa (OL) e si formano una struttura ad anello che blocca l'unione delle proteine ​​dell'unità monocatenaria mitocondriale.

In questo ciclo, l'RNA della polimerasi mitocondriale è unita e inizia la sintesi del nuovo primer. La transizione alla sintesi della catena pesante (OH) si verifica 25 nucleotidi dopo.

Proprio al momento del passaggio alla catena pesante (OH), l'RNA della polimerasi mitocondriale viene sostituito dal DNA polimerasi replicativo dei mitocondri alla fine 3 ', dove inizialmente inizia la replica.

Infine, la sintesi di entrambe le catene, sia dei pesanti (OH) che della luce (OL) procede continuamente fino a quando non si formano due molecole circolari complete di DNA dinamico (doppia catena).

Malattie correlate

Ci sono malattie molto numerose relative a un malfunzionamento del DNA mitocondriale. La maggior parte si verificano a causa di mutazioni che danneggiano la sequenza o le informazioni contenute nel genoma.

Perdita di audizioni relative con aumento dell'età

Una delle malattie meglio studiate che sono state direttamente correlate ai cambiamenti nel genoma del DNA mitocondriale è la perdita di udito a causa dell'aumento dell'età.

Questa condizione è il prodotto di fattori genetici, ambientali e di vita. Quando le persone iniziano a invecchiare, il DNA mitocondriale accumula mutazioni dannose, come l'eliminazione, le traslocazioni, gli investimenti, tra gli altri.

Il danno al DNA mitocondriale è principalmente causato dall'accumulo di specie reattive di ossigeno, questi sono per prodotti di produzione di energia nei mitocondri.

Il DNA mitocondriale è particolarmente vulnerabile ai danni, poiché non ha un sistema di riparazione. Pertanto, i cambiamenti causati dalle specie reattive di ossigeno danneggiano il DNA mitocondriale e rendono male l'organello, causando la morte cellulare.

Le celle auricolari interne hanno una domanda elevata di energia. Questa domanda li rende particolarmente sensibili al danno al DNA mitocondriale. Questi danni possono alterare irreversibilmente la funzione dell'orecchio interno, portando a una perdita totale dell'udito.

Tumori

Il DNA mitocondriale è particolarmente sensibile alle mutazioni somatiche, mutazioni che non sono ereditate dai genitori. Questi tipi di mutazioni si verificano nel DNA di alcune cellule per tutta la vita delle persone.

Vi sono prove che collega alterazioni del DNA mitocondriale prodotto di mutazioni somatiche con alcuni tipi di cancro, tumori nelle ghiandole mammarie, nel colon, nello stomaco, nel fegato e nel rene.

Le mutazioni del DNA mitocondriale sono state anche associate a carcinoma nel sangue come leucemia e linfomi (carcinoma delle cellule del sistema immunitario).

Gli specialisti si riferiscono a mutazioni somatiche nel DNA mitocondriale con un aumento della produzione di specie reattive dell'ossigeno, fattori che aumentano il danno al DNA mitocondriale e creano una mancanza di controllo nella crescita cellulare.

C'è poca conoscenza di come queste mutazioni aumentano la divisione cellulare delle Nazioni Unite delle cellule e su come finiscono lo sviluppo come tumori cancerosi.

Sindrome da vomito ciclico

Alcuni casi in cui si ritiene che il vomito ciclico, tipico dell'infanzia, sia correlato alle mutazioni del DNA mitocondriale. Queste mutazioni causano episodi ricorrenti di nausea, vomito e affaticamento o letargia.

Gli scienziati associano questi episodi di vomito con i quali i mitocondri con il DNA mitocondriale danneggiato possono influenzare alcune cellule del sistema nervoso autonomo, influenzando funzioni come la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa e la digestione.

Nonostante queste associazioni, non è ancora noto in un certo senso come i cambiamenti del DNA mitocondriale causino episodi ricorrenti di sindrome da vomito ciclico.

Riferimenti

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