genellik
Mitokondriyal DNA veya mtDNA, mitokondri içinde bulunan deoksiribonükleik asittir, yani çok önemli hücresel oksidatif fosforilasyon işleminden sorumlu ökaryotik hücrelerin organelleridir.
Bununla birlikte, onu kendi türünde benzersiz kılan hem yapısal hem de işlevsel bazı özelliklere de sahiptir. Bu özellikler şunları içerir: nükleotidlerin çift sarmalının daireselliği, genlerin içeriği (ki bu sadece 37 elementtir) ve kodlayıcı olmayan nükleotit dizilerinin neredeyse tamamen yokluğu.
Mitokondriyal DNA, hücrelerin hayatta kalması için temel bir işlevi yerine getirir: oksidatif fosforilasyonun gerçekleşmesi için gerekli enzimleri üretir.
Mitokondriyal DNA nedir?
Mitokondriyal DNA veya mtDNA, mitokondri içinde bulunan DNA'dır.
Mitokondri, yiyeceklerde bulunan kimyasal enerjiyi, hücreler tarafından kullanılabilen bir enerji biçimi olan ATP'ye dönüştüren, ökaryotik organizmalara özgü büyük hücresel organellerdir.
MİTOKONDRONLARIN YAPISI VE İŞLEVİ İLE İLGİLİ ARKA PLAN
Tübüler, filamentli veya granül şeklinde mitokondri, sitoplazmada bulunur ve ikincisinin hacminin neredeyse% 25'ini işgal eder.
Biri daha dış diğeri iç olmak üzere iki fosfolipid çift katmanlı zarları vardır.
Dış mitokondriyal zar olarak bilinen en dıştaki zar, her bir mitokondrinin çevresini temsil eder ve onu 5.000 daltona eşit veya daha küçük moleküllere geçirgen kılan taşıma proteinlerine (porinler ve daha fazlası) sahiptir.
İç mitokondriyal zar olarak bilinen en içteki zar, ATP sentezi için gerekli olan tüm enzimatik (veya enzimatik) ve koenzim bileşenlerini içerir ve matris adı verilen merkezi bir alanı tanımlar.
En dıştaki zardan farklı olarak, iç mitokondriyal zar, toplam alanını artıran çok sayıda invaginasyona - sözde sırtlara - sahiptir.
İki mitokondriyal zar arasında yaklaşık 60-80 Angstrom (A)'lık bir boşluk vardır.Bu boşluğa zarlar arası boşluk denir.Zarlar arası boşluk sitoplazmanınkine çok benzer bir bileşime sahiptir.
Mitokondri tarafından yürütülen ATP sentezi, biyologların oksidatif fosforilasyon terimiyle tanımladıkları çok karmaşık bir süreçtir.
MİTOKONDRAL DNA VE MİKTARININ TAM KONUMU
Şekil: bir insan mitokondri.
Mitokondriyal DNA, mitokondriyal matriste, yani iç mitokondriyal zar tarafından sınırlanan boşlukta bulunur.
Güvenilir bilimsel çalışmalara göre, her mitokondri 2 ila 12 kopya mitokondriyal DNA içerebilir.
İnsan vücudunda bazı hücrelerin birkaç bin mitokondri içerebildiği göz önüne alındığında, tek bir insan hücresindeki mitokondriyal DNA'nın toplam kopya sayısı 20.000 birime ulaşabilir.
lütfen aklınızda bulundurun: İnsan hücrelerindeki mitokondri sayısı hücre tipine göre değişir. Örneğin, hepatositler (yani karaciğer hücreleri) her biri 1.000 ila 2.000 mitokondri içerebilirken, eritrositler (yani kırmızı kan hücreleri) bunlardan tamamen yoksundur.
Yapı
Bir mitokondriyal DNA molekülünün genel yapısı, nükleer DNA'nın genel yapısına, yani ökaryotik hücrelerin çekirdeğinde bulunan genetik mirasa benzer.
Aslında, nükleer DNA'ya benzer şekilde:
- Mitokondriyal DNA, iki uzun nükleotit dizisinden oluşan bir biyopolimerdir. Nükleotitler, üç elementin birleşmesinden kaynaklanan organik moleküllerdir: 5 karbon atomlu bir şeker (DNA durumunda, deoksiriboz), azotlu bir baz ve bir fosfat grubu.
- Mitokondriyal DNA'nın her bir nükleotidi, deoksiribozunun karbon 3'ü ile hemen takip eden nükleotidin fosfat grubu arasındaki bir fosfodiester bağı vasıtasıyla aynı zincirin bir sonraki nükleotidine bağlanır.
- Mitokondriyal DNA'nın iki dizisi, birinin ucu diğerinin ucuyla etkileşime giren ve bunun tersi olan zıt yönlere sahiptir.Bu özel düzenleme, antiparalel düzenleme (veya antiparalel yönlendirme) olarak bilinir.
- Mitokondriyal DNA'nın iki ipliği, azotlu bazlar aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girer.
Spesifik olarak, her bir filamentin her bir azotlu bazı, diğer filamentte bulunan bir ve yalnızca bir azotlu baz ile hidrojen bağları kurar.
Bu tür etkileşime "azotlu bazlar arasında eşleşme" veya "azotlu baz çifti" denir. - Mitokondriyal DNA'nın azotlu bazları adenin, timin, sitozin ve guanindir.
Bu azotlu bazların yol açtığı eşleşme rastgele değil, oldukça spesifiktir: adenin sadece timin ile etkileşirken sitozin sadece guanin ile etkileşir. - Mitokondriyal DNA, genlere (veya gen dizilerine) ev sahipliği yapar. Genler, iyi tanımlanmış bir biyolojik öneme sahip, az çok uzun nükleotid dizileridir. Çoğu durumda, proteinlere yol açarlar.
MİTOKONDRAL DNA'NIN YAPISAL ÖZELLİKLERİ
Yukarıda bahsedilen analojilerin ötesinde, insan mitokondriyal DNA'sı, onu insan nükleer DNA'sından önemli ölçüde ayıran bazı yapısal özelliklere sahiptir.
Birincisi, dairesel bir moleküldür, nükleer DNA ise doğrusal bir moleküldür.
Böylece, 16.569 azotlu baz çiftine sahipken, nükleer DNA'nın büyük bir 3,3 milyarı var.
37 gen içerirken, nükleer DNA 20.000 ila 25.000 arasında görünüyor.
Kromozomlarda organize edilmezken, nükleer DNA 23 kromozoma bölünür ve bazı spesifik proteinlerle kromatin adı verilen bir maddeyi oluşturur.
Son olarak, aynı anda iki gene katılan bir dizi nükleotid içerirken, nükleer DNA, nükleotit dizileri iyi tanımlanmış ve birbirinden farklı genlere sahiptir.
Menşei
Mitokondriyal DNA büyük olasılıkla "bakteriyel" bir kökene sahiptir.
Aslında, sayısız bağımsız çalışmaya dayanarak, moleküler biyologlar, mitokondriyal DNA'nın hücresel varlığının, mitokondriye çok benzeyen bağımsız bakteriyel organizmaların atalardan kalma ökaryotik hücreler tarafından dahil edilmesinin sonucu olduğuna inanırlar.
Bakterilerde bulunan DNA, mitokondriyal DNA gibi genellikle dairesel bir nükleotid dizisi olduğundan, bu ilginç keşif bilim camiasını yalnızca kısmen şaşırttı.
Mitokondri ve mitokondriyal DNA'nın "bakteriyel bir kökene sahip olduğu" teorisi, "endosymbiosis" kelimesinden "endosimbiyotik teori" adını alır. "belirli bir avantaj elde etmek için birinin diğerine dahil edilmesi.
Merak
Güvenilir bilimsel araştırmalara göre, gelecekteki mitokondriyal DNA'da bulunan birçok bakteri geni, evrim sürecinde yer değiştirip nükleer DNA'ya geçecekti.
Başka bir deyişle, endosimbiyozun başlangıcında, şimdi nükleer DNA'da bulunan bazı genler, daha sonra mitokondri haline gelecek olan bu bakteriyel organizmaların DNA'sında bulunuyordu.
Mitokondriyal DNA ile nükleer DNA arasındaki gen kayması ile ilgili teoriyi desteklemek, bazı genlerin bazı türlerde mitokondriyal DNA'dan ve diğerlerinde nükleer DNA'dan türediği gözlemidir.
İşlev
Mitokondriyal DNA, hassas oksidatif fosforilasyon sürecinin doğru uygulanması için gerekli olan enzimleri (yani proteinleri) üretir.
Bu enzimleri sentezleme talimatları, mitokondriyal DNA genomunu oluşturan 37 gende bulunur.
HANGİ MİTOKONDRAL DNA GENLERİNİN KODU: AYRINTILAR
Mitokondriyal DNA'nın 37 geni proteinler, tRNA ve rRNA'yı kodlar.
Özellikle:
- 13, oksidatif fosforilasyonu gerçekleştirmekten sorumlu 13 proteini kodlar
- 22 tRNA molekülü için 22 kod
- 2, 2 rRNA molekülünü kodlar
tRNA ve rRNA molekülleri, üretimlerini düzenleyen makineyi oluşturdukları için, yukarıda bahsedilen 13 proteinin sentezi için esastır.
Yani, başka bir deyişle, mitokondriyal DNA, belirli bir dizi proteini üretecek bilgiye ve bunların sentezi için gerekli araçlara sahiptir.
RNA, tRNA ve rRNA nedir?
RNA veya ribonükleik asit, DNA'dan başlayarak proteinlerin oluşumunda temel bir rol oynayan nükleik asittir.
Genellikle tek sarmallı olan YSA, yetkilendirildiği belirli işleve bağlı olarak çeşitli biçimlerde (veya türlerde) bulunabilir.
TRNA ve rRNA bu olası formlardan ikisidir.
tRNA, protein yapma işlemi sırasında amino asitleri eklemek için kullanılır Amino asitler, proteinleri oluşturan moleküler birimlerdir.
rRNA, protein sentezinin gerçekleştiği hücresel yapılar olan ribozomları oluşturur.
YSA'yı ve işlevlerini ayrıntılı olarak öğrenmek için okuyucular buraya tıklayabilir.
MİTOKONDRAL DNA'NIN FONKSİYONEL DETAYLARI
İşlevsel bir bakış açısından, mitokondriyal DNA, onu nükleer DNA'dan açıkça ayıran bazı özel özelliklere sahiptir.
İşte bu tuhaf özelliklerin içeriği:
- Mitokondriyal DNA, nükleer DNA'dan sentezlenen bazı proteinlerin müdahalesine ihtiyaç duyması anlamında yarı bağımsızdır.
Öte yandan, nükleer DNA tamamen özerktir ve görevlerini düzgün bir şekilde yerine getirmek için ihtiyaç duyduğu her şeyi kendi başına üretir. - Mitokondriyal DNA, nükleer DNA'dan biraz farklı bir genetik koda sahiptir. Bu, proteinlerin yapımında bir dizi farklılığa yol açar: nükleer DNA'daki belirli bir nükleotid dizisi, belirli bir proteinin oluşumuna yol açarsa, mitokondriyal DNA'daki aynı dizilim, biraz farklı bir proteinin oluşumuna yol açar.
- Mitokondriyal DNA'nın kodlama yapmayan çok az nükleotid dizisi vardır, yani herhangi bir protein, tRNA veya rRNA üretmezler. Yüzde olarak, mitokondriyal DNA'nın sadece %3'ü kodlayıcı değildir.
Öte yandan, nükleer DNA sadece %7 kodlamalıdır, bu nedenle çok sayıda kodlamayan nükleotit dizisi içerir (%93 kadar).
Tablo: insan mitokondriyal DNA'sı ile insan nükleer DNA'sı arasındaki farkların özeti.
mitokondriyal DNA
nükleer DNA
- daireseldir
- lineer
- Toplamda 16.569 azotlu baz çiftine sahiptir.
- Toplam 3,3 milyar azotlu baz çiftine sahiptir.
- Toplamda 37 gen içerir.
- 20.000 ila 25.000 arasında gen içerir.
- Düzgün çalışması için nükleer DNA'dan türetilen bazı gen ürünlerinin desteğine ihtiyacı vardır.
- Otonomdur ve işlevlerini düzgün bir şekilde yerine getirmek için ihtiyaç duyduğu her şeyi kendisi üretir.
- Her bir mitokondride birkaç kopya halinde bulunabilir.
- Eşsizdir, yani tek nüshadadır ve özünde bulunur.
- Onu oluşturan nükleotid dizisinin %97'si kodlamaktadır.
- Onu oluşturan nükleotid dizisinin sadece %7'si kodlamaktadır.
- Kromozomlar halinde organize değildir.
- 23 kromozoma bölünmüştür.
- "Geleneksel" olandan biraz farklı bir genetik kod kullanır.
- "Geleneksel" genetik kodu kullanın
- Onun mirası annedir
- Mirası yarı anne ve yarı babadır.
- Nükleotitlerinden bazıları aynı anda iki gene katılır
- Genleri oluşturan nükleotid dizileri birbirinden iyi ayırt edilir.
Miras
Mitokondriyal DNA kalıtımı kesinlikle maternaldir.
Bu, bir çift ebeveynde mitokondriyal DNA'yı döllere (yani çocuklara) ileten kişinin kadın olduğu anlamına gelir.
Yukarıdakilerin tam tersi bir şekilde, nükleer DNA kalıtımı yarı anne, yarı babadır, yani her iki ebeveyn de nükleer DNA'nın yavrulara aktarılmasına eşit olarak katkıda bulunur.
lütfen aklınızda bulundurun: mitokondriyal DNA'nın maternal kalıtımı, mitokondriyal yapıyı da içerir. Bu nedenle, bir bireyde bulunan mitokondri annedir.
ilişkili patolojiler
Öncül: Bir genetik mutasyon, bir nükleer veya mitokondriyal DNA genini oluşturan nükleotid dizisindeki kalıcı bir değişikliktir.
Tipik olarak, bir genetik mutasyonun varlığı, "ilgili genin normal fonksiyonunun değişmesi veya kaybı" ile sonuçlanır.
Mitokondriyal DNA genlerindeki mutasyonların varlığı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli hastalıklara yol açabilir:
- Leber'in kalıtsal optik nöropatisi
- Kearns-Sayre sendromu
- Leigh sendromu
- Sitokrom C oksidaz eksikliği
- Progresif dış oftalmopleji
- Pearson sendromu
- Laktik asidoz ve felç benzeri ataklarla birlikte mitokondriyal ensefalomyopati (MELAS sendromu)
- Anneden bulaşan sağırlık ile diyabet
- Düzensiz kırmızı lifli miyoklonik epilepsi
Bir veya daha fazla mitokondriyal DNA mutasyonuyla bağlantılı patolojik koşullarla ilgili olarak, iki yönün açıklığa kavuşturulması gerekir.
Birincisi, hastalığın şiddeti, mutasyona uğramış mitokondriyal DNA'lar ile sağlıklı, normal mitokondriyal DNA'lar arasındaki niceliksel ilişkiye bağlıdır. Mutasyona uğramış mitokondriyal DNA'ların sayısı, sağlıklı DNA'ların sayısından çok daha fazlaysa, ortaya çıkan durum daha şiddetli olacaktır.
İkincisi, mitokondriyal DNA'daki mutasyonlar organizmanın sadece bazı dokularını etkiler, özellikle de oksidatif fosforilasyon sürecinden kaynaklanan büyük miktarlarda ATP gerektirenleri etkiler.Bu oldukça anlaşılabilir bir durumdur: mitokondriyal DNA'nın birden fazla arızasından muzdarip olmak en çok ihtiyaç duyulan hücrelerdir. mitokondriyal DNA'nın normalde yerine getirdiği işlev.
LEBER'İN kalıtsal optik nöropatisi
Leber'in kalıtsal optik nöropatisi, dört adede kadar mitokondriyal DNA geninin mutasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu genler, oksidatif fosforilasyon sürecinde yer alan çeşitli enzimlerden biri olan kompleks I'in (veya NADH oksit-redüktaz) sentezine yol açan bilgileri içerir.
Patolojinin tezahürleri, optik sinirin ilerleyici bir dejenerasyonundan ve kademeli bir görme kaybından oluşur.
KEARNS-SAYRE SENDROMU
Kearns-Sayre sendromu, yeterli miktarda mitokondriyal DNA olmaması nedeniyle ortaya çıkar (Not: belirli bir nükleotid dizisinin eksikliğine silme denir).
Kearns-Sayre sendromu olan kişilerde oftalmopleji (okülomotor kasların tam veya kısmi felç), bir tür retinopati ve kalp ritmi anormallikleri (atriyoventriküler blok) gelişir.
LEIGH SENDROMU
Leigh sendromu, ATP-sentaz proteinini (V-kompleks olarak da adlandırılır) ve/veya bazı tRNA'ları etkileyebilen mitokondriyal DNA mutasyonlarının bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Leigh sendromu, bebeklik veya çocukluk döneminde ortaya çıkan ve aşağıdakilerden sorumlu olan ilerleyici bir nörolojik hastalıktır: gelişimsel gecikme, kas zayıflığı, periferik nöropati, motor bozukluklar, solunum güçlükleri ve oftalmopleji.
SİTOKROM KOKSİDAZ EKSİKLİĞİ
Sitokrom C oksidaz eksikliği, en az 3 mitokondriyal DNA geninin mutasyona uğraması nedeniyle oluşur. Bu genler, oksidatif fosforilasyon sürecinde yer alan sitokrom C oksidaz (veya kompleks IV) enziminin doğru sentezi için gereklidir.
Sitokrom C oksidaz eksikliğinin tipik belirtileri şunlardır: iskelet kası işlev bozukluğu, kalp işlev bozukluğu, böbrek işlev bozukluğu ve karaciğer işlev bozukluğu.
PROGRESİF DIŞ OFTALMOPLJİ
Progresif dış oftalmopleji, önemli sayıda mitokondriyal DNA nükleotidinin (delesyon) eksikliğinden kaynaklanır.
İlerleyici bir karaktere sahip (adından da tahmin edilebileceği gibi), bu patoloji, okülomotor kasların felç olmasına ve bunun sonucunda pitoza ve önemli görsel problemlere neden olur.
PEARSON SENDROMU
Pearson sendromu, ilerleyici dış oftalmopleji ve Kearns-Sayre sendromuna benzer şekilde, mitokondriyal DNA'nın belirgin bir şekilde silinmesinin ardından ortaya çıkar.
Pearson sendromunun tipik belirtileri şunlardır: sideroblastik anemi, pankreas işlev bozukluğu (örn. insüline bağımlı diyabet), nörolojik bozukluklar ve kas bozuklukları.
Pearson sendromu genellikle etkilenen kişinin genç yaşta ölmesine neden olur. Aslında, bu patolojiden etkilenenler nadiren yetişkinliğe ulaşırlar.
MELAS SENDROMU
Laktik asidoz ve felç benzeri ataklarla birlikte mitokondriyal ensefalomyopati olarak da bilinen MELAS sendromu, en az 5 mitokondriyal DNA geninin mutasyonundan kaynaklanır.
Bu genler, NADH oksit-redüktaz veya kompleks I'in ve bazı tRNA'ların sentezine katkıda bulunur.
MELAS sendromu, nörolojik bozuklukların, kas bozukluklarının, dokularda olağandışı laktik asit birikiminin (tüm eşlik eden semptomlarla birlikte), solunum sorunlarının, bağırsak fonksiyon kontrolünün kaybı, tekrarlayan yorgunluk, böbrek sorunları, kalp sorunları, diyabet, epilepsi ve Koordinasyon eksikliği.
DİĞER PATOLOJİLER
Çeşitli bilimsel araştırmalara göre, döngüsel kusma sendromu, retinitis pigmentosa, ataksi, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı gibi hastalıklar da mitokondriyal DNA ve onun bazı mutasyonlarının katılımını görecektir.
.jpg)
.jpg)
