Mitochondria ina DNA ya mviringo. Utafiti juu ya DNA ya mitochondrial. Mali na kazi za DNA

Kwa nini mitochondria inahitaji DNA yao wenyewe? Ingawa kwa nini wafanyabiashara hawana DNA zao ndani yao, wakitoa kila kitu wanachohitaji papo hapo? Kwa nini basi uhamishe sehemu ya DNA ya mitochondrial ndani ya kiini cha seli, na kuunda hitaji la kusafirisha bidhaa za jeni kwenye mitochondria? Kwa nini mitochondria hupitishwa kutoka kwa mzazi mmoja tu? Je! Mitochondria inayopatikana kutoka kwa mama hupatana vipi na genome ya seli, iliyoundwa na DNA ya mama na baba? Watu zaidi wanapojifunza juu ya mitochondria, maswali zaidi huibuka.

Walakini, hii haitumiki tu kwa mitochondria: katika eneo lolote la sayansi yoyote, upanuzi wa nyanja ya maarifa husababisha tu kuongezeka kwa uso wake kuwasiliana na isiyojulikana, na kusababisha maswali zaidi na zaidi, majibu ambayo itapanua wigo sawa na matokeo sawa ya kutabirika.

Kwa hivyo, DNA ya mitochondria ya kisasa inasambazwa kwa kushangaza sana: sehemu ndogo ya jeni iko moja kwa moja kwenye mitochondria kwenye kromosomu ya duara (haswa, katika nakala kadhaa za kromosomu hiyo hiyo katika kila mitochondrion), na zaidi ya ramani za uzalishaji. ya viunga vya mitochondrial huhifadhiwa kwenye kiini cha seli. Kwa hivyo, kunakili kwa jeni hizi hufanyika wakati huo huo na kunakili kwa genome ya kiumbe chote, na bidhaa zinazozalishwa nao huenda mbali kutoka saitoplazimu ya seli kwenda kwenye mitochondria. Walakini, ni kwa njia nyingi rahisi: mitochondria imeondolewa kwa hitaji la kunakili jeni hizi zote wakati wa kuzaa, kuzisoma na kujenga protini na vifaa vingine, ikizingatia kazi yake kuu ya kuzalisha nishati. Kwa nini, basi, kuna DNA ndogo katika mitochondria, kwa matengenezo ambayo mifumo hii yote inahitajika, kuondoa ambayo mitochondria inaweza kutupa rasilimali zaidi kwa kusudi kuu la kuwapo kwao?

Mwanzoni, ilifikiriwa kuwa DNA iliyobaki kwenye mitochondria ni atavism, urithi wa pro-mitochondria iliyoingizwa na methanogen, ambayo ina genome kamili ya bakteria. Mwanzoni mwa upatanisho wao, licha ya kuwepo kwa kiini cha jeni hizo za mitochondrial ( m-jeni), ambazo zilihitajika kudumisha mazingira mazuri ya pro-mitochondria ndani ya methanogen (hii inaelezewa kwa undani katika sehemu ya mitochondria), jeni zile zile zilihifadhiwa katika kila mitochondria. Pro-mitochondria mwanzoni mwa maisha yake kama ishara ilionekana sawa na bakteria wa kisasa kwenye mchoro kushoto kwa aya hii.

Na polepole sana, kwa sababu ya ukosefu wa mahitaji, jeni hizi zilipotea kutoka kwa kromosomu ya mitochondrial kama matokeo ya mabadiliko anuwai. Lakini kiini cha seli kilikusanya m-jeni zaidi na zaidi iliyoingia kwenye saitoplazimu kutoka kwa sanamu-mitochondria iliyoharibiwa na kuunganishwa kwenye genome ya chimera cha eukaryotic. Mara tu m-gene iliyojengwa mpya ilipoanza kusomwa, mifumo ya rununu ilizalisha bidhaa muhimu kwa mitochondria, ikitoa ishara kutoka kwa uumbaji wao huru. Hii inamaanisha kuwa analog ya mitochondrial ya jeni iliyoingia kwenye kiini haikuhifadhiwa tena katika hali ya kufanya kazi na uteuzi wa asili na ilifutwa na mabadiliko kwa njia sawa na ile yote iliyopita. Kwa hivyo, itakuwa mantiki kudhani kuwa hivi karibuni jeni hizo ambazo bado ziko kwenye mitochondria zitapita kwenye kiini, ambayo itasababisha faida kubwa ya nishati kwa eukaryotes: baada ya yote, njia ngumu za kunakili, kusoma na kurekebisha DNA zinaweza kuondolewa kutoka kwa kila mitochondrion, na kwa hivyo kila kitu unachohitaji kuunda protini.

Baada ya kufikia hitimisho hili, wanasayansi walihesabu ni muda gani ilichukua jeni zote kuhamia kupitia njia ya asili kutoka mitochondria hadi kiini. Na ikawa kwamba kipindi hiki kilikuwa kimepita kwa muda mrefu. Wakati wa kuonekana kwa seli ya eukaryotiki, mitochondria ilikuwa na genome ya kawaida ya bakteria ya jeni elfu kadhaa (wanasayansi huthibitisha jeni hii ilikuwa nini kwa kusoma m-jeni iliyohamishiwa kwenye kiini katika viumbe anuwai), na sasa mitochondria ya kila aina ya eukaryote wamepoteza kutoka 95 hadi 99.9% ya jeni zao. Hakuna aliyeacha jeni zaidi ya mia moja katika mitochondria, lakini hakuna mtu aliye na mitochondria isiyo na asili pia. Ikiwa nafasi ilicheza jukumu muhimu katika mchakato huu, basi angalau spishi chache zingekuwa tayari zimepitia njia ya uhamishaji wa jeni kwenye kiini hadi mwisho. Lakini hii haikutokea, na mitochondria ya spishi tofauti ilisoma kwa sasa, ikipoteza jeni zao kwa kila mmoja, ilibaki na ile ile, ambayo inaonyesha moja kwa moja hitaji la uwepo wa jeni hizi katika mitochondria.

Kwa kuongezea, organelles zingine zinazozalisha nguvu za seli, kloroplast, pia zina DNA yao, na kwa njia ile ile kloroplast ya spishi tofauti ilibadilika kwa usawa na kwa uhuru, kila moja ikiwa na seti sawa ya jeni.

Hii inamaanisha kuwa usumbufu wote muhimu katika kudumisha genome yake katika kila mitochondrion ya rununu (na kwa wastani, seli moja ina mamia kadhaa!) Na vifaa vikubwa vya kunakili-kurekebisha-kutafsiri (kuu, lakini sio yote!) Vimezidiwa na kitu.

Na kwa sasa kuna nadharia thabiti ya "kitu" hiki: uwezo wa kutoa sehemu fulani za mitochondrion moja kwa moja ndani ni muhimu kudhibiti kiwango cha kupumua na kurekebisha michakato inayotokea katika mitochondria hadi kila dakika inabadilika mahitaji ya viumbe vyote.

Fikiria kwamba moja ya mamia ya mitochondria ya seli ghafla haina vitu vya mlolongo wa kupumua (angalia maelezo juu yake ndani), au hakuna synthases za kutosha za ATP ndani yake. Inageuka kuwa imejaa zaidi chakula na oksijeni na haiwezi kuzisindika haraka vya kutosha, au nafasi yake ya utando imejaa protoni ambazo hazina pa kwenda - maafa kamili kwa ujumla. Kwa kweli, upungufu huu wote kutoka kwa hali bora ya maisha husababisha ishara nyingi zinazolenga kusawazisha meli inayozama.

Ishara hizi husababisha uzalishaji wa sehemu haswa ambazo hazipo katika mitochondria kwa sasa, zinaamsha usomaji wa jeni ambazo protini hujengwa. Mara tu mitochondrion ikiwa na vifaa vya kutosha vya mnyororo wa kupumua au ATPases, "roll itatoka nje", ishara juu ya hitaji la kujenga sehemu mpya zitakoma kuja, na jeni zitazimwa tena. Hii ni moja ya kifahari ya kushangaza katika unyenyekevu wake njia muhimu za kujidhibiti kwa seli, ukiukaji mdogo wa hiyo husababisha ugonjwa mbaya au hata kutokuwa na uwezo wa kiumbe.

Wacha tujaribu kuamua kimantiki ni wapi jeni muhimu ili kujibu ishara hii ya shida inapaswa kupatikana. Fikiria hali ambayo jeni hizi ziko kwenye kiini cha seli iliyo na mitochondria mia kadhaa. Kwa moja ya mitochondria, kwa mfano, ukosefu wa NADH dehydrogenase: enzyme ya kwanza kwenye mnyororo wa kupumua, ambao jukumu lake ni kuvua elektroni mbili kutoka kwa molekuli ya NADH, kuzihamishia kwa enzyme inayofuata, na kusukuma protoni 2-4 kwenye utando.

Kwa kweli, upungufu kama huo wa enzyme yoyote hufanyika mara nyingi, kwa sababu hushindwa mara kwa mara, kiwango cha chakula kinachotumiwa kinabadilika kila wakati, mahitaji ya seli kwa ATP pia huruka baada ya kuruka au kukata kwa mwili ulio na seli hii. Kwa hivyo, hali hiyo ni ya kawaida sana. Na kwa hivyo mitochondrion inatoa ishara: "Tunahitaji kujenga NADH dehydrogenase zaidi!" Kwa viwango vya rununu, wakati wa usafirishaji wa ishara hii ni muhimu sana, na kwa kweli inahitajika pia kuvuta RNA iliyojengwa kutoka kwa kiini kwenda kwenye saitoplazimu, tengeneza protini kutoka kwake, tupeleke kwa mitochondria ..

Na hapa ndipo shida inapojitokeza ambayo ni muhimu zaidi kuliko kupoteza muda wa ziada: wakati wa kuunda protini maalum za mitochondriamu, zimewekwa alama na ishara "toa kwa mitochondria", lakini ipi? Haijulikani. Kwa hivyo, kila mitochondria mia kadhaa huanza kupokea protini ambazo hazihitaji. Kiini hutumia rasilimali kwenye uzalishaji na utoaji wao, mitochondria imejazwa na minyororo ya ziada ya kupumua (ambayo husababisha kutofaulu kwa michakato ya kupumua), na mitochondria pekee ambayo inahitaji protini hizi haizipati kwa idadi ya kutosha, kwa sababu inapata, bora , mia ya zinazozalishwa. Kwa hivyo, anaendelea kutuma ishara za shida na machafuko yanaendelea. Hata kutoka kwa maelezo haya ya kijinga na ya kijuu juu ya kile kinachotokea, ni wazi kwamba seli kama hiyo haiwezi kutumika. Na kwamba kuna jeni ambazo zinapaswa kusomwa na kutafsiriwa moja kwa moja kwenye mitochondria ili kudhibiti michakato inayotokea ndani yake, na sio kutegemea mpango wa utengenezaji wa misumari iliyozinduliwa na chama cha kiini ... ambayo ni protini za mnyororo wa kupumua kwa mitochondria zote mara moja.

Baada ya kukagua ni nini haswa kinachozalishwa na viumbe tofauti vilivyobaki kwenye mitochondria (na kwa hivyo kusonga m-jeni ndani ya kiini kwa uhuru kwa kila mmoja), tuligundua kuwa hizi ndio vitu vya ujenzi wa minyororo ya kupumua na ATPase, na vile vile ribosomes (ambayo ni sehemu kuu ya vifaa vya utangazaji).

Unaweza kusoma zaidi juu ya hii (na sio tu) kutoka Lane in "Nishati, Jinsia, Kujiua: Mitochondria na Maana ya Maisha"... Kweli, unaweza kulinganisha tu mchoro wa DNA ya mitochondrial, ambapo bidhaa zilizosimbwa zimesimbwa (kulia kwa aya hii), na mchoro wa mnyororo wa kupumua (hapo juu), ili iwe wazi ni nini hasa kinazalishwa katika mitochondria. Kwa kweli, sio kila protini iliyoingizwa kwenye mnyororo huu hutengenezwa ndani, zingine hujengwa kwenye saitoplazimu ya seli. Lakini "nanga" kuu ambazo sehemu zingine zinashikilia zinaundwa ndani ya mitochondria. Hiyo hukuruhusu utengeneze enzymes nyingi kama inahitajika, na haswa mahali zinahitajika.

Jinsi mitochondria inavyohusiana na ngono na jinsi genomes tofauti zinakaa katika seli moja, nitaandika katika moja ya sura zifuatazo za mstari huu.

Utangulizi

Robo ya karne ilipita tangu kugunduliwa kwa molekuli za DNA katika mitochondria kabla ya wanabaolojia wa molekuli na saikolojia kuwavutia, na vile vile maumbile, wanageuzi, na vile vile wataalam wa paleontologists na wanasayansi wa uchunguzi. Nia hiyo kubwa ilichochewa na kazi ya A. Wilson wa Chuo Kikuu cha California. Mnamo 1987, alichapisha matokeo ya uchambuzi wa kulinganisha wa DNA ya mitochondria iliyochukuliwa kutoka kwa wawakilishi 147 wa makabila tofauti ya jamii zote za wanadamu wanaoishi katika mabara matano. Kwa aina, eneo na idadi ya mabadiliko ya mtu binafsi, ilianzishwa kuwa DNA yote ya mitochondrial ilitoka kwa mlolongo mmoja wa nyukleotidi wa mababu kwa utofauti. Katika vyombo vya habari vya uwongo-kisayansi, hitimisho hili lilitafsiriwa kwa njia rahisi sana - wanadamu wote walitoka kwa mwanamke mmoja aliyeitwa Hawa wa mitochondrial (kwani binti na wana hupokea mitochondria tu kutoka kwa mama yao), ambaye aliishi Kaskazini mwa Afrika karibu miaka elfu 200. iliyopita ... Baada ya miaka 10, iliwezekana kufafanua kipande cha DNA ya mitochondrial iliyotengwa na nyigu za Neanderthal, na kukadiria maisha ya babu wa mwisho wa mwanadamu na Neanderthal katika miaka elfu 500 iliyopita.

Leo, genetics ya binadamu ya mitochondrial inaendelea sana kwa idadi ya watu na katika hali ya matibabu. Uhusiano umeanzishwa kati ya magonjwa kadhaa mabaya ya urithi na kasoro katika DNA ya mitochondrial. Mabadiliko ya maumbile yanayohusiana na kuzeeka hutamkwa zaidi katika mitochondria. Je! Ni genome ya mitochondrial, ambayo hutofautiana kwa wanadamu na wanyama wengine kutoka kwa mimea, kuvu na protozoa kwa saizi, umbo, na uwezo wa maumbile? Jukumu ni nini, inafanyaje kazi na jinsi genome ya mitochondrial ilitokea kwa taxa tofauti kwa jumla na kwa wanadamu haswa? Hii ndio itajadiliwa katika insha yangu "ndogo na ya kawaida".

Mbali na DNA, tumbo la mitochondrial lina ribosomes yake mwenyewe, ambayo hutofautiana katika sifa nyingi kutoka kwa ribosomes ya eukaryotic iliyo kwenye utando wa reticulum ya endoplasmic. Walakini, kwenye ribosomes ya mitochondria, hakuna zaidi ya 5% ya protini zote zinazounda muundo wao. Protini nyingi ambazo hufanya miundo ya kimuundo na inayofanya kazi ya mitochondria imeambatanishwa na genome ya nyuklia, iliyotengenezwa kwenye ribosomes ya reticulum ya endoplasmic, na kusafirishwa kupitia njia zake kwenye eneo la mkutano. Kwa hivyo, mitochondria ni matokeo ya juhudi za pamoja za jenomu mbili na mashine mbili za unukuzi na tafsiri. Enzymes zingine za njia ya upumuaji ya mitochondrial zinajumuisha polypeptides tofauti, ambazo zingine zimesimbwa na nyuklia na zingine na genome ya mitochondrial. Kwa mfano, enzyme muhimu ya fosforasi ya oksidi, cytochrome c oxidase katika chachu, ina sehemu ndogo tatu zilizosimbwa na kutengenezwa katika mitochondria na nne zilizosimbwa kwenye kiini cha seli na kuunganishwa katika saitoplazimu. Usemi wa jeni nyingi za mitochondriamu unadhibitiwa na jeni maalum kwenye kiini.

Nadharia ya Symbiotic ya asili ya mitochondria

Dhana juu ya asili ya mitochondria na plastidi za mimea kutoka kwa bakteria ya ndani-endosymbionts ilionyeshwa na R. Altman nyuma mnamo 1890. Wakati wa karne ya maendeleo ya haraka ya biokemia, saitolojia, genetiki na biolojia ya Masi iliyoonekana nusu karne iliyopita, nadharia ilikua katika nadharia kulingana na idadi kubwa ya vitu vyenye ukweli .. Kiini chake ni kama ifuatavyo: na kuonekana kwa bakteria ya photosynthesizing, oksijeni iliyokusanywa katika anga ya Dunia - pato la kimetaboliki yao. Pamoja na kuongezeka kwa mkusanyiko wake, maisha ya heterotrophs ya anaerobic ikawa ngumu zaidi, na baadhi yao, kupata nishati, ilipita kutoka kwa uchachu wa mafuta na fosforasi ya oksidi. Hterotrophs kama hizo za aerobic zinaweza, kwa ufanisi mkubwa kuliko bakteria ya anaerobic, kuvunja vitu vya kikaboni vilivyoundwa kama matokeo ya usanidinolojia. Baadhi ya aerobes ya kuishi bure walinaswa na anaerobes, lakini sio "mwilini", lakini iliyohifadhiwa kama vituo vya nishati, mitochondria. Mitochondria haipaswi kutazamwa kama watumwa waliochukuliwa mfungwa kusambaza seli na molekuli za ATP ambazo haziwezi kupumua. Badala yake, wao ni "viumbe" ambao, nyuma ya Proterozoic, walipata makao bora kwao na kwa watoto wao, ambapo unaweza kutumia bidii kidogo bila kuhatarisha kuliwa.

Ukweli mwingi huzungumza kwa kupendelea nadharia ya ishara:

Ukubwa na maumbo ya mitochondria na bakteria ya aerobic ya kuishi bure ni sawa; zote zina molekuli za duara za DNA ambazo hazihusiani na histones (tofauti na DNA ya nyuklia yenye mstari);

Kwa upande wa mfuatano wa nyukleotidi, RNA za ribosomal na usafirishaji wa mitochondria hutofautiana na zile za nyuklia, wakati zinaonyesha kufanana kwa kushangaza na molekuli sawa za eubacteria ya gramu-hasi ya aerobic;

Polymerase ya Rito ya Mitochondrial, ingawa imesimbwa kwenye kiini cha seli, imezuiliwa na rifampicin, kama ile ya bakteria, na polima ya eukaryotic ya RNA haijali dawa hii;

Usanisi wa protini katika mitochondria na bakteria hukandamizwa na viuatilifu vile vile ambavyo haviathiri ribosomes ya eukaryotes;

Utungaji wa lipid wa utando wa ndani wa mitochondria na plasmalemma ya bakteria ni sawa, lakini ni tofauti sana na ile ya utando wa nje wa mitochondria, ambayo ni sawa na utando mwingine wa seli za eukaryotic;

Cristae, iliyoundwa na utando wa ndani wa mitochondrial, ni milinganisho ya mabadiliko ya utando wa mesosomal wa prokaryotes nyingi;

Hadi sasa, viumbe vimenusurika ambavyo vinaiga fomu za kati kwenye njia ya malezi ya mitochondria kutoka kwa bakteria (amoeba ya zamani Pelomyxa haina mitochondria, lakini kila wakati ina bakteria ya endosymbiotic).

Kuna wazo kwamba falme tofauti za eukaryotes zilikuwa na mababu tofauti na endosymbiosis ya bakteria ilitokea katika hatua tofauti za uvumbuzi wa viumbe hai. Hii pia inathibitishwa na tofauti katika muundo wa genomes ya mitochondrial ya protozoa, kuvu, mimea na wanyama wa juu. Lakini katika hali zote, sehemu kuu ya jeni kutoka promitochondria iliingia kwenye kiini, labda kwa msaada wa vitu vya maumbile vya rununu. Wakati sehemu ya genome ya moja ya ishara imejumuishwa kwenye genome ya nyingine, ujumuishaji wa vielelezo haubadiliki. Genome mpya inaweza kuunda njia za kimetaboliki ambazo husababisha malezi ya bidhaa muhimu ambazo haziwezi kutengenezwa na washirika wowote mmoja mmoja. Kwa hivyo, ujumuishaji wa homoni za steroid na seli za gamba la adrenal ni mnyororo tata wa athari, zingine ambazo hufanyika katika mitochondria, na zingine kwenye endoplasmic reticulum. Kwa kukamata jeni za promitochondria, kiini kiliweza kudhibiti kwa uaminifu kazi za ishara. Kiini hujumuisha protini zote na usanisi wa lipid wa utando wa nje wa mitochondria, protini nyingi za tumbo na utando wa ndani wa organelles. Jambo muhimu zaidi, kiini huweka enzymes za kuiga, kunakili, na kutafsiri mtDNA, na hivyo kudhibiti ukuaji na uzazi wa mitochondria. Kiwango cha ukuaji wa washirika wa ishara lazima iwe sawa. Ikiwa mwenyeji anakua haraka, basi kwa kila kizazi idadi ya ishara kwa kila mtu itapungua, na mwishowe, kizazi bila mitochondria kitaonekana. Tunajua kuwa katika kila seli ya kiumbe kinachozaa kingono, kuna mitochondria nyingi, ambazo zinaiga DNA yao katika kipindi kati ya mgawanyiko wa mwenyeji. Hii inahakikisha kwamba kila seli ya binti itapokea angalau nakala moja ya genome ya mitochondrial.

Jukumu la kiini cha seli katika biogenesis ya mitochondrial

Aina fulani ya chachu ya mutant ina ufutaji mkubwa katika DNA ya mitochondrial, ambayo inasababisha kukomesha kabisa usanisi wa protini katika mitochondria; kama matokeo, organelles hizi haziwezi kutekeleza kazi yao. Kwa kuwa, wakati wa kukua kwa njia ya kati na kiwango cha chini cha sukari, mutants kama hizo huunda makoloni madogo, huitwa saitoplazimu mutantamindogo.

Ijapokuwa mutants ndogo hazina usanisi wa protini ya mitochondrial na kwa hivyo haifanyi mitochondria ya kawaida, mutants vile bado zina promitochondria, ambayo, kwa kiwango fulani, ni sawa na mitochondria ya kawaida, ina utando wa kawaida wa nje na utando wa ndani na cristae iliyoendelea vibaya. Katika promitochondria kuna enzymes nyingi zilizosimbwa na jeni za nyuklia na zimetengenezwa kwenye ribosomes ya saitoplazimu, pamoja na DNA na RNA polymerases, Enzymes zote za mzunguko wa asidi ya citric na protini nyingi zinazounda utando wa ndani. Hii inaonyesha wazi jukumu kuu la genome ya nyuklia katika biogenesis ya mitochondrial.

Inafurahisha kutambua kwamba ingawa vipande vya DNA vilivyopotea vinachukua 20 hadi zaidi ya 99.9% ya jenomu ya mitochondriamu, jumla ya DNA ya mitochondrial katika mutants ndogo daima hubaki katika kiwango sawa na katika aina ya mwitu. Hii ni kwa sababu ya mchakato ambao bado haujasomwa vizuri wa ukuzaji wa DNA, kama matokeo ambayo molekuli ya DNA huundwa, iliyo na kurudia kwa sanjari ya mkoa huo na sawa na saizi ya molekuli ya kawaida. Kwa mfano. 0,1% genome ya aina ya mwitu itajengwa kutoka nakala 1000 za kipande kilichobaki. Kwa hivyo, mutants ndogo inaweza kutumika kupata katika idadi kubwa ya mikoa fulani ya DNA ya mitochondrial, ambayo, mtu anaweza kusema, imeundwa na maumbile yenyewe.

Ingawa biogenesis ya organelles inadhibitiwa haswa na jeni za nyuklia, organelles zenyewe, kwa kuangalia data zingine, zina aina fulani ya ushawishi wa kanuni juu ya kanuni ya maoni; kwa hali yoyote, hii ndio kesi na mitochondria. Ikiwa unazuia usanisi wa protini kwenye mitochondria ya seli zisizobadilika, basi Enzymes zinazohusika na usanisi wa mitochondrial ya DNA, RNA na protini zinaanza kuunda zaidi ya saitoplazimu, kana kwamba seli inajaribu kushinda athari ya wakala wa kuzuia. Lakini, ingawa uwepo wa aina fulani ya ishara kutoka kwa mitochondria haina shaka, asili yake bado haijulikani.

Kwa sababu kadhaa, mifumo ya biogenesis ya mitochondrial sasa inasomwa katika hali nyingi katika tamaduni Saccharomyces carlsbergensis(chachu ya bia na S. cerevisiae(chachu ya mwokaji). Kwanza, wakati wa kuongezeka kwa glukosi, chachu hizi zinaonyesha uwezo wa kipekee wa kuwepo tu kupitia glikolisisi, ambayo ni, bila kufanya kazi ya mitochondrial. Hii inafanya uwezekano wa kusoma mabadiliko katika DNA ya mitochondrial na nyuklia ambayo inazuia ukuaji wa organelles hizi. Mabadiliko kama haya ni hatari kwa karibu viumbe vingine vyote. Pili, chachu - eukaryoti rahisi za unicellular - ni rahisi kulima na kupima biochemically. Mwishowe, chachu inaweza kuzidisha katika awamu zote za haploid na diploid, kawaida kwa mchakato wa kuchipua asexual (mitosis asymmetric). Lakini chachu pia ina mchakato wa kijinsia: mara kwa mara, seli mbili za haploid huungana, na kutengeneza zygote ya diploid, ambayo hugawanyika na mitosis au hupata meiosis na tena hutoa seli za haploid. Kwa kudhibiti ubadilishaji wa uzazi wa kijinsia na ujinsia wakati wa jaribio, unaweza kujifunza mengi juu ya jeni zinazohusika na kazi ya mitochondria. Kutumia njia hizi, inawezekana, haswa, kujua ikiwa jeni kama hizo zimepatikana katika DNA ya nyuklia au mitochondrial, kwani mabadiliko ya jeni za mitochondriamu hayarithiwi kulingana na sheria za Mendel, ambazo zinasimamia urithi wa jeni za nyuklia.

Mifumo ya usafirishaji wa mitochondrial

Protini nyingi zilizomo kwenye mitochondria na kloroplast zinaingizwa kwenye organelles hizi kutoka kwa cytosol. Hii inaibua maswali mawili: je! Seli huelekezaje protini kwa chombo kizuri, na protini hizi zinaingiaje?

Jibu la sehemu lilipatikana wakati wa kusoma usafirishaji wa sehemu ndogo ndogo (S) ya enzyme kwenye stroma ya kloroplast ribulose-1,5-bisphosphate-kaboksidiwavivu. Ikiwa mRNA imetengwa na saitoplazimu ya mwani wa seli moja Chlamydomonas au kutoka kwa majani ya njegere, yaliyoletwa kama tumbo kwenye mfumo wa uundaji wa protini katika vitro, basi moja ya protini nyingi zilizoundwa zitafungwa na anti-S-antibody maalum. Protini ya S, iliyotengenezwa kwa vitro, inaitwa pro-S, kwani ni kubwa kuliko protini ya kawaida ya S na mabaki ya asidi ya amino 50. Wakati protini ya pro-S inapochanganywa na kloroplast zisizobadilika, huingia ndani ya organelles na hubadilishwa hapo chini ya hatua ya peptidase kuwa S-protini. Kisha S-protini hufunga kwenye sehemu ndogo ya ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase, iliyotengenezwa kwenye ribosomes ya kloroplast, na hufanya enzyme inayofanya kazi nayo katika stroma ya chloroplast.

Utaratibu wa uhamishaji wa S-protini haujulikani. Inaaminika kuwa pro-S inamfunga protini ya kipokezi iliyoko kwenye utando wa nje wa kloroplast au mahali pa kuwasiliana kati ya utando wa nje na wa ndani, na kisha husafirishwa kwa stroma kupitia njia za kupitisha kama matokeo ya nguvu- mchakato mkali.

Protini husafirishwa kwenda mitochondria kwa njia ile ile. Ikiwa chachu ya mitochondria iliyosafishwa imechanganywa na dondoo la seli iliyo na protini za chachu zenye mionzi mpya, inaweza kuzingatiwa kuwa protini za mitochondrial zilizosimbwa na genome ya nyuklia zimetenganishwa na protini zisizo za mitochondrial za saitoplazimu na zinajumuishwa kwa mitochondria, kama vile zinavyofanya. kwenye seli isiyobadilika. Katika kesi hiyo, protini za utando wa nje na wa ndani, tumbo na nafasi ya katikati huingia kwenye sehemu inayofanana ya mitochondrial.

Protini nyingi mpya zilizopangwa iliyoundwa kwa utando wa ndani, tumbo, na nafasi ya katikati ina peptidi ya kiongozi kwenye N-terminus yao, ambayo imegawanywa na proteni maalum kwenye tumbo wakati wa usafirishaji. Uhamisho wa protini kwa sehemu hizi tatu za mitochondrial inahitaji nguvu ya gradient ya protoni ya elektroniki iliyoundwa kwenye utando wa ndani. Utaratibu wa uhamishaji wa protini kwa utando wa nje ni tofauti: katika kesi hii, hakuna matumizi ya nishati wala utaftaji wa proteni ya protini ya mtangulizi inahitajika. Uchunguzi huu na mengine yanaonyesha kwamba vikundi vyote vinne vya protini za mitochondrial husafirishwa kwa organelle na utaratibu ufuatao: inadhaniwa kwamba protini zote, isipokuwa zile zilizokusudiwa utando wa nje, zimejumuishwa kwenye utando wa ndani kama matokeo ya mchakato. ambayo inahitaji nguvu na hufanyika katika sehemu za mawasiliano za utando wa nje na wa ndani. Inavyoonekana, baada ya kuingizwa kwa protini hii ndani ya utando, hupitia utaftaji wa proteni, ambayo inasababisha mabadiliko katika muundo wake; kulingana na jinsi mabadiliko yanabadilika, protini hiyo inaweza kudumu kwenye membrane au "kusukuma" ndani ya tumbo au kwenye nafasi ya kati.

Uhamisho wa protini kupitia utando wa mitochondria na kloroplast ni, kwa kanuni, inafanana na uhamishaji wao kupitia utando wa reticulum ya endoplasmic. Walakini, kuna tofauti kadhaa muhimu hapa. Kwanza, wakati unasafirishwa kwa tumbo au stroma, protini hupita kwenye utando wa nje na wa ndani wa chombo, wakati unasafirishwa kwenye mwangaza wa reticulum ya endoplasmic, molekuli hupita kwenye membrane moja tu. Kwa kuongezea, uhamishaji wa protini ndani ya reticulum hufanywa kwa kutumia utaratibu kuondolewa kwa mwelekeo(kutokwa kwa vectorial) - huanza wakati protini bado haijaacha kabisa ribosome (kuagiza kuingiza tafsiri), na kuhamisha kwa mitochondria na kloroplast hufanyika baada ya kukamilika kabisa kwa molekuli ya protini (kuagiza baada ya kutafsiri).

Licha ya tofauti hizi, katika hali zote mbili, seli huunganisha protini za mtangulizi zilizo na mlolongo wa ishara ambayo huamua ni utando gani protini inayopewa inaelekezwa. Inavyoonekana, katika hali nyingi, mlolongo huu umewekwa kutoka kwa molekuli ya mtangulizi baada ya kukamilika kwa mchakato wa usafirishaji. Walakini, protini zingine hutengenezwa mara moja katika fomu yao ya mwisho. Inaaminika kuwa katika hali kama hizi mlolongo wa ishara umewekwa ndani ya mnyororo wa polypeptide ya protini ya mwisho. Utaratibu wa ishara bado haueleweki vizuri, lakini lazima kuna aina kadhaa za mfuatano kama huo, ambayo kila moja huamua uhamishaji wa molekuli ya protini kwenda mkoa maalum wa seli. Kwa mfano, kwenye seli ya mmea, protini zingine, ambazo usanisi wake huanzia cytosol, husafirishwa kwenda mitochondria, zingine kwa kloroplast, zingine kwa peroxisomes, na zingine kwa endoplasmic reticulum. Michakato tata inayoongoza kwa usambazaji sahihi wa protini ndani ya seli sasa inaeleweka.

Mbali na asidi ya kiini na protini, lipids zinahitajika kujenga mitochondria mpya. Tofauti na kloroplast, mitochondria hupokea lipids zao nyingi kutoka nje. Katika seli za wanyama, phospholipids iliyotengenezwa kwenye reticulum ya endoplasmic husafirishwa kwenye membrane ya nje ya mitochondria kwa msaada wa protini maalum, na kisha kuingizwa kwenye utando wa ndani; hii inaaminika kutokea wakati wa kuwasiliana kati ya utando huo. Mmenyuko kuu wa lipid biosynthesis, iliyochochewa na mitochondria yenyewe, ni ubadilishaji wa asidi ya phosphatidic ndani ya moyo wa phospholipid, ambayo hupatikana haswa kwenye membrane ya ndani ya mitochondrial na hufanya karibu 20% ya lipids zake zote.

Ukubwa na sura ya genomes ya mitochondrial

Hadi sasa, zaidi ya jenomu 100 tofauti za mitochondrial zimesomwa. Seti na idadi ya jeni zao katika DNA ya mitochondrial, ambayo mlolongo wa nyukleotidi umedhamiriwa kabisa, hutofautiana sana katika spishi tofauti za wanyama, mimea, kuvu na protozoa. Idadi kubwa ya jeni inayopatikana kwenye genome ya mitochondriamu ya protozoan ya flagellate Rectinomo-nas americana- jeni 97, pamoja na jeni zote za kuweka protini zinazopatikana kwenye mtDNA ya viumbe vingine. Katika wanyama walio juu zaidi, jenomu ya mitochondrial ina jeni 37: 13 kwa protini za mnyororo wa kupumua, 22 kwa tRNA, na mbili kwa rRNA (kwa sehemu kubwa ya ribosome 16S rRNA na kwa 12S rRNA ndogo). Katika mimea na protozoa, tofauti na wanyama na fungi nyingi, protini zingine ambazo hufanya ribosomes ya organelles hizi zimesimbwa kwenye genome ya mitochondrial. Enzymes muhimu ya muundo wa muundo wa polynucleotide, kama vile DNA polymerase (kuiga DNA ya mitochondrial) na RNA polymerase (inayoandika genome ya mitochondrial), imewekwa kwenye kiini na imejumuishwa kwenye ribosomes ya cytoplasmic. Ukweli huu unaonyesha uhusiano wa uhuru wa mitochondrial katika safu ngumu ya seli ya eukaryotic.

Jenomu ya mitochondria ya spishi tofauti hutofautiana tu katika seti ya jeni, mpangilio wa mpangilio wao na usemi, lakini kwa saizi na umbo la DNA. Idadi kubwa ya jenomu za mitochondrial zilizoelezewa leo ni molekuli zenye mviringo zilizo na nyuzi mbili za DNA. Katika mimea mingine, pamoja na fomu za duara, kuna zile zenye mstari, na katika protozoa zingine, kwa mfano, ciliates, ni DNA tu ya mstari inayopatikana katika mitochondria.

Kama sheria, kila mitochondrion ina nakala kadhaa za genome yake. Kwa hivyo, kwenye seli za ini ya binadamu kuna karibu mitochondria elfu mbili, na katika kila moja kuna genome 10 zinazofanana. Katika fibroblast ya panya kuna mitochondria 500 iliyo na genomes mbili, na kwenye seli za chachu S. cerevisiae- hadi mitochondria 22 na genomes nne.

DIV_ADBLOCK1003 ">

Kielelezo 2. Mpango wa malezi ya laini (A), mviringo (B), mnyororo (C) oligomers za mtDNA. ori - mkoa wa mwanzo wa kuiga DNA.

Ukubwa wa genome ya mitochondria ya viumbe anuwai huanzia chini ya jozi msingi elfu 6 kwenye plasmodium ya malaria (kwa kuongeza jeni mbili za rRNA, ina jeni tatu tu za kusimba protini) kwa mamia ya maelfu ya jozi za nyukleotidi kwenye mimea ya ardhini (kwa mfano, ndani Arabidopsis thaliana kutoka kwa familia ya cruciferous jozi za msingi 366924). Wakati huo huo, tofauti za mara 7-8 kwa saizi ya mtDNA ya mimea ya juu hupatikana hata ndani ya familia moja. Urefu wa mtDNA wa uti wa mgongo hutofautiana kidogo: kwa wanadamu - jozi msingi 16,569, katika nguruwe - 16350, katika dolphin - 16330, katika chura aliyekatwakatwa Xenopus laevis- 17533, katika carp - 16400. Jenomu hizi pia zinafanana katika ujanibishaji wa jeni, nyingi ambazo ziko mwisho-mwisho; wakati mwingine huingiliana, kwa kawaida na nyukleotidi moja, ili nucleotidi ya mwisho ya jeni moja iwe ya kwanza katika inayofuata. Tofauti na uti wa mgongo, katika mimea, kuvu, na protozoa, mtDNA zina hadi 80% ya mpangilio ambao sio wa kuweka alama. Utaratibu wa jeni katika jenomu za mitochondrial hutofautiana kutoka spishi hadi spishi.

Mkusanyiko mkubwa wa spishi tendaji za oksijeni katika mitochondria na mfumo dhaifu wa ukarabati huongeza mzunguko wa mabadiliko ya mtDNA ikilinganishwa na ile ya nyuklia kwa agizo la ukubwa. Vipimo vya oksijeni husababisha ubadilishaji maalum wa C®T (deamination ya cytosine) na GT®T (uharibifu wa kioksidishaji kwa guanine), kama matokeo ambayo, labda, mtDNA ina utajiri wa jozi za AT. Kwa kuongeza, mtDNA zote zina mali ya kupendeza - sio methylated, tofauti na DNA ya nyuklia na prokaryotic. Inajulikana kuwa methylation (mabadiliko ya kemikali ya muda mfupi ya mlolongo wa nyukleotidi bila kuvuruga kazi ya kuweka alama ya DNA) ni moja wapo ya utaratibu wa usitishaji wa jeni uliopangwa.

Ukubwa na muundo wa molekuli za DNA katika organelles

Kiasi cha jamaa ya DNA ya seli katika seli zingine na tishu

Kazi ya genome ya mitochondrial

Je! Ni nini maalum juu ya utaratibu wa kuiga na kunakili kwa DNA ya mitochondrial ya mamalia?

Nyongeza "href =" / maandishi / kategoria / komplementarij / "rel =" bookmark "> nyuzi za ziada katika mtDNA zinatofautiana sana katika mvuto maalum, kwani zina viwango tofauti vya purine" nzito "ya purine na" mwanga "wa pyrimidine. - H (nzito - nzito) na L (taa nyepesi) mwanzoni mwa kuiga kwa molekuli ya mtDNA, kinachojulikana kama D-kitanzi (kutoka kitanzi cha Kiingereza Displace-ment) huundwa. - osp, ina sehemu iliyoshonwa mara mbili na iliyokatwa moja (sehemu iliyoondolewa ya sehemu ya mnyororo H) mwisho wa mbegu ya ribonucleotide, ambayo inalingana na hatua ya kuanzisha usanisi wa mnyororo wa H (oriH). Mchanganyiko wa mnyororo wa L huanza tu wakati binti H-mnyororo anafikia hatua ya L. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba mkoa wa kuanza kwa kurudia kwa mnyororo wa L unapatikana kwa Enzymes ya usanisi wa DNA kwa njia moja tu hali, na, kwa hivyo, tu katika helix mbili isiyofungwa katika muundo wa mnyororo wa H. Kwa hivyo, nyuzi za binti za mtDNA zimetengenezwa kwa kuendelea na kwa usawa (Mtini. 3).

Kielelezo 3. Mpango wa kuiga mtDNA wa mamalia. Kwanza, kitanzi cha D kinaundwa, halafu binti H-mnyororo hutengenezwa, kisha muundo wa binti L-mnyororo huanza.

Mwisho wa jeni la 16R rNA (Mtini. 4). Kuna nakala 10 zaidi ya nakala fupi kuliko zile ndefu. Kama matokeo ya kukomaa (usindikaji), 12S rRNA na 16S rRNA huundwa kutoka kwao, ambayo inahusika katika malezi ya ribosomes ya mitochondrial, pamoja na phenylalanine na valine tRNA. TRNA zilizobaki hutolewa kutoka kwa maandishi marefu na mRNA zilizotafsiriwa hutengenezwa, hadi "miisho 3 ambayo mfuatano wa polyadenyl umeambatanishwa. Miisho 5" ya mRNA hizi hazijapigwa, ambayo sio kawaida kwa eukaryotes. Hakuna splicing (splicing) inayotokea, kwani hakuna jeni la mitochondriamu ya mamalia iliyo na ndani.

Kielelezo 4. Unukuzi wa mtDNA ya binadamu iliyo na jeni 37. Nakala zote zinaanza kutengenezwa katika mkoa wa H. H. RNA za Ribosomal zinatolewa kutoka kwa hati ndefu na fupi za mnyororo wa H. tRNA na mRNA hutengenezwa kama matokeo ya usindikaji kutoka kwa maandishi ya nyuzi zote za DNA. Jeni za tRNA zinaonyeshwa kwa kijani kibichi.

Je! Unataka kujua nini mshangao mwingine wa genome ya mitochondrial inaweza kuwasilisha? Nzuri! Soma! ..

Kiongozi na mkoa wa 3'-noncoding, kama mRNA nyingi za nyuklia. Jeni kadhaa pia zina introni. Kwa hivyo, kwenye sanduku la jeni la kisanduku cytochrome oxidase b, kuna viini viwili. Kutoka kwa nakala ya msingi ya RNA kiotomatiki (bila ushiriki wa yoyote au protini) nakala ya intron ya kwanza hukatwa. RNA iliyobaki hutumika kama kiolezo cha uundaji wa enzyme maturase, ambayo inahusika katika kusanya. Maturase anawakata, akiharibu mRNA yake mwenyewe, nakala za exon zimeunganishwa pamoja, na mRNA ya cytochrome oxidase b imeundwa (Mtini. 5.) Ugunduzi wa jambo kama hilo ulilazimisha kutafakari tena wazo la introni kama "hakuna kuweka alama yoyote mlolongo ”.

Kielelezo 5. Usindikaji (kukomaa) ya cytochrome oxidase b mRNA katika chachu mitochondria. Katika hatua ya kwanza ya kusambaza, mRNA huundwa, ambayo maturase imeundwa, ambayo ni muhimu kwa hatua ya pili ya kusambaza.

Wakati wa kusoma usemi wa jeni za mitochondrial Trypanosoma brucei kupotoka kwa kushangaza kutoka kwa moja ya msingi wa biolojia ya molekuli iligunduliwa, ambayo inasema kwamba mlolongo wa nyukleotidi katika mRNA inafanana kabisa na katika maeneo ya usimbuaji wa DNA. Ilibadilika kuwa mRNA ya moja ya sehemu ndogo za cytochrome c oxidase inarekebishwa, ambayo ni, baada ya unukuzi, muundo wake wa msingi hubadilika - mikojo minne imeingizwa. Kama matokeo, mRNA mpya imeundwa, ambayo hutumika kama kiolezo cha muundo wa sehemu ndogo ya enzyme, mlolongo wa asidi ya amino ambayo haihusiani na mlolongo. Virus "href =" / text / jamii / virus / "rel =" bookmark "> virusi, fungi, Mtafiti wa Kiingereza Burrell alilinganisha muundo wa moja ya jeni la mitochondrial ya ndama na mlolongo wa asidi ya amino kwenye sehemu ndogo ya cytochrome oxidase iliyosimbwa na jeni hii. ni" bora ", Hiyo ni, inatii sheria ifuatayo: "ikiwa kodoni mbili zina nyukotidi mbili zinazofanana, na nyukleotidi ya tatu ni ya darasa moja (purine - A, G, au pyrimidine - Y, C), basi husimba asidi hiyo ya amino. ”Kuna tofauti mbili kwa sheria hii katika kanuni ya ulimwengu: AUA triplet encode isoleucine, na AUG codon hujumuisha methionine, wakati iko katika nambari bora ya mitochondrial, zote hizi tatu oder methionine; utatu wa UGG husimba tu tryptophan, na utatu wa UGA husimba kodoni ya kusimama. Katika nambari ya ulimwengu, tofauti zote mbili zinahusiana na wakati wa kimsingi wa usanisi wa protini: codon ya AUG ndiye mwanzilishi, na UGA simamisha kodoni huacha usanisi wa polypeptide. Nambari bora sio asili katika mitochondria yote iliyoelezewa, lakini hakuna hata moja inayo nambari ya ulimwengu. Inaweza kusema kuwa mitochondria huzungumza lugha tofauti, lakini kamwe usizungumze lugha ya kiini.

Tofauti kati ya nambari ya maumbile ya "ulimwengu wote" na nambari mbili za mitochondrial

Kama ilivyotajwa tayari, kuna jeni 22 za tRNA kwenye genome ya mitochondrial ya wenye uti wa mgongo. Je! Ni vipi, seti hiyo isiyokamilika hutumikia kodoni zote 60 za asidi za amino (kwa nambari bora ya mapacha 64, kuna kodoni nne za kusimama, kwa moja - tatu)? Ukweli ni kwamba wakati wa usanisi wa protini katika mitochondria, mwingiliano wa codon-anticodon umerahisishwa - mbili kati ya nukotidi tatu za anticodon hutumiwa kutambuliwa. Kwa hivyo, tRNA moja inatambua washiriki wote wanne wa familia ya kodoni, ambayo hutofautiana tu katika nukleotidi ya tatu. Kwa mfano, leucine tRNA na anticodon ya GAU imesimama kwenye ribosome dhidi ya CUU za CODU, CUC, CUA, na CUG, inahakikisha kuingizwa kwa leucine isiyo na makosa kwenye mnyororo wa polypeptide. Codoni zingine mbili za leucine, UUA na UUG, zinatambuliwa na tRNA na anticodon AAU. Kwa jumla, molekuli nane tofauti za tRNA zinatambua familia nane za kodoni nne kila moja, na 14 tRNAs hutambua jozi tofauti za kodoni, ambayo kila mmoja hufunga asidi moja ya amino.

Ni muhimu kwamba enzymes za aminoacyl tRNA synthetase zinazohusika na kiambatisho cha asidi ya amino kwa tRNA inayofanana ya mitochondria imewekwa kwenye kiini cha seli na kuunganishwa kwenye ribosomes ya reticulum ya endoplasmic. Kwa hivyo, katika uti wa mgongo, vifaa vyote vya protini ya usanisi wa polypeptidi ya mitochondrial imewekwa kwenye kiini. Wakati huo huo, muundo wa protini katika mitochondria haukandamizwi na cycloheximide, ambayo inazuia kazi ya ribosomes ya eukaryotic, lakini ni nyeti kwa antibiotics erythromycin na chloramphenicol, ambayo inazuia usanisi wa protini katika bakteria. Ukweli huu hutumika kama moja ya hoja zinazopendelea asili ya mitochondria kutoka kwa bakteria ya aerobic wakati wa uundaji wa seli za eukaryotic.

Umuhimu wa kuwa na mfumo wako wa maumbile kwa mitochondria

Kwa nini mitochondria inahitaji mfumo wao wa maumbile, wakati viungo vingine, kama vile peroxisomes na lysosomes, hazina? Swali hili sio la maana sana, kwani kudumisha mfumo tofauti wa maumbile ni ghali kwa seli, ikipewa idadi inayotakiwa ya jeni za nyongeza katika genome ya nyuklia. Hapa protini za ribosomal, aminoacyl tRNA synthetases, DNA na RNA polymerases, usindikaji wa RNA na enzymes za urekebishaji, n.k zinapaswa kusimbwa. Protini nyingi zilizojifunza kutoka kwa mitochondria hutofautiana katika mlolongo wa asidi ya amino kutoka kwa milinganisho yao kutoka sehemu zingine za seli, na kuna sababu ya kuamini kuwa kuna protini chache sana kwenye viungo hivi ambazo zinaweza kupatikana mahali pengine. Hii inamaanisha kuwa tu kudumisha mfumo wa maumbile wa mitochondria, genome ya nyuklia lazima iwe na makumi kadhaa ya jeni za nyongeza. Sababu za "taka" hii hazieleweki, na matumaini kwamba kidokezo kitapatikana katika mlolongo wa nyukleotidi ya DNA ya mitochondriamu haikuthibitishwa. Ni ngumu kufikiria kwa nini protini zilizoundwa katika mitochondria lazima zijumuishwe hapo, na sio kwenye cytosol.

Kawaida, uwepo wa mfumo wa maumbile katika viungo vya nishati huelezewa na ukweli kwamba protini zingine zilizoundwa ndani ya organelle ni hydrophobic mno kupita kwenye membrane ya mitochondrial kutoka nje. Walakini, utafiti wa tata ya ATP-synthetase ilionyesha kuwa ufafanuzi kama huo hauwezekani. Ingawa sehemu ndogo za protini za synthetase ya ATP zimehifadhiwa sana wakati wa mageuzi, tovuti za usanisi wao hubadilika. Katika kloroplast, protini kadhaa za hydrophilic, pamoja na sehemu nne kati ya tano za sehemu ya F1-ATPase ya tata, huundwa kwenye ribosomes ndani ya organelle. Kinyume chake, kwenye uyoga Neurospora na kwenye seli za wanyama, sehemu ya hydrophobic sana (subunit 9) ya sehemu ya utando wa ATPase imeundwa kwenye ribosomes ya cytoplasmic na tu baada ya hapo kupita kwenye organelle. Ujanibishaji tofauti wa jeni zinazojumuisha sehemu ndogo za protini zinazofanana katika viumbe tofauti ni ngumu kuelezea kwa msaada wa nadharia yoyote inayoangazia faida fulani za mabadiliko ya mifumo ya jeni ya kisasa ya mitochondria na kloroplast.

Kuzingatia yote yaliyo hapo juu, inabaki tu kudhani kuwa mfumo wa maumbile wa mitochondria unawakilisha mwisho wa mauti wa mageuzi. Ndani ya mfumo wa nadharia ya mwisho-ya ishara, hii inamaanisha kuwa mchakato wa kuhamisha jeni za endosymbiont kwenye genome ya nyuklia ya mwenyeji ilisimama kabla haijakamilika kabisa.

Urithi wa cytoplasmic

Matokeo ya uhamishaji wa jeni la cytoplasmic kwa wanyama wengine, pamoja na wanadamu, ni mbaya zaidi kuliko chachu. Seli mbili za chachu ya haploid inayounganisha ina saizi sawa na inachangia kiwango sawa cha DNA ya mitochondrial kwa zygote inayosababishwa. Kwa hivyo, kwa chachu, genome ya mitochondriamu inarithiwa kutoka kwa wazazi wote wawili, ambayo hutoa mchango sawa kwa dimbwi la jeni la watoto (ingawa, baada ya vizazi kadhaa. kujitenga watoto mara nyingi huwa na mitochondria ya aina moja tu ya wazazi). Kinyume na hii, katika wanyama wa juu, seli ya yai huingiza cytoplasm zaidi ndani ya zygote kuliko manii, na kwa wanyama wengine, manii haiwezi kuongeza cytoplasm kabisa. Kwa hivyo, mtu anaweza kufikiria kuwa katika wanyama wa juu genome ya mitochondrial itapitishwa tu kutoka kwa mzazi mmoja (ambayo ni mama mistari); na kwa kweli, hii imethibitishwa na majaribio. Kwa mfano, ilibadilika kuwa wakati panya wa laini mbili za maabara zilizo na DNA ya mitochondrial tofauti kidogo katika mlolongo wa nyukleotidi (aina A na B) zinavuka, watoto hupatikana

iliyo na DNA ya mitochondrial tu ya aina ya mama.

Urithi wa Cytoplasmic, tofauti na urithi wa nyuklia, haitii sheria za Mendel. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba katika wanyama wa juu na mimea ya gametes kutoka jinsia tofauti zina idadi isiyo na kifani ya mitochondria. Kwa hivyo, katika ovum ya panya kuna mitochondria 90,000, na kwenye manii - nne tu. Kwa wazi, katika yai lililorutubishwa, mitochondria ni kubwa au tu kutoka kwa mwanamke, i.e., urithi wa jeni zote za mitochondriamu ni mama. Uchunguzi wa maumbile ya urithi wa saitoplazimu ni ngumu kwa sababu ya mwingiliano wa nyuklia-cytoplasmic. Katika kesi ya utasa wa kiume wa saitoplazimu, genome ya mitochondrial inayobadilika huingiliana na jeni fulani za nyuklia, viboreshaji ambavyo ni muhimu kwa ukuzaji wa tabia hiyo. Njia kuu za jeni hizi, zote mbili katika hali za homo- na heterozygous, hurejesha kuzaa kwa mmea bila kujali hali ya genome ya mitochondrial.

Ningependa kukaa juu ya utaratibu wa urithi wa jeni la mama kwa kutoa mfano maalum. Ili mwishowe na bila kueleweka tuelewe utaratibu wa urithi usio wa Mendelian (cytoplasmic) wa jeni za mitochondrial, wacha tuchunguze kile kinachotokea kwa jeni kama hizi wakati seli mbili za haploid zinachanganya kuunda zygote ya diploid. Katika kesi wakati kiini kimoja cha chachu kinabeba mabadiliko ambayo huamua upinzani wa usanisi wa protini ya mitochondrial kwa chloramphenicol, na nyingine, seli ya aina ya mwitu, ni nyeti kwa dawa hii: jeni za mutant zinaweza kutambuliwa kwa urahisi na chachu inayokua kati na glycerol, ambayo inaweza kutumika tu na seli zilizo na mitochondria isiyobadilika; kwa hivyo, mbele ya chloramphenicol, seli tu zinazobeba jeni la mutant zinaweza kukua kwenye njia kama hiyo. Zygote yetu ya diploid mwanzoni itakuwa na mitochondria ya mutant na ya porini. Kama matokeo ya mitosis, seli ya binti ya diploid itachipuka kutoka kwa zygote, ambayo itakuwa na idadi ndogo tu ya mitochondria. Baada ya mizunguko kadhaa ya mitotic, mwishowe moja ya seli mpya itapokea mitochondria yote, iwe mutant au aina ya mwitu. Kwa hivyo, watoto wote wa seli kama hiyo watakuwa na mitochondria inayofanana na maumbile. Mchakato kama huo wa nasibu, kama matokeo ambayo kizazi cha diploidi kilicho na aina moja tu ya mitochondria huitwa, mitoticth tazamaUgirikith. Wakati seli ya diploid iliyo na aina moja tu ya mitochondria inapata meiosis, seli zote nne za haploid za binti hupokea jeni sawa za mitochondrial. Aina hii ya urithi inaitwa nemendesimba skim au saitoplazimu tofauti na urithi wa Mendelian wa jeni za nyuklia. Uhamishaji wa jeni na aina ya saitoplazimu inamaanisha kuwa jeni zilizo chini ya utafiti ziko katika mitochondria.

Utafiti wa genomes ya mitochondrial, mageuzi yao, ikiendelea kulingana na sheria maalum za maumbile ya idadi ya watu, uhusiano kati ya mifumo ya maumbile ya nyuklia na mitochondrial, ni muhimu kuelewa shirika ngumu la kihierarkia la seli ya eukaryotic na kiumbe kwa ujumla.

Magonjwa fulani ya urithi na kuzeeka kwa mwanadamu huhusishwa na mabadiliko fulani katika DNA ya mitochondrial au jeni za nyuklia zinazodhibiti kazi ya mitochondrial. Takwimu zinajikusanya juu ya ushiriki wa kasoro za mtDNA katika kasinojeni. Kwa hivyo, mitochondria inaweza kuwa lengo la chemotherapy ya saratani. Kuna ukweli juu ya mwingiliano wa karibu wa genome ya nyuklia na mitochondrial katika ukuzaji wa magonjwa kadhaa ya wanadamu. Ufutaji mwingi wa mtDNA ulipatikana kwa wagonjwa walio na udhaifu mkubwa wa misuli, ataxia, uziwi, upungufu wa akili, waliorithiwa kwa njia kuu ya kiotomatiki. Imefanyika dimorphism ya kijinsia katika dhihirisho la kliniki la ugonjwa wa moyo, ambayo inawezekana kwa sababu ya athari ya mama - urithi wa cytoplasmic. Ukuaji wa tiba ya jeni hutoa tumaini la marekebisho ya kasoro katika genomes ya mitochondria katika siku zijazo zinazoonekana.

Kama unavyojua, ili kuangalia kazi ya moja ya vifaa vya mfumo wa anuwai, inakuwa muhimu kuondoa sehemu hii, ikifuatiwa na uchambuzi wa mabadiliko yaliyotokea. Kwa kuwa mada ya dhana hii ni dalili ya jukumu la genome ya mama kwa ukuzaji wa uzao, itakuwa busara kujifunza juu ya matokeo ya ukiukaji katika muundo wa genome ya mitochondria inayosababishwa na sababu anuwai. Mchakato wa mabadiliko uligeuka kuwa zana ya kusoma jukumu hapo juu, na matokeo ya hatua yake ya kupendeza kwetu ndiyo inayojulikana. magonjwa ya mitochondrial.

Magonjwa ya mitochondrial ni mfano wa urithi wa saitoplazimu kwa wanadamu, au tuseme "urithi wa mwili". Ufafanuzi huu unapaswa kufanywa kwa sababu sasa uwepo, angalau katika viumbe vingine, wa viini vya urithi wa saitoplazimu ambao hauhusiani na seli za seli - cytojeni imethibitishwa (Vechtomov, 1996).

Magonjwa ya mitochondrial ni kikundi cha magonjwa yanayosababishwa na kasoro za maumbile, kimuundo, biochemical ya mitochondria na kupumua kwa tishu. Kwa utambuzi wa ugonjwa wa mitochondrial, uchambuzi kamili wa nasaba, kliniki, biochemical, morphological na maumbile ni muhimu. Ishara kuu ya biochemical ya ugonjwa wa mitochondrial ni ukuzaji wa asidi ya lactic, kawaida hyperlactatacidemia pamoja na hyperpyruvatacidemia hugunduliwa. Idadi ya anuwai tofauti imefikia fomu 120. Kuna ongezeko thabiti la mkusanyiko wa asidi ya lactic na pyruvic kwenye giligili ya ubongo.

Magonjwa ya Mitochondrial (MB) yanaonyesha shida kubwa kwa dawa ya kisasa. Kulingana na njia za kupitisha urithi, kati ya MB, magonjwa hutofautishwa ambayo hurithiwa kulingana na aina ya Mendelian, ambayo, kwa sababu ya mabadiliko ya jeni za nyuklia, muundo na utendaji wa protini za mitochondrial hufadhaika, au usemi wa mitochondrial. Mabadiliko ya DNA, pamoja na magonjwa yanayosababishwa na mabadiliko ya jeni za mitochondrial, ambazo hupitishwa kwa watoto kupitia kizazi cha mama.

Takwimu za masomo ya morpholojia, inayoonyesha ugonjwa mbaya wa mitochondria: kuenea kwa mitochondria isiyo ya kawaida, upolimishaji wa mitochondria na usumbufu wa sura na saizi, upangaji wa cristae, mkusanyiko wa mitochondria isiyo ya kawaida chini ya sarcolemma, inclusions ya paracrystalline katika mitochondria, uwepo wa kuingiliana

Aina za magonjwa ya mitochondrial

1 ... Magonjwa ya Mitochondrial Husababishwa na Mabadiliko ya DNA ya Mitochondrial

1.1 Magonjwa yanayosababishwa na kufutwa kwa DNA ya mitochondrial

1.1.1 Ugonjwa wa Kearns-Sayre

Ugonjwa hujidhihirisha katika umri wa miaka 4-18, ophthalmoplegia ya nje inayoendelea, retinitis pigmentosa, ataxia, kutetemeka kwa makusudi, kizuizi cha moyo cha atrioventricular, kiwango cha protini kilichoongezeka katika maji ya cerebrospinal ya zaidi ya 1 g / l, "nyuzi nyekundu" kwenye biopsies ya misuli ya mifupa

1.1.2 Ugonjwa wa Pearson

Mwanzo wa ugonjwa tangu kuzaliwa au katika miezi ya kwanza ya maisha, wakati mwingine inawezekana kukuza encephalomyopathies, ataxia, shida ya akili, ophthalmoplegia ya nje inayoendelea, anemia ya hypoplastic, kuharibika kwa kazi ya kongosho ya kongosho, kozi inayoendelea

2 Magonjwa kwa sababu ya mabadiliko ya kipimo cha DNA cha mitochondrial

Aina ya mama ya urithi, kupungua kwa papo hapo au subacute kwa acuity ya kuona kwa macho moja au yote mawili, pamoja na shida ya neva na ugonjwa wa ugonjwa wa macho, ugonjwa wa macho mdogo, kozi inayoendelea na uwezekano wa msamaha au urejesho wa acuity ya kuona, mwanzo wa ugonjwa huo akiwa na umri wa miaka 20 -30 miaka

2.2 ugonjwa wa NAPR (ugonjwa wa neva, ataxia, retinitis pigmentosa)

Aina ya mama ya urithi, mchanganyiko wa ugonjwa wa neva, ataxia na retinitis pigmentosa, ucheleweshaji wa maendeleo ya kisaikolojia, shida ya akili, uwepo wa nyuzi nyekundu "zilizopasuka" katika biopsies za tishu za misuli.

2.3. Ugonjwa wa MERRF (myoclonus-kifafa, "nyuzi nyekundu" zilizopasuka)

Aina ya mama ya urithi, mwanzo wa ugonjwa huo akiwa na umri wa miaka 3-65, kifafa cha myoclonic, ataxia, shida ya akili pamoja na uziwi wa neva, atrophy ya mishipa ya macho na usumbufu wa kina, lactic acidosis, wakati wa uchunguzi wa EEG, generaliza- bafuni kifafa tata, "zilizopasuka" nyuzi nyekundu katika biopsies ya misuli ya mifupa, kozi ya kuendelea

Ugonjwa wa MELAS (encephalomyopathy ya mitochondrial, asidi ya lactic, vipindi kama vya kiharusi)

Aina ya mama ya urithi, mwanzo wa ugonjwa kabla ya umri wa miaka 40, kutovumilia mazoezi, maumivu ya kichwa kama migraine na kichefuchefu na kutapika, vipindi kama kiharusi, kutetemeka, asidi ya lactic, "nyuzi nyekundu" kwenye nyuzi za misuli, kozi ya kuendelea.

3 .Patolojia inayohusishwa na kasoro katika mawasiliano ya kizazi

3.1 Syndromes nyingi za kufutwa kwa DNA ya Mitochondrial

Blepharoptosis, ophthalmoplegia ya nje, udhaifu wa misuli, usikivu wa sensorineural, atrophy ya macho, kozi inayoendelea, "nyuzi nyekundu" zilizopigwa katika biopsies ya misuli ya mifupa, shughuli zilizopungua za Enzymes za upumuaji.

3.2 Dalili ya kufutwa kwa DNA ya Mitochondrial

Urithi kamili wa Autosomal

Aina za kliniki:

3.2.1.Utoto mbaya

a) kuharibika sana kwa hepatic b) hepatopathy c) hypotension ya misuli

Kwanza katika kipindi cha watoto wachanga

3.2.2.Usumbufu wa kuzaliwa

Udhaifu mkubwa wa misuli, hypotension ya jumla, ugonjwa wa moyo na mshtuko, uharibifu wa figo, glucosuria, aminoacidopathy, phosphaturia

3.2.3.Upungufu wa watoto wachanga

hufanyika katika miaka 2 ya kwanza ya maisha, udhaifu wa misuli, maendeleo ya vikundi vya misuli inayopakana na upotezaji wa tafakari za tendon, kozi hiyo inaendelea haraka, kifo katika miaka 3 ya kwanza ya maisha.

4 Magonjwa ya mitochondrial kwa sababu ya mabadiliko ya DNA ya nyuklia

4.1 Magonjwa yanayohusiana na kasoro katika mnyororo wa kupumua

4.1.1 Complex 1 (NADH: CoQ reductase) upungufu

Mwanzo wa ugonjwa kabla ya umri wa miaka 15, ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa miili, kuchelewesha ukuaji wa kisaikolojia, mfumo wa moyo na mishipa ulioharibika, kifafa kinachokinza tiba, shida nyingi za neva, kozi ya kuendelea

4.1.2 Ugumu wa 2 (succinate-CoQ reductase) upungufu

Inajulikana na ugonjwa wa encephalomyopathy, kozi inayoendelea, barabara ndogo, ukuzaji wa ptosis inawezekana

4.1.3 Ugumu wa 3 (CoQ-cytochrome C-oxidoreductase) upungufu

Shida za mifumo mingi, uharibifu wa viungo na mifumo anuwai, na kuhusika kwa mfumo mkuu wa pembeni na pembeni, mfumo wa endocrine, figo, kozi ya kuendelea

Upungufu tata (cytochrome C-oxidase)

4.1.4.1 Asili ya kuzaliwa ya watoto wachanga ya lactic acidosis

Myopathy ya mitochondrial na kutofaulu kwa figo au ugonjwa wa moyo, mwanzo katika umri wa kuzaliwa, shida kali za kupumua, kueneza msukumo wa misuli, kozi ya kuendelea, kifo katika mwaka wa kwanza wa maisha.

4.1.4.2.Udhaifu wa misuli ya watoto wachanga

Atrophy, na matibabu ya kutosha na ya wakati unaofaa, utulivu wa haraka wa mchakato na kupona kwa umri wa miaka 1-3 inawezekana

5 Ugonjwa wa Menkes (trichopolyodystrophy)

Kuchelewesha kwa kasi kwa ukuaji wa kisaikolojia, upungufu wa ukuaji, ukuaji usioharibika na mabadiliko ya nywele kwa nywele,

6 ... Encephalomyopathies ya Mitochondrial

6.1.Ugonjwa wa Leigh(subacute encephalomyelopathy ya neva)

Inajidhihirisha baada ya miezi 6 ya maisha, hypotonia ya misuli, ataxia, nystagmus, dalili za piramidi, ophthalmoplegia, atrophy ya mishipa ya macho, ambayo mara nyingi huhusishwa na ugonjwa wa moyo na ugonjwa wa kimetaboliki.

6.2.Ugonjwa wa Alpers(maendeleo ya sclerosing polydystrophy)

Kuzaliwa kwa suala la kijivu la ubongo pamoja na ugonjwa wa ini, upungufu wa tata 5 (ATP synthetase), kuchelewesha ukuaji wa kisaikolojia, ataxia, shida ya akili, udhaifu wa misuli, mwendo wa kuendelea wa ugonjwa, ubashiri mbaya

6.3 Upungufu wa Coenzyme-Q

Migogoro ya kimetaboliki, udhaifu wa misuli na uchovu, ophthalmoplegia, uziwi, kupungua kwa maono, vipindi kama kiharusi, ataxia, kifafa cha myoclonus, uharibifu wa figo: glucosuria, aminoacidopathy, phosphaturia, shida ya endocrine, kozi inayoendelea, kupungua kwa shughuli za Enzymes za kupumua.

7 Magonjwa yanayohusiana na kimetaboliki iliyoharibika ya asidi ya lactic na pyruvic

Upungufu wa njia ya urithi ya pyruvate carboxylase Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika kipindi cha kuzaa, dalili ngumu ya "mtoto aliye na macho", mshtuko sugu kwa tiba, viwango vya juu vya miili ya ketone katika damu, hyperammonemia, hyperlysinemia, ilipungua shughuli ya pyruvate carboxylase katika misuli ya mifupa

7.2 Pyruvate upungufu wa maji mwilini

Udhihirisho katika kipindi cha watoto wachanga, dysmorphia ya craniofacial, mshtuko sugu kwa tiba, kuharibika kwa kupumua na kunyonya, dalili tata "mtoto aliye na macho", dysginesia ya ubongo, acidosis kali yenye kiwango kikubwa cha lactate na pyruvate

7.3 Kupunguza shughuli za pyruvate dehydrogenase

Udhihirisho katika mwaka wa kwanza wa maisha, microcephaly, kuchelewesha ukuaji wa kisaikolojia, ataxia, dystonia ya misuli, choreoathetosis, asidi ya lactic iliyo na maudhui ya juu ya pyruvate

7.4 Upungufu wa Dihydrolipoyltransacetylase

Aina ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika kipindi cha kuzaa, microcephaly, kuchelewesha ukuaji wa kisaikolojia, hypotension ya misuli ikifuatiwa na kuongezeka kwa sauti ya misuli, atrophy ya disc ya macho, asidi ya lactic, kupungua kwa shughuli za dihydrolipoyltrans-acetylase

7.5 Upungufu wa dihydrolipoyl dehydrogenase

Aina ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika mwaka wa kwanza wa maisha, dalili tata ya "mtoto aliye na macho", migogoro ya ugonjwa wa kutapika na kuhara, kuchelewesha maendeleo ya kisaikolojia, atrophy ya disc ya macho, asidi ya asidi, serum alanine iliyoongezeka, α- ketoglutarate, mnyororo wa matawi α-keto asidi, kupungua kwa shughuli za dihydrolipoyl dehydrogenase

8 Magonjwa kwa sababu ya kasoro katika beta-oxidation ya asidi ya mafuta

8.1 Upungufu wa mnyororo mrefu wa acetyl-CoA dehydrogenase

Njia ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika miezi ya kwanza ya maisha, migogoro ya kimetaboliki na kutapika na kuhara, dalili za "mtoto aliye na macho", hypoglycemia, dicarboxylic aciduria, kupungua kwa shughuli za acetyl-CoA dehydrogenase ya asidi ya mafuta na asidi ndefu mnyororo wa kaboni

8.2 Upungufu wa Kati ya Carbon Acetyl CoA Dehydrogenase

Njia ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika kipindi cha kuzaa au miezi ya kwanza ya maisha, shida za kimetaboliki na kutapika na kuhara,

udhaifu wa misuli na hypotension, ugonjwa wa ghafla wa kifo huibuka, hypoglycemia, dicarboxylic aciduria, kupungua kwa acetyl-CoA dehydrogenase ya asidi ya kati ya asidi ya mafuta

8.3. Upungufu wa Acetyl-CoA Dehydrogenase ya asidi fupi ya asidi ya mafuta

Urithi wa kupindukia wa Autosomal, umri tofauti wa magonjwa, kupungua kwa uvumilivu wa mazoezi, migogoro ya kimetaboliki na kutapika na kuhara, udhaifu wa misuli na shinikizo la damu, kuongezeka kwa mkojo wa asidi ya methyl succinic, acetyl-CoA dehydrogenase ya asidi fupi ya asidi ya mafuta

8.4 Upungufu mwingi wa asetiloli-CoA dehydrogenases ya asidi ya mafuta

Fomu ya kuzaliwa: craniofacial dysmorphia, dysginesia ya ubongo, hypoglycemia kali na acidosis, kozi mbaya, kupungua kwa shughuli za asetilini-CoA dehydrogenases ya asidi ya mafuta,

Fomu ya watoto wachanga: uvivu dalili ya mtoto tata, ugonjwa wa moyo, ugonjwa wa kimetaboliki, hypoglycemia na acidosis

8.5 Kupunguza shughuli za asidi ya asidi ya asidi ya asidi

Fomu ya kwanza ya kuchelewa: vipindi vya mara kwa mara vya udhaifu wa misuli, shida za kimetaboliki, hypoglycemia na acidosis hazijulikani sana, akili huhifadhiwa,

9 .Krebs mzunguko wa fermentopathy

9.1 Upungufu wa Fumarase

Njia ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa katika kipindi cha kuzaa au cha kuzaa, microcephaly, udhaifu wa jumla wa misuli na hypotension, vipindi vya uchovu, en-cephalopathy inayoendelea haraka, ubashiri mbaya

9.2 Succinate upungufu wa maji mwilini

Ugonjwa nadra unaojulikana na encephalomyopathy inayoendelea

9.3 Upungufu wa alpha-ketoglutarate dehydrogenase

Aina ya urithi wa Autosomal, mwanzo wa ugonjwa, mtoto mchanga, dalili ngumu ya "mtoto aliye na macho", vipindi vya uchovu, asidi ya lactic, kozi inayoendelea haraka, kupungua kwa yaliyomo kwenye Enzymes ya mzunguko wa Krebs kwenye tishu

9.4. Syndromes ya upungufu wa carnitine na enzymes ya kimetaboliki yake

Upungufu wa carnitine palmitoyltransferrase-1, mfumo wa urithi wa autosomal, mwanzo wa ugonjwa huo, vipindi vya kukosa fahamu ya ketonemic hypoglycemic, hepatomegaly, hypertriglyceridemia na hyperammoniemia wastani, kupungua kwa shughuli za carnitine-palmitoyltransferrase-1 kwenye ini

9.5 Carnitine acylcarnitine translocase upungufu

Mwanzo wa ugonjwa, shida ya moyo na mishipa na njia ya upumuaji, dalili za "mtoto aliye na macho", vipindi vya uchovu na kukosa fahamu, kuongezeka kwa mkusanyiko wa esta za carnitine na mlolongo mrefu wa kaboni dhidi ya msingi wa kupungua kwa carnitine ya bure katika damu seramu, kupungua kwa shughuli za carnitine-acylcarnitine-translocase

9.6 Upungufu wa Carnitine palmitoyltransferrase-2

Urithi wa kupindukia wa Autosomal, udhaifu wa misuli, myalgia, myoglobinuria, kupungua kwa shughuli za carnitine palmitoyltransferrase-2 katika misuli ya mifupa

Njia ya urithi wa Autosomal, dalili ya ugonjwa wa myopathiki, vipindi vya uchovu na uchovu, ugonjwa wa moyo, vipindi vya hypoglycemia, viwango vya carnitine vilivyopungua na kuongezeka kwa mkojo wa carnitine.

Baada ya kuchambua orodha hiyo mbaya ya magonjwa yanayohusiana na mabadiliko fulani katika utendaji wa genome ya mitochondrial (na sio tu), maswali kadhaa yanaibuka. Je! Ni bidhaa gani za jeni za mitochondrial na ambayo michakato muhimu ya mega-muhimu wanashiriki?

Kama ilivyotokea, baadhi ya magonjwa hapo juu yanaweza kutokea wakati mchanganyiko wa subunits 7 za tata ya NADH dehydrogenase, subunits 2 za ATP synthetase, subunits 3 za cytochrome c oxidase na sehemu 1 ya ubiquinol cytochrome c reductase (cytochrome b), ambayo ni bidhaa za jeni za mitochondria. Kulingana na hii, inaweza kuhitimishwa kuwa kuna jukumu muhimu kwa protini hizi katika michakato ya kupumua kwa seli, asidi ya mafuta na oksidi ya awali, uhamishaji wa elektroni kwenye mfumo wa usafirishaji wa elektroni wa membrane ya ndani ya MT, utendaji wa mfumo wa antioxidant , na kadhalika.

Kwa kuzingatia data ya hivi karibuni juu ya mifumo ya apoptosis, wanasayansi wengi wamefikia hitimisho kwamba kuna kituo cha udhibiti wa apoptosis haswa ..

Jukumu la protini za mitochondrial pia imeonyeshwa na viuatilifu kuzuia muundo wa MT. Ikiwa seli za binadamu katika tamaduni ya tishu zinatibiwa na dawa ya kuua viini, kama vile tetracycline au chloramphenicol, basi baada ya mgawanyiko mmoja au mbili ukuaji wao utasimama. Hii ni kwa sababu ya kuzuia usanisi wa protini ya mitochondrial, na kusababisha kuonekana kwa mitochondria yenye kasoro na, kama matokeo, kwa malezi ya kutosha ya ATP. Kwa nini basi, viuatilifu vinaweza kutumiwa kutibu maambukizo ya bakteria? Kuna majibu kadhaa kwa swali hili:

1. Dawa zingine za kukinga (kama vile erythromycin) hazipiti kwenye utando wa ndani wa mitochondria ya mamalia.

2. Seli nyingi katika mwili wetu hazigawanyika au kugawanyika polepole sana, kwa hivyo uingizwaji wa mitochondria iliyopo na mpya hufanyika polepole (katika tishu nyingi, nusu ya mitochondria hubadilishwa kwa siku tano au hata zaidi). Kwa hivyo, idadi ya mitochondria ya kawaida itapungua hadi kiwango muhimu tu ikiwa kizuizi cha usanisi wa protini ya mitochondriamu huhifadhiwa kwa siku nyingi.

3. Hali fulani ndani ya tishu huzuia kupenya kwa dawa fulani kwenye mitochondria ya seli nyeti zaidi. Kwa mfano, mkusanyiko mkubwa wa Ca2 + kwenye uboho wa mfupa husababisha kuundwa kwa tata ya Ca2 + -tetracycline, ambayo haiwezi kupenya kwa kugawanya haraka (na kwa hivyo walio hatarini zaidi) watangulizi wa seli za damu.

Sababu hizi hufanya iwezekane kutumia dawa zingine ambazo huzuia usanisi wa protini ya mitochondrial kama viuatilifu katika matibabu ya wanyama wa juu. Dawa mbili tu kati ya hizi zina athari mbaya: matibabu ya muda mrefu na kipimo kikubwa cha chloramphenicol inaweza kusababisha usumbufu wa kazi ya hematopoietic ya uboho (kukandamiza uundaji wa seli nyekundu za damu na leukocytes), na matumizi ya tetracycline ya muda mrefu kuharibu epithelium ya matumbo. Lakini katika hali zote mbili bado haijulikani wazi ikiwa athari hizi husababishwa na kuzuiwa kwa biogenesis ya mitochondrial au sababu nyingine yoyote.

Pato

Vipengele vya muundo na utendaji wa genome ya mt ni kama ifuatavyo. Kwanza, iligundulika kuwa mtDNA hupitishwa kutoka kwa mama kwenda kwake wote

uzao na kutoka kwa binti zake hadi vizazi vyote vifuatavyo, lakini wana hawapitishi DNA yao (urithi wa mama). Tabia ya mama

urithi wa mtDNA labda ni kwa sababu ya hali mbili: ama idadi ya mtDNA ya baba ni ndogo sana (baba

zaidi ya molekuli moja ya DNA kwa mtDNA ya mama elfu 25) ambayo haiwezi kugunduliwa na njia zilizopo, au kuiga kwa mitochondria ya baba imefungwa baada ya mbolea. Pili, kukosekana kwa kutofautisha kwa mchanganyiko - mtDNA ni ya mmoja tu wa wazazi, kwa hivyo, hakuna matukio ya kukumbusha tabia ya DNA ya nyuklia katika meiosis, na mlolongo wa nyukleotidi hubadilika kutoka kizazi hadi kizazi tu kwa sababu ya mabadiliko. Tatu, mtDNA haina introni

(uwezekano mkubwa kwamba mabadiliko ya nasibu yataathiri eneo la usimbuaji la DNA), histones za kinga na mfumo mzuri wa ukarabati wa DNA - yote haya huamua kiwango cha juu cha mabadiliko mara 10 kuliko DNA ya nyuklia. Nne, ndani ya seli moja, mtDNA ya kawaida na ya mutant inaweza kuishi wakati huo huo - jambo la heteroplasmy (uwepo wa mtDNA wa kawaida tu au wa mutant tu huitwa homoplasmy). Mwishowe, minyororo yote imenakiliwa na kutafsiriwa katika mtDNA, na kwa sifa kadhaa, nambari ya maumbile ya mtDNA inatofautiana na ile ya ulimwengu (UGA husafirisha tryptophan, AUA inasimba methionine, AGA na AGG husimamishwa.

codons).

Sifa hizi na kazi zilizotajwa hapo awali za genome ya mt zilifanya utafiti wa utofauti wa mlolongo wa nyukleotidi ya mtDNA zana muhimu kwa waganga, waganga wa uchunguzi, wanabiolojia wa mabadiliko,

wawakilishi wa sayansi ya kihistoria katika kutatua kazi zao maalum.

Tangu 1988, wakati iligundulika kuwa mabadiliko katika jeni za mtDNA yanasababisha myopathies ya mitochondrial (JY Holt et al., 1988) na ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa urithi wa Leber (DC Wallace, 1988), utambuzi zaidi wa kimfumo wa mabadiliko katika genome ya binadamu ilisababisha kuundwa ya dhana ya magonjwa ya mitochondrial (MB). Hivi sasa, mabadiliko ya kiolojia ya mtDNA hugunduliwa katika kila aina ya jeni za mitochondrial.

Bibliografia

1. Skulachev, mitochondria na oksijeni, Soros. elimu. zhurn.

2. Misingi ya Biokemia: Katika juzuu tatu, M: Mir,.

3. Nicholes D. G. Bioenergetics, Mtangulizi. kwa Chemiosm. Th., Acad. Vyombo vya habari, 1982.

4. Stryer L. Biokemia, 2 ed. San Fransisco, Freeman, 1981.

5. Skulachev ya utando wa kibaolojia. M., 1989.

6., Chentsov reticulum: Muundo na kazi zingine // Matokeo ya sayansi. Shida za jumla za biolojia. 1989

7. Chentsov saitolojia. M.: Nyumba ya kuchapisha ya Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow, 1995

8. , Nyanja ya umahiri wa genome ya mitochondrial // Vestn. RAMUZI, 2001. Na. 10, kur. 31-43.

9. Holt I. J, Harding A. E., Morgan-Hughes I. A. Kufutwa kwa DNA ya mitochondrial ya misuli kwa wagonjwa walio na myopathies ya mitochondrial. Asili 1988, 331: 717-719.

10. na nk. Jinomu ya binadamu na jeni ya utabiri. SPB., 2000

11. , Jenome ya Mitochondrial. Novosibirsk, 1990.

12. // Soros. elimu. zhurn. 1999. Nambari 10. Kifungu cha 11-17.

13. Jukumu la upatanisho katika mabadiliko ya seli. M., 1983.

14. // Soros. elimu. zhurn. 1998. Nambari 8. Kifungu cha 2-7.

15. // Soros. elimu. zhurn. 2000. Hapana. Kifungu cha 32-36.

Chuo Kikuu cha kitaifa cha Kiev. Taras Shevchenko

Idara ya Baiolojia

dhahania

juu ya mada:

"Jukumu la jenomu ya mama katika ukuzaji wa watoto"

nathudenta IVkozi

Idara ya Biokemia

Frolova Artem

Kiev 2004

Panga:

Utangulizi ................................................. .............................. 1

Nadharia ya Symbiotic ya asili ya mitochondria ... 2

Jukumu la kiini cha seli katika biogenesis ya mitochondrial ..

Mifumo ya uchukuzi ya mitochondria .............................................. . ...... 7

Ukubwa na umbo la jenomu za mitochondrieli .................. 10

Utendaji wa genome ya mitochondrial .. 14

Umuhimu wa kuwa na mfumo wako wa maumbile kwa mitochondria ........................................ ... ................................... 19

Urithi wa cytoplasmic .............................. 20

Kihistoria, utafiti wa kwanza wa aina hii ulifanywa kwa kutumia DNA ya mitochondrial. Wanasayansi walichukua sampuli kutoka kwa waaborigines wa Afrika, Asia, Ulaya, Amerika na katika hii, mwanzoni ndogo, sampuli ikilinganishwa na DNA ya mitochondrial ya watu tofauti na kila mmoja. Waligundua kuwa utofauti wa DNA ya mitochondrial ni kubwa zaidi barani Afrika. Na kwa kuwa inajulikana kuwa hafla za mabadiliko zinaweza kubadilisha aina ya DNA ya mitochondrial, na pia inajulikana jinsi inavyoweza kubadilika, kwa hivyo, kwa hivyo, tunaweza kusema ni aina gani ya watu ambao wangeweza kubadilishwa. Katika watu wote ambao DNA yao ilipimwa, ilikuwa kwa Waafrika kwamba tofauti nyingi zaidi zilipatikana. Aina za DNA ya mitochondrial kwenye mabara mengine hazikuwa tofauti sana. Hii inamaanisha kuwa Waafrika walikuwa na wakati zaidi wa kukusanya mabadiliko haya. Walikuwa na wakati zaidi wa mageuzi ya kibaolojia, ikiwa ni Afrika ambayo mabaki ya zamani ya DNA hupatikana ambayo sio tabia ya mabadiliko ya wanadamu ya Uropa.

Inaweza kusema kuwa wanajenetiki wa mitochondrial wa DNA waliweza kudhibitisha asili ya wanawake barani Afrika. Walisoma pia chromosomes Y. Ilibadilika kuwa wanaume pia wanatoka Afrika.

Shukrani kwa utafiti juu ya DNA ya mitochondrial, inawezekana kutambua sio tu kwamba mtu alitoka Afrika, lakini pia kuamua wakati wa asili yake. Wakati wa kuonekana kwa mama wa wanadamu wa mitochondrial ilianzishwa kupitia uchunguzi wa kulinganisha wa DNA ya mitochondrial ya sokwe na wanadamu wa kisasa. Kujua kiwango cha utofauti wa mabadiliko - 2-4% kwa miaka milioni - inawezekana kuamua wakati wa kujitenga kwa matawi mawili, sokwe na wanadamu wa kisasa. Hii ilitokea karibu miaka milioni 5 - 7 iliyopita. Katika kesi hii, kiwango cha utofauti wa mabadiliko kinazingatiwa kila wakati.

Usiku wa Mitochondrial

Wakati watu wanazungumza juu ya Hawa wa mitochondrial, haimaanishi mtu binafsi. Wanazungumza juu ya kuibuka kwa mageuzi ya idadi nzima ya watu walio na tabia kama hizo. Inaaminika kuwa Hawa wa mitochondrial aliishi wakati wa kupungua kwa kasi kwa idadi ya mababu zetu, hadi karibu watu elfu kumi.

Asili ya jamii

Kusoma DNA ya mitochondrial ya watu tofauti, wataalamu wa vinasaba walipendekeza kwamba hata kabla ya kuondoka Afrika, idadi ya mababu iligawanywa katika vikundi vitatu, ikitoa jamii tatu za kisasa - Kiafrika, Caucasian na Mongoloid. Inaaminika kuwa hii ilitokea karibu miaka 60-70,000 iliyopita.

Kulinganisha DNA ya mitochondriamu ya wanadamu wasio wa kawaida na wa kisasa

Maelezo ya ziada juu ya asili ya wanadamu yalipatikana kwa kulinganisha maandishi ya maumbile ya DNA ya mitochondrial ya Neanderthal na wanadamu wa kisasa. Wanasayansi waliweza kusoma maandishi ya maumbile ya DNA ya mitochondrial ya mabaki ya mfupa ya Neanderthals mbili. Mifupa ya mtu wa kwanza wa Neanderthal yalipatikana katika Pango la Feldhover huko Ujerumani. Baadaye kidogo, maandishi ya maumbile ya DNA ya mitochondrial ya mtoto wa Neanderthal yalisomwa, ambayo ilipatikana katika Caucasus Kaskazini katika pango la Mezhmayskaya. Wakati wa kulinganisha DNA ya mitochondrial ya wanadamu wa kisasa na Neanderthals, tofauti kubwa sana zilipatikana. Ikiwa tunachukua kipande cha DNA, basi nyukleotidi 27 kati ya 370 zinatofautiana.Na ikiwa tunalinganisha maandishi ya maumbile ya mtu wa kisasa, DNA yake ya mitochondrial, basi ni nukotidi nane tu zinazotofautiana. Inaaminika kuwa mtu wa Neanderthal na wa kisasa ni matawi tofauti kabisa, uvumbuzi wa kila mmoja wao ulijitegemea kwa kila mmoja.

Wakati wa kusoma tofauti katika maandishi ya maumbile ya DNA ya mitochondrial ya wanadamu wa Neanderthal na wa kisasa, tarehe ya kutenganishwa kwa matawi haya mawili ilianzishwa. Hii ilitokea karibu miaka elfu 500 iliyopita, na karibu miaka elfu 300 iliyopita, kujitenga kwao kwa mwisho kulifanyika. Inaaminika kwamba Waneanderthal walikaa Ulaya na Asia na walifukuzwa na mtu wa kisasa ambaye aliondoka Afrika miaka elfu 200 baadaye. Na mwishowe, karibu miaka 28 - 35,000 iliyopita, Neanderthal walipotea. Kwa nini hii ilitokea, kwa ujumla, bado haijulikani. Labda hawangeweza kusimama mashindano na mtu wa kisasa, au labda kulikuwa na sababu zingine za hii.

© GM Dymshits

Mshangao wa genome ya Mitochondrial

G.M. Dymshits

Dymshits za Grigory Moiseevich, Daktari wa Sayansi ya Baiolojia, Profesa wa Idara ya Biolojia ya Masi, Chuo Kikuu cha Jimbo la Novosibirsk, Mkuu wa Maabara ya Muundo wa Genome katika Taasisi ya Cytology na Genetics, Tawi la Siberia la Chuo cha Sayansi cha Urusi. Mwandishi mwenza na mhariri wa vitabu vinne vya shule katika biolojia ya jumla.

Leo, genetics ya binadamu ya mitochondrial inaendelea sana kwa idadi ya watu na katika hali ya matibabu. Uhusiano umeanzishwa kati ya magonjwa kadhaa mabaya ya urithi na kasoro katika DNA ya mitochondrial. Mabadiliko ya maumbile yanayohusiana na kuzeeka hutamkwa zaidi katika mitochondria. Je! Ni genome ya mitochondrial, ambayo hutofautiana kwa wanadamu na wanyama wengine kutoka kwa mimea, kuvu na protozoa kwa saizi, umbo, na uwezo wa maumbile? Je! Genome ya mitochondrial inafanyaje kazi na ilionekanaje katika taxa tofauti? Hii ndio itajadiliwa katika nakala yetu.

Mitochondria huitwa mimea ya nguvu ya seli. Mbali na utando laini wa nje, wana utando wa ndani ambao hutengeneza folda nyingi - cristae. Wana vifaa vya protini vilivyojengwa vya mnyororo wa kupumua - Enzymes zinazohusika katika kubadilisha nishati ya vifungo vya kemikali vya virutubisho vilivyooksidishwa kuwa nishati ya molekuli ya adenosine triphosphoric acid (ATP). Na "sarafu inayobadilishwa", seli hulipa mahitaji yake yote ya nishati. Katika seli za mimea ya kijani, pamoja na mitochondria, pia kuna vituo vingine vya nishati - kloroplast. Wanaendesha kwenye "seli za jua", lakini pia huunda ATP kutoka ADP na phosphate. Kama mitochondria, kloroplast - zinazozalisha kwa uhuru organelles - pia zina utando mbili na zina DNA.

Mbali na DNA, tumbo la mitochondrial lina ribosomes yake mwenyewe, ambayo hutofautiana katika sifa nyingi kutoka kwa ribosomes ya eukaryotic iliyo kwenye utando wa reticulum ya endoplasmic. Walakini, kwenye ribosomes ya mitochondria, hakuna zaidi ya 5% ya protini zote zinazounda muundo wao. Protini nyingi ambazo hufanya miundo ya kimuundo na inayofanya kazi ya mitochondria imeambatanishwa na genome ya nyuklia, iliyotengenezwa kwenye ribosomes ya reticulum ya endoplasmic, na kusafirishwa kupitia njia zake kwenye eneo la mkutano. Kwa hivyo, mitochondria ni matokeo ya juhudi za pamoja za jenomu mbili na mashine mbili za unukuzi na tafsiri. Enzymes zingine za njia ya kupumua ya mitochondrial zinajumuisha polypeptides tofauti, ambazo zingine zimesimbwa na nyuklia na zingine na genome ya mitochondrial. Kwa mfano, enzyme muhimu ya fosforasi ya oksidi, cytochrome c oxidase kwenye chachu, ina sehemu ndogo tatu zilizosimbwa na kutengenezwa katika mitochondria, na vitengo vinne vilivyowekwa kwenye kiini cha seli na vilivyowekwa kwenye saitoplazimu. Usemi wa jeni nyingi za mitochondriamu unadhibitiwa na jeni maalum kwenye kiini.

Ukubwa na maumbo ya genomes ya mitochondrial

Hadi sasa, zaidi ya jenomu 100 tofauti za mitochondrial zimesomwa. Seti na idadi ya jeni zao katika DNA ya mitochondrial, ambayo mlolongo wa nyukleotidi umedhamiriwa kabisa, hutofautiana sana katika spishi tofauti za wanyama, mimea, kuvu na protozoa. Idadi kubwa ya jeni inayopatikana kwenye genome ya mitochondriamu ya protozoan ya flagellate Rectinomonas americana- jeni 97, pamoja na jeni zote za kuweka protini zinazopatikana kwenye mtDNA ya viumbe vingine. Katika wanyama walio juu zaidi, jenomu ya mitochondrial ina jeni 37: 13 kwa protini za mnyororo wa kupumua, 22 kwa tRNA, na mbili kwa rRNA (kwa sehemu kubwa ya ribosome 16S rRNA na kwa 12S rRNA ndogo). Katika mimea na protozoa, tofauti na wanyama na fungi nyingi, protini zingine ambazo hufanya ribosomes ya organelles hizi zimesimbwa kwenye genome ya mitochondrial. Enzymes muhimu ya muundo wa muundo wa polynucleotide, kama vile DNA polymerase (kuiga DNA ya mitochondrial) na RNA polymerase (inayoandika genome ya mitochondrial), imewekwa kwenye kiini na imejumuishwa kwenye ribosomes ya cytoplasmic. Ukweli huu unaonyesha uhusiano wa uhuru wa mitochondrial katika safu ngumu ya seli ya eukaryotic.

Genomes ya mitochondria ya spishi tofauti hutofautiana tu katika seti ya jeni, mpangilio wa eneo lao na kujieleza, lakini kwa saizi na umbo la DNA. Idadi kubwa ya jenomu za mitochondrial zilizoelezewa leo ni za molekuli za duara, zilizopigwa marumaru, zenye nyuzi mbili za DNA. Katika mimea mingine, pamoja na fomu za duara, pia kuna zile zenye mstari, na katika protozoa zingine, kwa mfano, ciliates, ni DNA tu ya mstari inayopatikana katika mitochondria.

Kwa kawaida, kila mitochondrion ina nakala kadhaa za genome yake. Kwa hivyo, kwenye seli za ini ya binadamu kuna karibu mitochondria elfu mbili, na katika kila moja kuna genome 10 zinazofanana. Katika fibroblasts za panya, kuna mitochondria 500 iliyo na jenomu mbili, na kwenye seli za chachu S.cerevisiae- hadi mitochondria 22 na genomes nne.

Genome ya mitochondrial ya mimea, kama sheria, ina molekuli kadhaa za saizi tofauti. Mmoja wao, "kromosomu kuu," ina jeni nyingi, wakati fomu fupi za duara, ambazo ziko katika usawa wa nguvu na kila mmoja na chromosome kuu, hutengenezwa kama matokeo ya urekebishaji wa ndani na kati ya molekuli kwa sababu ya uwepo wa mlolongo unaorudiwa (Kielelezo 1).

Kielelezo 1. Mpango wa malezi ya molekuli za DNA za duara za saizi tofauti katika mitochondria ya mmea.
Ukombozi hufanyika zaidi ya maeneo yaliyorudiwa (yaliyowekwa alama ya hudhurungi).

Kielelezo 2. Mpango wa malezi ya laini (A), mviringo (B), mnyororo (C) oligomers za mtDNA.
ori - mkoa wa mwanzo wa kuiga DNA.

Ukubwa wa genome ya mitochondria ya viumbe tofauti ni kati ya chini ya jozi elfu 6 za msingi katika plasmodium ya malaria (pamoja na jeni mbili za rRNA, ina jeni tatu tu za kusimba protini) kwa mamia ya maelfu ya jozi za msingi kwenye mimea ya ardhini (kwa mfano, ndani Arabidopsis thaliana kutoka kwa familia ya cruciferous jozi za msingi 366924). Wakati huo huo, tofauti za mara 7-8 kwa saizi ya mtDNA ya mimea ya juu hupatikana hata ndani ya familia moja. Urefu wa mtDNA wa uti wa mgongo hutofautiana kidogo: kwa wanadamu - jozi msingi 16,569, katika nguruwe - 16350, katika dolphin - 16330, katika chura aliyekatwakatwa Xenopus laevis- 17533, katika carp - 16400. Jenomu hizi pia zinafanana katika ujanibishaji wa jeni, nyingi ambazo ziko mwisho-mwisho; wakati mwingine huingiliana, kwa kawaida na nyukleotidi moja, ili nucleotidi ya mwisho ya jeni moja iwe ya kwanza katika inayofuata. Tofauti na uti wa mgongo, katika mimea, kuvu, na protozoa, mtDNA zina hadi 80% ya mpangilio ambao sio wa kuweka alama. Utaratibu wa jeni katika jenomu za mitochondrial hutofautiana kutoka spishi hadi spishi.

Mkusanyiko mkubwa wa spishi tendaji za oksijeni katika mitochondria na mfumo dhaifu wa ukarabati huongeza mzunguko wa mabadiliko ya mtDNA kwa agizo la ukubwa ikilinganishwa na nyuklia. Vipimo vya oksijeni husababisha ubadilishaji maalum wa C® T (deamination ya cytosine) na G® T (uharibifu wa kioksidishaji kwa guanine), kama matokeo ambayo, labda, mtDNA ina utajiri wa jozi za AT. Kwa kuongeza, mtDNA zote zina mali ya kupendeza - sio methylated, tofauti na DNA ya nyuklia na prokaryotic. Inajulikana kuwa methylation (mabadiliko ya kemikali ya muda mfupi ya mlolongo wa nyukleotidi bila kuvuruga kazi ya kuweka alama ya DNA) ni moja wapo ya utaratibu wa usitishaji wa jeni uliopangwa.

Kuiga na kunakili kwa DNA ya mitochondrial ya mamalia

Katika wanyama wengi, nyuzi zinazosaidia katika mtDNA hutofautiana sana katika mvuto maalum, kwani zina idadi isiyo sawa ya purine "nzito" na "mwanga" wa pyrimidine nucleotides. Kwa hivyo huitwa - H (nzito - nzito) na L (taa nyepesi). Mwanzoni mwa kurudia kwa molekuli ya mtDNA, kinachojulikana kama D-kitanzi (kutoka kitanzi cha uhamishaji wa Kiingereza) huundwa. Muundo huu, unaoonekana na darubini ya elektroni, inajumuisha nyuzi mbili na moja-stranded (sehemu iliyoondolewa ya sehemu za mnyororo wa H). Eneo lililoshikiliwa mara mbili linaundwa na sehemu ya mnyororo wa L na kipande cha nyongeza cha DNA cha 450-650 (kulingana na aina ya viumbe) kwa urefu wa nukleotidi, ambayo ina msingi wa ribonucleotide mwishoni mwa 5', ambayo inalingana na hatua ya mwanzo ya muundo wa mnyororo wa H (ori H) .L-mnyororo huanza tu wakati binti H-mnyororo anafikia hatua ya L. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba mkoa wa kuanzisha replication ya L-mnyororo inapatikana kwa Enzymes ya usanisi wa DNA tu katika hali moja ya kukwama, na kwa hivyo tu katika helix mara mbili isiyofungwa wakati wa usanifu wa H Kwa hivyo, minyororo ya binti ya mtDNA imeunganishwa kwa kuendelea na kwa usawa (Mtini. 3 ).

Kielelezo 3. Mpango wa kuiga mtDNA wa mamalia.
Kwanza, kitanzi cha D kinaundwa, halafu binti H-mnyororo hutengenezwa,
basi usanisi wa binti L-mnyororo huanza.

Katika mitochondria, jumla ya molekuli za D-kitanzi huzidi idadi ya molekuli zinazoiga kikamilifu. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba kitanzi cha D-kina kazi za ziada - kiambatisho cha mtDNA kwenye utando wa ndani na uanzishaji wa unukuzi, kwani waendelezaji wa nakala za nyuzi zote za DNA wamewekwa katika eneo hili.

Tofauti na jeni nyingi za eukaryotiki, ambazo zimenakiliwa huru kwa kila mmoja, kila nyuzi za mamalia za mtDNA zimeandikwa tena kuunda molekuli moja ya RNA inayoanzia mkoa wa H. Mbali na molekuli hizi mbili ndefu za RNA zinazosaidia minyororo ya H na L, zaidi sehemu fupi za mnyororo wa H ambao huanza saa moja na kuishia mwisho wa 3 'wa jeni la 16S rRNA (Kielelezo 4). Kuna nakala fupi zaidi ya mara 10 kuliko zile ndefu. Kama matokeo ya kukomaa (usindikaji 12S rRNA huundwa kutoka kwao na 16S rRNA, ambayo inahusika katika uundaji wa ribosomes ya mitochondrial, na phenylalanine na valine tRNAs TRNAs zilizobaki hutolewa kutoka kwa maandishi marefu na mRNA zilizotafsiriwa zinaundwa, hadi mwisho wa 3 ambayo Utaratibu wa polyadenyl umeambatanishwa. Mwisho wa 5 "wa mRNA hizi hazijafungwa, ambayo sio kawaida kwa eukaryotes. Hakuna splicing inayotokea kwa sababu hakuna jeni la mamalia ya mitochondrial iliyo na ndani.

Kielelezo 4. Unukuzi wa mtDNA ya binadamu iliyo na jeni 37. Nakala zote zinaanza kutengenezwa katika mkoa wa H. H. RNA za Ribosomal zinatolewa kutoka kwa hati ndefu na fupi za mnyororo wa H. tRNA na mRNA hutengenezwa kama matokeo ya usindikaji kutoka kwa maandishi ya nyuzi zote za DNA. Jeni za tRNA zinaonyeshwa kwa kijani kibichi.

Licha ya ukweli kwamba genomes ya mitochondria ya mamalia na chachu ina takriban idadi sawa ya jeni, saizi ya jenomu ya chachu ni kubwa mara 4-5 - karibu jozi elfu 80 za msingi. Ingawa mtiririko wa usimbuaji wa chachu ya mtDNA ni wa kupendeza sana kwa wale walio kwa wanadamu, mRNA ya chachu pia ina mkoa wa 5 "kiongozi na 3" isiyo ya kuweka alama, kama vile mRNA nyingi za nyuklia. Jeni kadhaa pia zina ndani. Kwa hivyo, jeni la kisanduku cha cytochrome oxidase b ina viini viwili. Nakala ya kwanza ya intron ya kwanza imeondolewa kiatomati kutoka kwa nakala ya msingi ya RNA (bila ushiriki wa protini yoyote). RNA iliyobaki hutumika kama kiolezo cha uundaji wa maturase ya enzyme ya splicing. Sehemu ya mlolongo wake wa asidi ya amino imewekwa katika nakala zilizobaki za introni. Maturase huwakata, akiharibu mRNA yake mwenyewe, nakala za vifungo zimeunganishwa pamoja, na mRNA ya cytochrome oxidase b imeundwa (Mtini. 5). Ugunduzi wa jambo kama hilo ulilazimisha kutafakari tena dhana ya introni kama "hakuna utaratibu wa kuweka alama".

Kielelezo 5. Usindikaji (kukomaa) ya cytochrome oxidase b mRNA katika chachu mitochondria.
Katika hatua ya kwanza ya kusaga, mRNA huundwa, kulingana na ambayo maturase imeundwa,
inahitajika kwa hatua ya pili ya kusambaza.

Wakati wa kusoma usemi wa jeni za mitochondrial Trypanosoma brucei iligundua kupotoka kwa kushangaza kutoka kwa moja ya msingi wa biolojia ya Masi, ambayo inasema kwamba mlolongo wa nyukleotidi katika mRNA inafanana kabisa na hiyo katika maeneo ya usimbuaji wa DNA. Ilibadilika kuwa mRNA ya moja ya sehemu ndogo za cytochrome c oxidase inabadilishwa, i.e. baada ya usajili, muundo wake wa msingi hubadilika - mikojo minne imeingizwa. Kama matokeo, mRNA mpya imeundwa, ambayo hutumika kama kiolezo cha muundo wa sehemu ndogo ya enzyme, mlolongo wa asidi ya amino ambayo haina kitu sawa na mlolongo uliosimbwa na mRNA ambayo haijabadilishwa (angalia jedwali).

Uhariri wa RNA, uliogunduliwa kwa mara ya kwanza katika trypanosome mitochondria, imeenea katika kloroplast na mitochondria ya mimea ya juu. Ilipatikana pia katika seli za mamalia za somatic, kwa mfano, katika epithelium ya matumbo ya binadamu, mRNA ya jeni la apolipoprotein imehaririwa.

Mshangao mkubwa kwa wanasayansi uliwasilishwa na mitochondria mnamo 1979. Hadi wakati huo, iliaminika kwamba nambari ya maumbile ni ya ulimwengu wote na vitatu sawa huweka asidi amino sawa katika bakteria, virusi, kuvu, mimea na wanyama. Mtafiti wa Kiingereza Burrell alilinganisha muundo wa moja ya jeni la mitochondrial ya ndama na mlolongo wa amino asidi katika sehemu ndogo ya cytochrome oxidase iliyosimbwa na jeni hili. Ilibadilika kuwa nambari ya maumbile ya mitochondria katika ng'ombe (na pia kwa wanadamu) sio tu tofauti na ile ya ulimwengu, ni "bora", yaani. inatii sheria ifuatayo: "ikiwa kodoni mbili zina nucleotidi mbili zinazofanana, na nyukleotidi ya tatu ni ya darasa moja (purine - A, G, au pyrimidine - Y, C), basi huweka asidi sawa ya amino". Kuna tofauti mbili kwa sheria hii katika nambari ya ulimwengu: AUA triplet encode isoleucine, na AUG codon - methionine, wakati katika nambari bora ya mitochondrial zote hizi tatu husimba methionine; utatu wa UGG husimba tu tryptophan, na utatu wa UGA husimba kodoni ya kusimama. Katika nambari ya ulimwengu, tofauti zote mbili zinahusiana na wakati wa kimsingi wa usanisi wa protini: codon ya AUG ndio inayoanzisha, na UGA simamisha kodoni huacha usanisi wa polypeptide. Nambari bora sio asili katika mitochondria yote iliyoelezewa, lakini hakuna hata moja inayo nambari ya ulimwengu. Tunaweza kusema kwamba mitochondria huzungumza lugha tofauti, lakini kamwe usizungumze lugha ya kiini.

Kama ilivyotajwa tayari, kuna jeni 22 za tRNA kwenye genome ya mitochondrial ya wenye uti wa mgongo. Je! Seti hiyo isiyokamilika hutumikaje kwa kodoni zote 60 za asidi za amino (kwa nambari bora ya mapacha 64, kuna kodoni nne za kuacha, kwa moja - tatu)? Ukweli ni kwamba wakati wa usanisi wa protini katika mitochondria, mwingiliano wa codon-anticodon umerahisishwa - mbili kati ya nukotidi tatu za anticodon hutumiwa kutambuliwa. Kwa hivyo, tRNA moja inatambua washiriki wote wanne wa familia ya kodoni, ambayo hutofautiana tu na nukleotidi ya tatu. Kwa mfano, leucine tRNA na anticodon ya GAU imesimama kwenye ribosome iliyo kinyume na CUU za CUU, CUC, CUA, na CUG, inahakikisha kuingizwa kwa leucine isiyo na makosa kwenye mnyororo wa polypeptide. Codoni zingine mbili za leucine, UUA na UUG, zinatambuliwa na tRNA na anticodon AAU. Kwa jumla, molekuli nane tofauti za tRNA zinatambua familia nane za kodoni nne kila moja, na 14 tRNAs hutambua jozi tofauti za kodoni, ambayo kila mmoja hufunga asidi moja ya amino.

Ni muhimu kwamba enzymes za aminoacyl tRNA synthetase zinazohusika na kiambatisho cha asidi ya amino kwa tRNA inayofanana ya mitochondria imewekwa kwenye kiini cha seli na kuunganishwa kwenye ribosomes ya reticulum ya endoplasmic. Kwa hivyo, katika uti wa mgongo, vifaa vyote vya protini ya usanisi wa polypeptidi ya mitochondrial imewekwa kwenye kiini. Wakati huo huo, mchanganyiko wa protini katika mitochondria haikandamwi na cycloheximide, ambayo inazuia kazi ya ribosomes ya eukaryotic, lakini ni nyeti kwa antibiotics erythromycin na chloramphenicol, ambayo inazuia usanisi wa protini katika bakteria. Ukweli huu hutumika kama moja ya hoja zinazopendelea asili ya mitochondria kutoka kwa bakteria ya aerobic wakati wa uundaji wa seli za eukaryotic.

Nadharia ya Symbiotic ya asili ya mitochondria

Dhana ya asili ya mitochondria na plastidi za mimea kutoka kwa bakteria ya ndani-endosymbionts ilionyeshwa na R. Altman nyuma mnamo 1890. Wakati wa karne ya maendeleo ya haraka ya biokemia, saitolojia, genetiki na biolojia ya Masi iliyoonekana nusu karne iliyopita, nadharia ilikua katika nadharia kulingana na idadi kubwa ya nyenzo zenye ukweli. Kiini chake ni kama ifuatavyo: na kuonekana kwa bakteria ya photosynthetic, oksijeni iliyokusanywa katika anga ya Dunia - pato la kimetaboliki yao. Pamoja na kuongezeka kwa mkusanyiko wake, maisha ya heterotrophs ya anaerobic ikawa ngumu zaidi, na baadhi yao, kupata nishati, ilipita kutoka kwa uchachu wa mafuta na fosforasi ya oksidi. Hterotrophs kama hizo za aerobic zinaweza, kwa ufanisi mkubwa kuliko bakteria ya anaerobic, kuvunja vitu vya kikaboni vilivyoundwa kama matokeo ya usanidinolojia. Baadhi ya aerobes ya kuishi bure walinaswa na anaerobes, lakini sio "mwilini", lakini iliyohifadhiwa kama vituo vya nishati, mitochondria. Mitochondria haipaswi kutazamwa kama watumwa waliochukuliwa mfungwa kusambaza molekuli za ATP kwa seli ambazo haziwezi kupumua. Badala yake, wao ni "viumbe" ambao, nyuma ya Proterozoic, walipata makao bora kwao na kwa watoto wao, ambapo unaweza kutumia bidii kidogo bila kuhatarisha kuliwa.

Ukweli mwingi huzungumza kwa kupendelea nadharia ya ishara:

- saizi na umbo la mitochondria na bakteria ya aerobic ya kuishi bure ni sawa; zote zina molekuli za duara za DNA ambazo hazihusiani na histones (tofauti na DNA ya nyuklia yenye mstari);

Kwa upande wa mfuatano wa nyukleotidi, RNA za ribosomal na usafirishaji wa mitochondria hutofautiana na zile za nyuklia, wakati zinaonyesha kufanana kwa kushangaza na molekuli sawa za eubacteria ya gramu-hasi ya aerobic;

Polymerase ya Rito ya Mitochondrial, ingawa imesimbwa kwenye kiini cha seli, imezuiliwa na rifampicin, kama ile ya bakteria, na polima ya eukaryotic ya RNA haijali dawa hii;

Usanisi wa protini katika mitochondria na bakteria hukandamizwa na viuatilifu vile vile ambavyo haviathiri ribosomes ya eukaryotes;

Utungaji wa lipid wa utando wa ndani wa mitochondria na plasmalemma ya bakteria ni sawa, lakini ni tofauti sana na ile ya utando wa nje wa mitochondria, ambayo ni sawa na utando mwingine wa seli za eukaryotic;

Cristae, iliyoundwa na utando wa ndani wa mitochondrial, ni milinganisho ya mabadiliko ya utando wa mesosomal wa prokaryotes nyingi;

Hadi sasa, viumbe vimenusurika ambavyo vinaiga fomu za kati kwenye njia ya malezi ya mitochondria kutoka kwa bakteria (amoeba ya zamani Pelomyxa haina mitochondria, lakini kila wakati ina bakteria ya endosymbiotic).

Genome mpya inaweza kuunda njia za kimetaboliki ambazo husababisha malezi ya bidhaa muhimu ambazo haziwezi kutengenezwa na washirika wowote mmoja mmoja. Kwa hivyo, ujumuishaji wa homoni za steroid na seli za gamba la adrenal ni mnyororo tata wa athari, zingine ambazo hufanyika katika mitochondria, na zingine kwenye endoplasmic reticulum. Kwa kukamata jeni za promitochondria, kiini kiliweza kudhibiti kwa uaminifu kazi za ishara. Kiini hujumuisha protini zote na usanisi wa lipid wa utando wa nje wa mitochondria, protini nyingi za tumbo na utando wa ndani wa organelles. Jambo muhimu zaidi, kiini huweka Enzymes kwa kuiga, kunakili na kutafsiri mtDNA, na hivyo kudhibiti ukuaji na uzazi wa mitochondria. Kiwango cha ukuaji wa washirika wa ishara lazima iwe sawa. Ikiwa mwenyeji anakua haraka, basi kwa kila kizazi idadi ya ishara kwa kila mtu itapungua, na mwishowe, kizazi bila mitochondria kitaonekana. Tunajua kuwa kila seli ya kiumbe kinachozaa kingono ina mitochondria nyingi ambazo zinaiga DNA yao katika kipindi kati ya mgawanyiko wa mwenyeji. Hii inahakikisha kwamba kila seli ya binti itapokea angalau nakala moja ya genome ya mitochondrial.

Urithi wa cytoplasmic

Mbali na kuweka alama kwa vifaa muhimu vya mnyororo wa kupumua na vifaa vyake vya kutengeneza protini, genome ya mitochondrial katika hali zingine inashiriki katika uundaji wa tabia zingine za kimofolojia na kisaikolojia. Vipengele hivi ni pamoja na ugonjwa wa NCS (ukanda ambao sio wa chromosomal, ugonjwa wa jani uliosimbwa kwa maandishi), tabia ya spishi kadhaa za juu, na utasa wa kiume wa cytoplasmic (CMS), ambayo husababisha usumbufu wa ukuaji wa kawaida wa poleni. Udhihirisho wa huduma zote mbili ni kwa sababu ya mabadiliko katika muundo wa mtDNA. Katika CMS, upangaji upya wa genome za mitochondriamu huzingatiwa kama matokeo ya matukio ya urekebishaji unaosababisha kufutwa, kurudia, inversions au kuingizwa kwa mfuatano fulani wa nyukleotidi au jeni zima. Mabadiliko kama hayo hayawezi kusababisha uharibifu tu kwa jeni zilizopo, lakini pia kuibuka kwa jeni mpya za kufanya kazi.

Urithi wa Cytoplasmic, tofauti na nyuklia, haitii sheria za Mendel. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba katika wanyama wa juu na mimea ya gametes kutoka jinsia tofauti zina idadi isiyo na kifani ya mitochondria. Kwa hivyo, katika ovum ya panya kuna mitochondria 90,000, na kwenye manii - nne tu. Kwa wazi, katika yai lililorutubishwa, mitochondria ni zaidi au tu kutoka kwa mwanamke, i.e. urithi wa jeni zote za mitochondrial ni mama. Uchunguzi wa maumbile ya urithi wa saitoplazimu ni ngumu kwa sababu ya mwingiliano wa nyuklia-cytoplasmic. Katika kesi ya utasa wa kiume wa saitoplazimu, genome ya mitochondrial inayobadilika huingiliana na jeni fulani za nyuklia, viboreshaji ambavyo ni muhimu kwa ukuzaji wa tabia hiyo. Njia kuu za jeni hizi, zote mbili katika hali za homo- na heterozygous, hurejesha kuzaa kwa mmea bila kujali hali ya genome ya mitochondrial.

Utafiti wa genomes ya mitochondrial, mageuzi yao, ikiendelea kulingana na sheria maalum za maumbile ya idadi ya watu, uhusiano kati ya mifumo ya maumbile ya nyuklia na mitochondrial, ni muhimu kuelewa shirika ngumu la kihierarkia la seli ya eukaryotic na kiumbe kwa ujumla.

Magonjwa fulani ya urithi na kuzeeka kwa mwanadamu yamehusishwa na mabadiliko fulani katika DNA ya mitochondriamu au katika jeni za nyuklia zinazodhibiti kazi ya mitochondrial. Takwimu zinajikusanya juu ya ushiriki wa kasoro za mtDNA katika kasinojeni. Kwa hivyo, mitochondria inaweza kuwa lengo la chemotherapy ya saratani. Kuna ukweli juu ya mwingiliano wa karibu wa genome ya nyuklia na mitochondrial katika ukuzaji wa magonjwa kadhaa ya wanadamu. Ufutaji mwingi wa mtDNA ulipatikana kwa wagonjwa walio na udhaifu mkubwa wa misuli, ataxia, uziwi, upungufu wa akili, waliorithiwa kwa njia kuu ya kiotomatiki. Imefanyika dimorphism ya kijinsia katika dhihirisho la kliniki la ugonjwa wa moyo, ambayo inawezekana kwa sababu ya athari ya mama - urithi wa cytoplasmic. Ukuaji wa tiba ya jeni hutoa tumaini la kurekebisha kasoro katika genomes za mitochondrial katika siku zijazo zinazoonekana.

Kazi hii iliungwa mkono na Msingi wa Utafiti wa Msingi wa Urusi. Mradi 01-04-48971.
Mwandishi anashukuru kuhitimu mwanafunzi M.K.Ivanov, ambaye aliunda takwimu za kifungu hicho.

Fasihi

1. Yankovsky N.K., Borinskaya S.A. Historia yetu ilirekodiwa katika DNA // Asili. 2001. Nambari 6. Kifungu cha 10-18.

2. Minchenko A.G., Dudareva N.A. Jenome ya Mitochondrial. Novosibirsk, 1990.

3. Gvozdev V.A.// Soros. elimu. zhurn. 1999. Nambari 10. Kifungu cha 11-17.

4. Margelis L. Jukumu la upatanisho katika mabadiliko ya seli. M., 1983.

5. Skulachev V.P.// Soros. elimu. zhurn. 1998. Nambari 8. Kifungu cha 2-7.

6. Igamberdiev A.U.// Soros. elimu. zhurn. 2000. Hapana. Kifungu cha 32-36.

DNA ya Mitochondrial iliyoko kwenye tumbo ni molekuli iliyofungwa mviringo mara mbili kwenye seli za binadamu zilizo na saizi ya jozi za nyuklia za 16569, ambayo ni takriban mara 10 5 ndogo kuliko DNA iliyowekwa ndani ya kiini. Kwa ujumla, DNA ya mitochondrial huweka 2 rRNA, 22 tRNA, na subunits 13 za Enzymes za njia ya upumuaji, ambayo sio zaidi ya nusu ya protini zinazopatikana ndani yake. Hasa, chini ya udhibiti wa genome ya mitochondral, subunits saba za ATP synthetase, subunits tatu za cytochrome oxidase, na sehemu moja ya ubiquinol-cytochrome imewekwa. na-kupunguza. Katika kesi hii, protini zote, isipokuwa moja, mbili ribosomal na tRNAs sita zimenakiliwa kutoka kwa uzi mzito (wa nje) wa DNA, na tRNA zingine 14 na protini moja zimenakiliwa kutoka kwa kamba nyepesi (ya ndani).

Kinyume na msingi huu, genome ya mitochondria ya mmea ni kubwa zaidi na inaweza kufikia jozi 370,000 za nyukleotidi, ambayo ni karibu mara 20 kuliko genome ya mitochondriamu ya binadamu iliyoelezwa hapo juu. Idadi ya jeni hapa pia ni zaidi ya mara 7, ambayo inaambatana na kuonekana kwa mitochondria ya mimea ya njia za ziada za usafirishaji wa elektroni ambazo hazihusiani na usanisi wa ATP.

DNA ya Mitochondrial inajirudia katika interphase, ambayo kwa sehemu inalinganishwa na urudiaji wa DNA kwenye kiini. Wakati wa mzunguko wa seli, mitochondria hugawanyika mara mbili kwa msongamano, malezi ambayo huanza na mtaro wa annular kwenye utando wa ndani wa mitochondrial. Uchunguzi wa kina wa mlolongo wa nyukleotidi wa genome ya mitochondriamu ilifanya iwezekane kugundua kuwa katika mitochondria ya wanyama na kuvu, kupotoka kutoka kwa nambari ya maumbile ya ulimwengu ni mara kwa mara. Kwa hivyo, katika mitochondria ya kibinadamu, kodoni ya TAT badala ya isoleukini katika kificho cha kawaida husimba amino asidi methionine, kodoni za TCT na TCC, kawaida husimba arginine, ni kodoni za kusitisha, na kodoni ya AST, ambayo ni kodoni ya kuacha katika nambari ya kawaida. , husimba methionine ya amino asidi. Kama mitochondria ya mmea, inaonekana kwamba hutumia nambari ya maumbile ya ulimwengu. Kipengele kingine cha mitochondria ni utambuzi wa kodoni za tRNA, ambayo ina ukweli kwamba molekuli moja kama hiyo haiwezi kutambua moja, lakini kodoni tatu au nne mara moja. Kipengele hiki kinapunguza umuhimu wa nucleotide ya tatu kwenye kodoni na inaongoza kwa ukweli kwamba mitochondria inahitaji aina ndogo za aina za tRNA. Katika kesi hii, ni 22 tRNA tofauti tu zinatosha.

Kuwa na vifaa vyake vya maumbile, mitochondria pia ina mfumo wake wa kutengeneza protini, sifa ambayo katika seli za wanyama na kuvu ni ribosomes ndogo sana inayojulikana na mgawo wa sedimentation wa 55S, ambayo ni ya chini zaidi kuliko ile ya ribsomes 70 za aina ya prokaryotic. Katika kesi hii, RNA mbili kubwa za ribosomal pia ni ndogo kuliko prokaryotes, na rRNA ndogo haipo kabisa. Katika mitochondria ya mmea, badala yake, ribosomes zinafanana zaidi na zile za prokaryotic kwa saizi na muundo.

Mali na kazi za DNA.

DNA, au asidi ya deoxyribonucleic, ndio nyenzo kuu ya urithi iliyopo kwenye seli zote za mwili na haswa inajumuisha muhuri wa samawati wa kazi za seli, ukuaji, uzazi na kifo. Muundo wa DNA ulioitwa muundo wa helical ulioshonwa mara mbili ulielezewa kwanza na Watson na Crick mnamo 1953.

Kuanzia hapo, maendeleo makubwa yamepatikana katika usanisi, upangaji na ujanja wa DNA. DNA siku hizi zinaweza kusanifiwa au kuchambuliwa kwa vitu vidogo na hata jeni zinaweza kuingizwa ili kusababisha mabadiliko katika kazi na muundo wa DNA.

Kusudi kuu la nyenzo za urithi ni uhifadhi wa habari ya urithi, kwa msingi wa ambayo phenotype huundwa. Sifa nyingi na mali ya kiumbe ni kwa sababu ya muundo wa protini ambazo hufanya kazi anuwai, kwa hivyo, habari juu ya muundo wa molekuli anuwai ya protini, maalum ambayo inategemea muundo wa kiwango na idadi ya asidi ya amino, vile vile kama ilivyo kwa mpangilio wa mpangilio wao kwenye mnyororo wa peptidi, lazima irekodiwe kwenye nyenzo za urithi. Kwa hivyo, muundo wa asidi ya amino ya protini lazima iwekwe kwenye molekuli za asidi ya kiini.
Nyuma ya mapema miaka ya 50, ilipendekezwa juu ya njia ya kurekodi habari za maumbile, ambayo uandishi wa asidi ya amino ya kibinafsi kwenye molekuli ya protini inapaswa kufanywa kwa kutumia mchanganyiko fulani wa nyukleotidi nne tofauti katika molekuli ya DNA. Ili kusimba zaidi ya asidi amino 20, idadi inayotakiwa ya mchanganyiko hutolewa tu na nambari tatu, ambayo ni nambari ambayo inajumuisha nukotidi tatu zilizo karibu. Katika kesi hii, idadi ya mchanganyiko wa besi nne za nitrojeni, tatu kila moja ni 41 = 64. Dhana juu ya utatu wa nambari ya maumbile ilithibitishwa baadaye kwa majaribio, na kwa kipindi cha 1961 hadi 1964 chipher ilipatikana, kwa msaada ambayo agizo la asidi ya amino imeandikwa katika molekuli za asidi ya kiini katika peptidi.
Kutoka meza. 6 kwamba kati ya mapacha matatu, mapacha matatu 61 huweka asidi ya amino moja au nyingine, na asidi ya amino binafsi huambatishwa na zaidi ya mara tatu, au kodoni (phenylalanine, leucine, valine, serine, n.k.). Watatu kadhaa hawaandiki asidi ya amino, na kazi zao zinahusishwa na uteuzi wa mkoa wa mwisho wa molekuli ya protini.
Kusoma habari iliyorekodiwa katika molekuli ya asidi ya kiini hufanywa kwa mtiririko huo, kwa kushirikiana na Don na kodoni, ili kila nukotidi iwe sehemu ya tatu moja tu.
Utafiti wa nambari ya maumbile katika viumbe vilivyo na viwango tofauti vya shirika umeonyesha ulimwengu wa utaratibu huu wa kurekodi habari katika maumbile ya maisha.
Kwa hivyo, utafiti katikati ya karne ya 20 ulifunua utaratibu wa kurekodi habari za urithi katika molekuli ya asidi ya kiini kwa kutumia nambari ya kibaolojia, ambayo ina sifa ya mali zifuatazo: b) maalum - kila tatu hujumuisha tu asidi fulani ya amino; c) ulimwengu - katika viumbe vyote vilivyo hai, uandishi wa asidi sawa za amino hufanywa na kodoni zile zile; d) kuzorota - asidi nyingi za amino zimesimbwa na zaidi ya mara tatu; e) isiyoingiliana - habari inasomwa mara tatu mfululizo na tatu: AAGTSTCTSAGTSTSAT.

Mbali na kurekodi na kuhifadhi habari ya kibaolojia, kazi ya nyenzo za urithi ni kuzaa kwake na upelekaji kwa kizazi kipya katika mchakato wa kuzaa kwa seli na viumbe. Kazi hii ya nyenzo za urithi hufanywa na molekuli za DNA katika mchakato wa kurudia kwake, kwa mfano, kuzaliana kabisa kwa muundo, kwa sababu ya utekelezaji wa kanuni ya utimilifu (tazama 2.1).
Mwishowe, kazi ya tatu ya nyenzo za urithi, zinazowakilishwa na molekuli za DNA, ni kutoa michakato maalum wakati wa utekelezaji wa habari iliyo ndani yake. Kazi hii inafanywa na ushiriki wa aina anuwai ya RNA, ambayo hutoa mchakato wa kutafsiri, ambayo ni mkusanyiko wa molekuli ya protini ambayo hufanyika kwenye saitoplazimu kwa msingi wa habari iliyopokelewa kutoka kwa kiini (tazama 2.4). Wakati wa utambuzi wa habari ya urithi iliyohifadhiwa kwa njia ya molekuli za DNA kwenye chromosomes ya kiini, hatua kadhaa zinajulikana.
1. Kusoma habari kutoka kwa molekuli ya DNA katika mchakato wa usanisi wa mRNA - nakala, ambayo hufanywa kwenye moja ya nyuzi za helix mara mbili ya mnyororo wa DNA-codogenic kulingana na kanuni ya ujumuishaji (tazama 2.4).
2. Maandalizi ya bidhaa ya kunakiliwa kutolewa kwenye saitoplazimu - kukomaa kwa mRNA.
3. Kusanya juu ya ribosomes ya mnyororo wa peptidi ya amino asidi kulingana na habari iliyorekodiwa kwenye molekuli ya mRNA, na ushiriki wa usafirishaji wa tRNA - tafsiri (tazama 2.4).
4. Uundaji wa miundo ya protini ya sekondari, ya juu na ya quaternary, ambayo inalingana na malezi ya protini inayofanya kazi (huduma rahisi).
5. Uundaji wa tabia ngumu kama matokeo ya ushiriki wa bidhaa za jeni kadhaa (protini-enzymes au protini zingine) katika michakato ya biochemical.

Muundo wa helix mara mbili ya DNA, iliyoshikiliwa pamoja na vifungo vya haidrojeni tu, inaweza kuharibiwa kwa urahisi. Kuvunja vifungo vya haidrojeni kati ya minyororo ya polynucleotide DNA inaweza kufanywa katika suluhisho kali za alkali (kwa pH> 12.5) au kwa kupokanzwa. Baada ya hapo, nyuzi za DNA zimetengwa kabisa. Utaratibu huu unaitwa uboreshaji wa DNA au kuyeyuka.

Uboreshaji wa rangi hubadilisha baadhi ya mali ya DNA, kama vile wiani wake wa macho. Besi za nitrojeni huchukua mwanga katika mkoa wa ultraviolet (na kiwango cha juu karibu 260 nm). DNA inachukua mwanga karibu 40% chini ya mchanganyiko wa nyukleidi za bure za muundo huo. Jambo hili linaitwa athari ya hypochromic, na ni kwa sababu ya mwingiliano wa besi wakati ziko katika helix mara mbili.

Kupotoka yoyote kutoka kwa hali iliyoshonwa mara mbili kunaathiri mabadiliko katika ukubwa wa athari hii, i.e. kuna mabadiliko katika wiani wa macho kuelekea tabia ya thamani ya besi za bure. Kwa hivyo, ubadilishaji wa DNA unaweza kuzingatiwa kwa kubadilisha wiani wake wa macho.

Wakati DNA inapokanzwa, joto la wastani la anuwai ambayo nyuzi za DNA zimetenganishwa huitwa kiwango cha kuyeyuka na huteuliwa kama T PL... Katika suluhisho T PL kawaida hulala katika anuwai ya 85-95 ° C. Mzunguko wa kuyeyuka kwa DNA huwa na sura sawa, lakini msimamo wake kwa kiwango cha joto hutegemea muundo wa msingi na hali ya kutengana (Mtini. 1). Jozi za G-C zilizounganishwa na vifungo vitatu vya haidrojeni ni kinzani zaidi kuliko jozi za AT zilizo na vifungo viwili vya haidrojeni, kwa hivyo, na kuongezeka kwa yaliyomo ya G-C-nap, thamani ya T PL huongezeka. DNA, 40% iliyojumuisha G-C (tabia ya jenomu ya mamalia), madhehebu huko T PL kuhusu 87 ° C, wakati DNA iliyo na 60% G-C ina T PL
karibu 95 ° C.

Joto la uboreshaji wa DNA (isipokuwa muundo wa besi) huathiriwa na nguvu ya ionic ya suluhisho. Kwa kuongezea, kadiri mkusanyiko wa cations zenye monovalenti, juu T PL... Thamani ya T PL pia hubadilika sana wakati vitu kama vile formamide (asidi ya asidi amide HCONH2) vinaongezwa kwenye suluhisho la DNA, ambayo
kudhoofisha vifungo vya hidrojeni. Uwepo wake hukuruhusu kupunguza T PL, hadi 40 ° C.

Mchakato wa ubadilishaji unaweza kubadilishwa. Jambo la urejesho wa muundo wa helix mara mbili, kulingana na utengano mbili wa nyuzi za ziada, huitwa urekebishaji wa DNA. Ili kufanya urekebishaji, kama sheria, inatosha kushinikiza suluhisho la DNA iliyochapishwa.

Kubadilisha upya kunajumuisha mfuatano wa nyongeza ambao ulitengwa wakati wa kutenganishwa. Walakini, mlolongo wowote wa nyongeza ambao una uwezo wa kuunda muundo wenye nyuzi mbili unaweza kubadilishwa. Ikiwa pamoja. DNA iliyo na kamba moja inayotokana na nukta tofauti imeongezwa, basi malezi ya muundo wa DNA iliyoshonwa mara mbili huitwa mseto.

Habari sawa.