Mică bobină, da scumpă.
Când acum ei declară cu voce tare despre secvențierea completă a genomului uman, atunci, de regulă, ei înseamnă un genom nuclear. În acest context, cumva uităm că în celule există molecule de ADN localizate nu numai în cromozomi, ci și în astfel de structuri intracelulare specifice menționate, cum ar fi mitocondriile. Și acesta este și un genom uman, dar se numește mitocondrial și ADN - mitocondrial (scurt pentru mitADN). MitDNA este denumită în prezent cromozomul 25 sau cromozomul M. Acest ADN a fost secvențializat în 1981 de F. Senger, deja menționat, care a fost, de asemenea, o senzație în timpul său, care, totuși, a avut o rezonanță incomparabil mai mică decât secvențializarea genomului nuclear. Care este cel de-al 25-lea cromozom uman?
În celula umană există 100-1000 de mitocondrii, fiecare conținând de la 2 la 10 molecule de mitocondriile inelare cu o lungime de 16569 bp. Astfel, mărimea genomului mitocondrial este de aproximativ 200.000 de ori mai mică decât cea nucleară. Este interesant faptul că dimensiunea mitDNA la om este una dintre cele mai mici dintre organismele superioare (eucariote). De exemplu, în drojdie, mDNA conține 78520 bp. Omul ADN uman conține 37 de gene care codifică 13 lanțuri de proteine, 22 ARNm și 2 ARN ribozomale (rRNA) (Figura 30). lanturi de proteine sunt parte a proteinelor care sunt implicate în principal în cel mai important proces intracelular numit de fosforilare oxidativ, care furnizează energia celulară. Datorită fosforilării oxidative din mitocondrii, mai mult de 90% din moleculele ATP speciale care stau la baza energiei celulare sunt produse.
Fig. 30. Structura genomului uman mitocondrial (mitADN). MITADN conține 22 de gene care codifică tARN, 2 gene ribozomale (16S și 12S rRNA) și 13 gene care codifică proteine. Săgețile indică direcția de transcriere a genelor. Abrevieri: ND1-ND6. ND4L - genele de subunități ale complexului NADH-dehidrogenază; COI-COIII - genele subunităților de oxidază citocromică c; ATP6. ATP8 - genele subunităților de sintetază ATP; Cyt b - gena citocromului b
În total, 87 de gene sunt implicate în procesul de fosforilare oxidativă, dar toate cele 74 care lipsesc sunt codificate nu de către mitocondriu, ci de genomul nuclear. Interesant, în genomul nuclear, sunt găsite site-uri precum mitADN. Se presupune că în cursul evoluției și cu diverse patologii a avut loc migrarea unei părți a mDNA la genomul nuclear.
Este important ca dispozitivul genomului mitocondrial să difere semnificativ de cel nuclear. Mai întâi de toate, pentru mtADN se caracterizează printr-un aranjament foarte compact al genelor, ca și în genomul bacteriilor. Spre deosebire de genomul nuclear gene mitocondriale sunt adiacente unul cu altul și, practic, nici un spațiu intergenicâ între ele. Într-o serie de cazuri, se suprapun chiar și cu un nucleotid: ultima nucleotidă a unei gene este prima în următoarea după ea. Adică genele sunt împachetate în ADN mitocondrial, precum heringul într-un butoi. În plus, majoritatea genelor mitocondriale nu conțin structuri caracteristice genelor nucleare, cum ar fi intronurile. Dar nu toate aceste diferențe. Sa constatat, în particular, că mitADN nu este supus unei modificări ca metilarea, care este caracteristică ADN-ului nuclear.
Cu toate acestea, surpriza speciala a cercetatorilor a provocat codul genetic folosit in mitADNA. Deși codul genetic este universal (cu foarte puține excepții) în lumea vie, o anumită variantă neobișnuită este folosită în mitocondrii. Majoritatea codonilor din genele mitocondriale sunt similare cu cele găsite în ADN-ul nuclear, dar există și diferențe fundamentale. În mitADN uman, patru codoni au schimbat sensul lor. Codonii AGA și AGG au devenit agenți de oprire. Codonul CAA, care se termină în ADN-ul nuclear, în mitADN nu numai că nu provoacă oprirea translatării, ci codifică triptofanul aminoacid. Metionina de aminoacizi este codificată nu prin ASC-ul unui codon, dar și prin ASC-ul codonului, care codifică izoleucina de aminoacizi în genomul nuclear.
MitDNA este responsabilă în celulă pentru sinteza a doar câteva proteine mitocondriale. Dar aceste proteine sunt foarte importante pentru celulă, deoarece ele participă la implementarea unuia dintre cele mai importante procese - furnizând celulelor energie cu energie. Astfel, mitADNA este un supliment foarte valoros al enciclopediei omului. Proteinele codificate direct de către genele mitocondriale sunt sintetizate imediat în mitocondrii. În acest scop, folosim propria polimerază ARN și propriul aparat de sinteză a proteinelor. Motivul este clar - codul genetic al mitocondriilor este special și este nevoie de un sistem special de biosinteză.
Nu toate proteinele care sunt necesare pentru existența autonomă a mitocondriilor sunt codificate de genomul mitocondrial și sintetizate aici. Pentru a face acest lucru, genomul lor este prea mic. Cele mai multe dintre proteinele mitocondriale și subunitățile individuale ale acestor proteine sunt codificate de către genomul nuclear de bază, adică nucleul și sintetizate în citoplasma celulelor. Acestea sunt apoi transportate în mitocondrii, unde interacționează cu proteine specifice codificate de ADN mitocondrial. Astfel, există o relație strânsă între genomul nuclear și cel mitocondrial, se completează reciproc.
De ce sa întâmplat evoluția celulei astfel încât o parte foarte mică a ADN să nu fie conținută în cromozomii nucleului, ci separat în interiorul mitocondriilor? Nevoia sau avantajul unei astfel de distribuții a materialului genetic este încă necunoscută. Pentru a explica acest fapt surprinzător, multe ipoteze au fost inventate. R. Altman a exprimat unul dintre primele din 1890 îndepărtat. Totuși, aceasta rămâne și astăzi relevantă. Conform acestui punct de vedere, mitocondriile au apărut în celulele organismelor superioare care nu au fost în curs de dezvoltare și diferențiere intracelulară, ci ca o simbioză naturală a organismelor superioare cu organisme aerobe inferioare. Această explicație sugerează că codul genetic mitocondrial este mai dens decât codul utilizat în ADN-ul nuclear în organismele moderne.
Dar, împreună cu aceasta, a fost exprimată o altă viziune, care până acum are dreptul să existe într-o măsură egală. Potrivit celor din urmă, după trecerea majorității genelor de la mitADN la ADN-ul nuclear în aparatul care asigură sinteza proteinelor în mitocondrii, s-au produs unele mutații. Pentru a se asigura că procesul de traducere nu este încălcat, au fost necesare mutații speciale în genele mitADN care ar "compensa" perturbațiile și ar permite ca aparatul de sinteză a proteinelor modificat să-și îndeplinească activitatea. Dacă pornim de la această ipoteză, atunci codul mitocondrial nu ar trebui să fie considerat ca mai vechi, ci, dimpotrivă, mai degrabă unul mai tânăr.
Se remarcă faptul că genomul mitocondrial este mai rănit decât genomul nuclear. Ca rezultat, apar adesea diferite tipuri de mutații (mutații punctiforme, pierderi mici de ADN - deleții și, invers, inserția - inserare). Există deja numeroase boli umane asociate cu modificări ale mitocondriilor. Mutațiile patologice se găsesc în aproape toate genele mitocondriale. În același timp, se observă o mare varietate de semne clinice datorate aceleiași afectări moleculare. O interconectare anumite mutații și modificări în expresia genelor mitDNK cu cancer. În special, observate în mod repetat, în cancerul de sân accesoriu și limfoame de transcriere a genei care codifică unul dintre lanțurile de proteine complexe implicate in furnizarea energiei celulei (subunitatea II a citocromului c oxidaza). Unele, din fericire, rare, grave boli umane moștenite sunt, de asemenea, cauzate de mutatii in gene specifice mitDNK. În Rusia, există un program special pentru diagnosticarea și prevenirea bolilor mitocondriale.
Un alt factor surprinzător legat de mitADN se referă la moștenirea sa. Sa dovedit că mitDNK transmise din generație în generație este fundamental diferită de ADN-ul cromozomial. Corpul uman se dezvoltă dintr-o celulă de ou fertilizat care conține cromozomii ambilor părinți. În timpul fertilizării sperma penetreaza un ou cu un set de cromozomi paterni, dar fără mitocondrii paterne puțin sau și, în consecință, fără nici o mitDNK paternă. Numai ovulul furnizează embrionul cu mitocondriile sale. Aceasta conduce la consecințe importante: ADNmt este transmis numai prin linia feminină. Noi toți obține mitDNK numai de la mama sa, și ea chiar mai devreme pe cont propriu, și așa mai departe într-o serie de numai generații de sex feminin. Fiii, spre deosebire de fiice, nu le transmit mitADNA - lanțul se va rupe. În acest fel, clone de ADN formează - linii ereditare care pot doar ramură (în cazul în care o femeie născut mai multe fiice), dar spre deosebire de ADN-ul cromozomial nu pot fi combinate într-un singur corp și de a crea noi combinații genetice. Din acest motiv, a fost interesant să comparăm reprezentanții mitDNK ai diferitelor populatii etnice umane, adică, rase și naționalități. Astfel de comparații au fost începute la sfârșitul anilor 1980 și continuă până în prezent. Vom vorbi mai multe despre acest lucru în continuare.
Prin urmare, astfel de procese de celule de bază ca transcripția, translația, replicarea și repararea mitDNK depind în mare măsură de genomul nuclear, dar nu a fost încă complet clar modul în care aceste două genomuri sunt integrate unele cu altele. Studiul Intergenomic mecanismelor de interacțiune pot fi utile în multe feluri, în special pentru înțelegerea imaginii integrată a diferitelor patologii umane, inclusiv transformarea malignă a celulelor.
Trimiteți-le prietenilor: