Az emberi mitokondriális genom. A mitokondriális DNS szerkezeti jellemzői. RNS típusok a sejtekben

A nukleinsavak szerkezete.

N. to. - a sejt univerzális információs makromolekulái, amelyek fő funkciói: 1) Az örökletes információk tárolása genetikai kód formájában. 2) Örökletes információ reprodukálása ön- vagy DNS-replikációval. 3) Az örökletes információ megvalósítása a fehérje bioszintézis folyamatában. N. to. először kaptak gennysejtek magjából. A kémiai elemzés kimutatta, hogy az n-nek két típusa van: 1) DNS, 2) RNS. A DNS a sejtmagban, a mitokondriumokban és a centriolokban található. Az RNS-ek a sejtmagban, a sejtmagokban, a riboszómákban és a mitokondriumokban találhatók. Kémiai értelemben n to - polimerek, amelyek polinukleotid láncokból állnak, monomer n. to. yav - nukleotid. A DNS-ben 4 típus létezik: A, T, G, C. Az RNS-ben a timint Uracil helyettesíti. Szerkezete szerint az adenin és a guanin purinbázisok

A DNS tulajdonságai és funkciói.

A kémiai elemzés kimutatta, hogy az n-nek két típusa van: 1) DNS, 2) RNS. A DNS a sejtmagban, a mitokondriumokban és a centriolokban található. Az RNS-ek a sejtmagban, a sejtmagokban, a riboszómákban és a mitokondriumokban találhatók. Kémiai értelemben n to - polimerek, amelyek polinukleotid láncokból állnak, monomer n. to. yav - nukleotid. A DNS-ben 4 típus létezik: A, T, G, C. Az RNS-ben a timint Uracil helyettesíti. Szerkezete szerint az adenin és a guanin purinbázisok

1 benzolgyűrű) T, C, U (pirimidin bázisok - 2 benzolgyűrű). A DNS egy hélix, amely két polinukleotid láncból áll. A polinukleotid láncok olyan nukleotidokból állnak, amelyek hidrogénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, amelyek komplementer párokat alkotnak. A DNS-ben A=T, G=C (Chargaff Rule 1951). A DNS minden szálában lévő nukleotidok úgy kapcsolódnak egymáshoz, hogy az előző nukleotid 5. cukorszénje kapcsolódik a következő nukleotid 3. cukorszénéhez. Ezeknek a kötéseknek köszönhetően a DNS-molekulának két vége van. Az LNC hélix átmérője 2 nm. A hélix egy fordulata 3,4 nm. A nukleotidok közötti távolság 0,34 nm. A hélix minden fordulója 10 bázispárt tartalmaz. A DNS-ben több szerveződési szint létezik: 1) Az elsődleges szerkezet az a sorrend, amelyben a nukleotidok komplementer láncokba rendeződnek. 2) A másodlagos szerkezet a DNS kettős hélixe. 3) harmadlagos - DNS a kromoszómák összetételében.

A mitokondriális DNS szerkezeti jellemzői.

Mitokondriális DNS (mtDNS) - A DNS (a nukleáris DNS-től eltérően) a mitokondriumokban, az eukarióta sejtek organellumáiban lokalizálódik.

A legtöbb vizsgált organizmusban a mitokondriumok csak cirkuláris DNS-molekulákat tartalmaznak, egyes növényekben egyszerre vannak jelen cirkuláris és lineáris molekulák is, és számos protistákban (például csillósokban) csak lineáris molekulák találhatók. Az emlős mitokondriumok jellemzően körkörös DNS-molekulák két-tíz azonos másolatát tartalmazzák. A növényekben minden mitokondrium több, különböző méretű DNS-molekulát tartalmaz, amelyek képesek a rekombinációra.A kinetoplasztid rendbe tartozó protistáknál (például a tripanoszómákban) a mitokondrium egy speciális szakasza (kinetoplaszt) kétféle DNS-molekulát tartalmaz - azonos maxi-okat. -gyűrűk (20-50 db) körülbelül 21 kb hosszúak. és mini-gyűrűk (20 000 - 55 000 darab, kb. 300 fajta, átlagos hossza kb. 1000 bp). Az összes gyűrű egyetlen hálózatba (katenánok) kapcsolódik, amely minden replikációs ciklussal megsemmisül és helyreáll. A maxi-gyűrűk homológok más szervezetek mitokondriális DNS-ével. Minden minigyűrű négy hasonló konzervált régiót és négy egyedi hipervariábilis régiót tartalmaz. A minikörök rövid vezető RNS-molekulákat (guideRNS) kódolnak, amelyek szerkesztik a maxicircle génekből átírt RNS-t. A mitokondriális DNS (mtDNS) a sejtszervecskék - mitokondriumok - genomja. Ezen organellumok endoszimbiotikus eredete meghatározza a mitokondriális genetikai rendszer félig autonóm létezését. Tehát a DNS-szintézis a mitokondriumokban a nukleáris DNS-szintézistől függetlenül megy végbe, és ennek a citoplazmatikus genetikai struktúrának - a mitokondriális kromoszómának - az öröklődése általában szigorúan az anyai vonal mentén történik. Ez okot ad a szerzőknek arra, hogy feltételesen elkülönítsék a mitokondriális gének összességét és minden replikálódó mtDNS-fragmentumot a populáció egy külön genetikai erőforrásába - a mitokondriális génállományba. A 60-as években azonosítottak DNS-tartalmú struktúrákat a mitokondriumokban. Az elmúlt negyedszázad során az ember és számos állatfaj mitokondriális genomjának szerkezeti és funkcionális szerveződését részletesen tanulmányozták. A mitokondriális kromoszómát egy körkörös, kétszálú DNS-molekula képviseli, amely a belső mitokondriális membránhoz kapcsolódó, kovalensen zárt szuperspirált formában van jelen az organellumban. Minden organellum 1-8 DNS-molekulát tartalmaz, ami sejtenként 1000-8000 kópia. Általános szabály, hogy egy szervezetnek egyetlen formája van az mtDNS-nek, pl. az egyik haplotípus az anyai vonalból öröklődött.

RNS típusok a sejtekben.

A sejtekben háromféle RNS található: 1) I-RNS (hírvivő vagy hírvivő RNS).

2) R-RNS (riboszomális RNS).

3) T-RNS (transzfer RNS)

Messenger RNS - szintetizálódik és átíródik DNS-be, és információt hordoz a fehérjeszintézishez. Az R-RNS és a T-RNS szintetizálódik a sejtmag magjában. A nucleolus a kromoszómák olyan régiója, amelyben műholdak találhatók. A nukleoláris DNS tartalmazza azokat a géneket, amelyeken az R-RNS és a T-RNS szintetizálódik. Az rRNS-ek a riboszómákban találhatók (a kis és nagy alegységben). Célja: az AK kis alegységén keresztül ATP-n keresztül kapcsolódik a T-RNS-hez. A DNS és az RNS közötti különbség: 1) Az RNS egyetlen láncból áll. 2) Az RNS-ben a cukor ribóz. 3) Az RNS rövidebb, mint a DNS. 4) A T-RNS harmadlagos szerkezetű. Mátrix (információs) RNS - RNS, amely közvetítőként szolgál a DNS-ben kódolt információk riboszómákba, az élő szervezet fehérjeit szintetizáló molekuláris gépeibe történő átvitelében. Az mRNS kódoló szekvencia határozza meg a fehérje polipeptidláncának aminosavszekvenciáját.

Transport (tRNS) - kicsi, körülbelül 80 nukleotidból áll, konzervatív tercier szerkezetű molekulákból. Specifikus aminosavakat szállítanak a peptidkötés szintézisének helyére a riboszómában. Mindegyik tRNS tartalmaz egy aminosav kapcsolódási helyet és egy antikodont az mRNS kodonok felismeréséhez és kapcsolódásához. A riboszómális RNS (rRNS) a riboszómák katalitikus komponense. Az eukarióta riboszómák négyféle rRNS-molekulát tartalmaznak: 18S, 5.8S, 28S és 5S. Az rRNS négy típusa közül három a sejtmagban szintetizálódik. A citoplazmában a riboszómális RNS-ek a riboszómális fehérjékkel egyesülve egy riboszómának nevezett nukleoproteint képeznek. A riboszóma az mRNS-hez kapcsolódik, és szintetizálja a fehérjét. Az rRNS az eukarióta sejt citoplazmájában található RNS 80%-át teszi ki

A mátrixban található mitokondriális DNS egy zárt, körkörös, kétszálú molekula, emberi sejtekben 16569 nukleotidpár méretű, ami körülbelül 105-ször kisebb, mint a sejtmagban lokalizált DNS. A mitokondriális DNS általában 2 rRNS-t, 22 tRNS-t és 13 légzőlánc-enzim alegységet kódol, ami a benne található fehérjék legfeljebb felét teszi ki. Különösen a mitokondriális genom szabályozása alatt hét ATP szintetáz alegység, három citokróm oxidáz alegység és egy ubiquinol citokróm alegység kódolódik. Val vel-reduktázok. Ebben az esetben a nehezebb (külső) DNS-láncból minden fehérje, egy kivételével két riboszómális és hat tRNS, a könnyebb (belső) láncból pedig 14 másik tRNS és egy fehérje íródik át.

Ennek fényében a növényi mitokondriális genom sokkal nagyobb, és elérheti a 370 000 nukleotidpárt is, ami körülbelül 20-szor nagyobb, mint a fent leírt humán mitokondriális genom. A gének száma itt is megközelítőleg 7-szer nagyobb, ami a növényi mitokondriumokban további elektrontranszport utak megjelenésével jár, amelyek nem kapcsolódnak az ATP szintézishez.

A mitokondriális DNS interfázisban replikálódik, ami részben szinkronban van a sejtmagban lévő DNS-replikációval. A sejtciklus során a mitokondriumok szűküléssel kettéosztódnak, amelyek kialakulása a belső mitokondriális membránon található gyűrűs barázdával kezdődik. A mitokondriális genom nukleotidszekvenciájának részletes vizsgálata lehetővé tette annak megállapítását, hogy az univerzális genetikai kódtól való eltérések nem ritkák az állatok és gombák mitokondriumaiban. Így a humán mitokondriumokban a standard kódban az izoleucin helyett a TAT kodon a metionin aminosavat kódolja, az általában arginint kódoló TCT és TCC kodonok stopkodonok, és az ACT kodon, amely a standard kód stopkodonja. , a metionin aminosavat kódolja. Ami a növényi mitokondriumokat illeti, úgy tűnik, hogy univerzális genetikai kódot használnak. A mitokondriumok másik jellemzője a tRNS kodonfelismerés jellemzője, amely abból áll, hogy egy ilyen molekula nem egy, hanem három vagy négy kodont képes felismerni egyszerre. Ez a tulajdonság csökkenti a harmadik nukleotid jelentőségét a kodonban, és ahhoz a tényhez vezet, hogy a mitokondriumok kisebb tRNS-típusokat igényelnek. Ebben az esetben csak 22 különböző tRNS elegendő.

A saját genetikai apparátussal rendelkező mitokondriumnak saját fehérjeszintetizáló rendszere is van, melynek jellemzője az állatok és gombák sejtjeiben az igen kicsi riboszómák, melyeket 55S-es ülepedési együttható jellemez, ami még a 70-eseknél is alacsonyabb. prokarióta típusú riboszómák. Ugyanakkor két nagy riboszomális RNS is kisebb, mint a prokariótákban, és a kis rRNS teljesen hiányzik. Ezzel szemben a növényi mitokondriumokban a riboszómák méretükben és szerkezetükben jobban hasonlítanak a prokariótákhoz.

A DNS tulajdonságai és funkciói.

A DNS vagy dezoxiribonukleinsav a fő örökítőanyag, amely a test minden sejtjében jelen van, és főként a sejtek működésének, növekedésének, szaporodásának és halálának kék pecsétjét biztosítja. A DNS szerkezetét, amelyet kétszálú spirális szerkezetnek neveznek, először Watson és Crick írta le 1953-ban.

Azóta óriási előrelépés történt a DNS szintézise, ​​szekvenálása és manipulálása terén. Manapság a DNS-t szekvenálják vagy elemzik apróságokra, és még gének is beilleszthetők, hogy megváltoztassák a DNS funkcióját és szerkezetét.

Az örökítőanyag fő célja az örökletes információk tárolása, amelyek alapján kialakul a fenotípus. A szervezet jelei és tulajdonságai nagy része a különféle funkciókat ellátó fehérjék szintéziséből adódik, így az örökítőanyagban rögzíteni kell a rendkívül változatos fehérjemolekulák szerkezetére vonatkozó információkat, amelyek sajátossága a minőségi és mennyiségi minőségtől függ. aminosavak összetétele, valamint sorrendjük a peptidláncban. Ezért a fehérjék aminosav-összetételét nukleinsavmolekulákban kell kódolni.
Még az 50-es évek elején javasolták a genetikai információ rögzítésének módszerét, amelyben a fehérjemolekulában lévő egyes aminosavak kódolását egy DNS-molekulában lévő négy különböző nukleotid bizonyos kombinációival kellene végrehajtani. Több mint 20 aminosav kódolásához a szükséges számú kombinációt csak egy triplet kód biztosítja, azaz egy olyan kód, amely három szomszédos nukleotidot tartalmaz. Ebben az esetben a négy nitrogénbázis háromszoros kombinációinak száma 41 = 64. A genetikai kód triplett jellegének feltételezése később kísérleti megerősítést kapott, és az 1961-től 1964-ig tartó időszakban találtak egy titkosítást, melynek segítségével a peptidben rögzítjük az aminosavak sorrendjét a nukleinsavakban.
Táblázatból. A 6. ábrán látható, hogy a 64 hármasból 61 triplett kódol egy vagy másik aminosavat, és az egyes aminosavakat egynél több triplet vagy kodon (fenilalanin, leucin, valin, sorozat stb.) kódolja. Számos hármas nem kódol aminosavakat, és funkciójuk a fehérjemolekula terminális részének kijelölésével függ össze.
A nukleinsavmolekulában rögzített információ leolvasása szekvenciálisan, kodononként történik, így minden nukleotid csak egy triplett része.
A különböző szerveződési szintekkel rendelkező élő szervezetek genetikai kódjának tanulmányozása megmutatta, hogy ez a mechanizmus egyetemes a vadon élő állatok információinak rögzítésére.
Így a 20. század közepén végzett vizsgálatok feltártak egy mechanizmust az örökletes információk nukleinsavmolekulákban való rögzítésére egy biológiai kód segítségével, amelyet a következő tulajdonságok jellemeznek: a) triplet - az aminosavakat nukleotidhármasok - kodonok kódolják; b) specifitás - minden hármas csak egy bizonyos aminosavat kódol; c) egyetemesség - minden élő szervezetben ugyanazon aminosavak kódolását ugyanazok a kodonok végzik; d) degeneráció – sok aminosav egynél több tripletttel van titkosítva; e) nem átfedő - az információ beolvasása szekvenciálisan, hármasonként történik: AAGCTTSAGSTTSAT.

Az öröklődési anyag feladata a biológiai információk rögzítésén és tárolásán túl annak szaporodása és átadása egy új generációnak a sejtek és élőlények szaporodási folyamatában. Az örökítőanyagnak ezt a funkcióját a DNS-molekulák látják el annak reduplikációja, azaz a szerkezet abszolút pontos reprodukálása során, a komplementaritás elvének érvényesülése miatt (lásd 2.1).
Végül a DNS-molekulák által képviselt örökítőanyag harmadik funkciója az, hogy a benne foglalt információk megvalósulása során specifikus folyamatokat biztosítson. Ezt a funkciót különféle típusú RNS-ek részvételével hajtják végre, amelyek biztosítják a transzláció folyamatát, azaz a sejtmagtól kapott információk alapján a citoplazmában előforduló fehérjemolekula összeállítását (lásd 2.4). A mag kromoszómáiban DNS-molekulák formájában tárolt örökletes információ megvalósítása során több szakaszt különböztetnek meg.
1. Információ leolvasása DNS-molekulából az mRNS szintézis - transzkripció folyamatában, amelyet a DNS-kodogén lánc kettős hélixének egyik láncán hajtanak végre a komplementaritás elve szerint (lásd 2.4).
2. A transzkripciós termék előkészítése a citoplazmába történő kibocsátáshoz - mRNS érés.
3. Aminosavak peptidláncának riboszómáira történő összeállítása az mRNS molekulában rögzített információk alapján, transzport tRNS-ek részvételével - transzláció (lásd 2.4).
4. Másodlagos, harmadlagos és kvaterner fehérjeszerkezetek kialakulása, amely megfelel egy működő fehérje kialakulásának (egyszerű jel).
5. Komplex tulajdonság kialakulása több gén termékének (enzimfehérjék vagy más fehérjék) biokémiai folyamatokban való részvétele eredményeként.

A DNS kettős hélix szerkezete, amelyet csak hidrogénkötések tartanak össze, könnyen feltörhető. A DNS polinukleotid láncok közötti hidrogénkötések felszakítása történhet erősen lúgos oldatokban (pH > 12,5-nél) vagy melegítéssel. Ezt követően a DNS-szálak teljesen elkülönülnek. Ezt a folyamatot DNS-denaturációnak vagy olvadásnak nevezik.

A denaturáció megváltoztatja a DNS egyes fizikai tulajdonságait, például az optikai sűrűségét. A nitrogéntartalmú bázisok az ultraibolya tartományban abszorbeálják a fényt (260 nm-hez közeli maximummal). A DNS csaknem 40%-kal kevesebb fényt nyel el, mint az azonos összetételű szabad nukleotidok keveréke. Ezt a jelenséget hipokróm hatásnak nevezik, és a bázisok kölcsönhatásából adódik, amikor kettős hélixben helyezkednek el.

A kétszálú állapottól való bármilyen eltérés hatással van ennek a hatásnak a nagyságrendjének megváltoztatására, pl. az optikai sűrűségben eltolódás történik a szabad bázisokra jellemző érték felé. Így a DNS denaturációja megfigyelhető az optikai sűrűség megváltoztatásával.

Amikor a DNS-t melegítjük, annak a tartománynak az átlagos hőmérsékletét, ahol a DNS-szálak szétválnak, olvadáspontnak nevezzük, és T-vel jelöljük. pl. A T megoldásban pláltalában 85-95 °C tartományban van. A DNS olvadási görbe mindig azonos alakú, de a hőmérsékleti skálán elfoglalt helyzete az alapösszetételtől és a denaturációs körülményektől függ (1. ábra). A három hidrogénkötéssel összekapcsolt G-C párok tűzállóbbak, mint az A-T párok, amelyek két hidrogénkötést tartalmaznak, ezért a G-C-nap tartalom növekedésével a T értéke pl növeli. DNS, 40% G-C (jellemző az emlős genomra), denaturálódik a T pl körülbelül 87 °C, míg a 60% G-C-t tartalmazó DNS-ben T pl
körülbelül 95 °C.

A DNS-denaturáció hőmérsékletét (a bázisok összetételét kivéve) az oldat ionerőssége befolyásolja. Ebben az esetben minél nagyobb az egyértékű kationok koncentrációja, annál magasabb a T pl. T érték pl akkor is nagymértékben megváltozik, ha olyan anyagokat adnak a DNS-oldathoz, mint a formamid (hangyasavamid HCONH2), amely
destabilizálja a hidrogénkötéseket. Jelenléte lehetővé teszi a T csökkentését pl, 40 °С-ig.

A denaturációs folyamat visszafordítható. A kettős hélix szerkezetének helyreállításának jelenségét, amely a komplementer szálak két szétválásán alapul, DNS renaturációnak nevezik. A renaturációhoz általában elegendő a denaturált DNS oldatának leállítása.

A renaturáció két komplementer szekvenciát foglal magában, amelyek a denaturáció során váltak el egymástól. Azonban minden olyan komplementer szekvencia, amely képes kétszálú struktúra kialakítására, visszacsatolható. Ha együtt. Különböző forrásokból származó egyszálú DNS-t annealnak, a kettős szálú DNS-struktúra kialakulását hibridizációnak nevezzük.

Hasonló információk.

Miért van a mitokondriumoknak saját DNS-ük? De miért ne lenne bennük a szimbióták DNS-e, és helyben termelnének mindent, amire szükségük van? Miért kell ezután a mitokondriális DNS egy részét átvinni a sejtmagba, ami szükségessé teszi a géntermékek szállítását a mitokondriumokba? Miért csak az egyik szülőtől adják át a mitokondriumokat? Hogyan jönnek ki az anyától kapott mitokondriumok az anya és az apa DNS-éből álló sejtgenomhoz? Minél többen tanulnak a mitokondriumokról, annál több kérdés merül fel.

Ez azonban nem csak a mitokondriumokra vonatkozik: bármely tudományterületen a tudásszféra bővülése csak az ismeretlennel való érintkezés felszínének növekedéséhez vezet, ami egyre több új kérdést vet fel, amelyekre a válaszok ugyanazt a szférát ugyanazzal a megjósolható eredménnyel bővíteni.

Tehát a modern mitokondriumok DNS-e nagyon furcsán oszlik el: a gének egy kis része közvetlenül a gyűrűkromoszóma mitokondriumában található (pontosabban ugyanazon kromoszóma több példányában minden mitokondriumban), és a legtöbb tervrajz a mitokondriumok alkotórészeinek termelése a sejtmagban raktározódik. Ezért ezeknek a géneknek a másolása az egész szervezet genomjának másolásával egy időben történik, és az általuk termelt termékek a sejt citoplazmájából a mitokondriumokba jutnak. Ez azonban sok szempontból kényelmes: a mitokondriumok megmenekülnek attól, hogy ezeket a géneket lemásolják, amikor szaporodnak, olvassák őket, és fehérjéket és egyéb összetevőket építenek fel, fő funkciójukra, az energiatermelésre összpontosítva. Miért van tehát még mindig a mitokondriumban egy kis DNS, amelynek fenntartásához mindezen mechanizmusok szükségesek, és amelytől megszabadulva a mitokondriumok még több erőforrást fordíthatnak létezésük fő céljára?

Eleinte azt feltételezték, hogy a mitokondriumban maradt DNS egy atavizmus, a metanogén által elnyelt pro-mitokondriumok öröksége, amelyek teljes bakteriális genommal rendelkeznek. A szimbiózisuk kezdetén, annak ellenére, hogy a sejtmagban léteztek azok a mitokondriális gének ( m-gének). A pro-mitokondrium élete kezdetén szimbiontaként nagyjából ugyanúgy nézett ki, mint a jelen bekezdés bal oldalán lévő diagramon látható modern baktérium.

És nagyon lassan, a kereslet hiánya miatt ezek a gének eltűntek a mitokondriális kromoszómából, különféle mutációk következtében. De a sejtmagban egyre több m-gén halmozódott fel, amelyek az elpusztult mitokondriális szimbiontákból kerültek a citoplazmába, és integrálódtak az eukarióta kiméra genomjába. Amint elkezdték olvasni az újonnan integrált m-gént, a sejtmechanizmusok előállították a mitokondriumokhoz szükséges termékeket, megszabadítva a szimbiontákat az önálló létrejöttüktől. Ez azt jelenti, hogy a sejtmagba átjutott gén mitokondriális analógját a természetes szelekció már nem tartotta működőképes állapotban, és ugyanúgy a mutációk törölték el, mint az összes korábbit. Ezért logikus lenne azt feltételezni, hogy hamarosan azok a gének, amelyek még a mitokondriumban maradtak, átkerülnek a sejtmagba, ami az eukarióták számára nagy energiaelőnyökhöz vezet: elvégre a DNS másolásának, olvasásának és javításának nehézkes mechanizmusai eltávolíthatók a sejtmagból. minden mitokondrium, és így minden, ami a fehérjék előállításához szükséges.

Miután erre a következtetésre jutottak, a tudósok kiszámították, hogy mennyi ideig tart, amíg az összes gén természetes sodródással a mitokondriumból a sejtmagba vándorol. És kiderült, hogy ez az időszak már rég elmúlt. Az eukarióta sejt megjelenése idején a mitokondriumoknak több ezer génből álló közös bakteriális genomjuk volt (a tudósok a különböző szervezetekben a sejtmagba átvitt m-gének tanulmányozásával határozzák meg, mi ez a genom), most pedig az összes eukarióta mitokondriuma. fajok génjeik 95-99,9%-át elvesztették. Senkinek nincs száznál több génje a mitokondriumban, de senkinek sincs génmentes mitokondriuma. Ha a véletlennek kulcsszerepe lenne ebben a folyamatban, akkor legalább több faj már végigjárta volna a génátvitel útját a sejtmagba a végére. De ez nem történt meg, és a jelenleg vizsgált különböző fajok mitokondriumai, egymástól függetlenül elveszítve génjeit, ugyanazt a halmazt megtartották, ami egyenesen jelzi, hogy szükség van ezeknek a géneknek a mitokondriumban való jelenlétére.

Sőt, más energiatermelő sejtszervecskéknek, a kloroplasztiszoknak is van saját DNS-ük, és ugyanígy párhuzamosan és egymástól függetlenül fejlődtek ki a különböző fajok kloroplasztiszai, amelyek mindegyike ugyanazzal a génkészlettel maradt meg.

Ez azt jelenti, hogy mindazok a jelentős kellemetlenségek a saját genom fenntartásában az egyes sejtmitokondriumokban (és átlagosan több száz van egy sejtben!) És egy nehézkes berendezés a másolására-javítására-fordítására (a fő, de nem az összes! részeit lásd a bal oldali képen ) némileg meghaladják.

És jelenleg ennek a „valaminek” konzisztens elmélete van: ahhoz, hogy a mitokondriumok bizonyos részeit közvetlenül a belsejében tudják előállítani, szabályozni kell a légzés sebességét, és a mitokondriumban zajló folyamatokat a folyamatosan változó szükségletekhez kell igazítani. az egész szervezet.

Képzelje el, hogy a sejtben található több száz mitokondrium egyikéből hirtelen hiányoznak a légzési lánc elemei (lásd a részleteket itt), vagy nincs benne elegendő ATP-szintáz. Kiderül, hogy vagy túlterhelt élelmiszerrel és oxigénnel, és nem tudja elég gyorsan feldolgozni azokat, vagy a membránközi tere tele van protonokkal, amelyeknek nincs hova menniük – ez általában egy teljes katasztrófa. Természetesen mindezek az ideális élethelyzettől való eltérések többszörös jelzést váltanak ki, amelyek célja a süllyedő hajó gurulásának kiegyensúlyozása.

Ezek a jelek pontosan azon részek termelődését váltják ki, amelyek a mitokondriumokból pillanatnyilag hiányoznak, aktiválva a fehérjéket felépítő gének leolvasását. Amint a mitokondriumnak elegendő légzési lánc- vagy ATPáz-komponense van, a „gördülés kiegyenlítődik”, megszűnnek az új részek építésének szükségességéről szóló jelzések, és a gének ismét kikapcsolnak. Ez a sejt önszabályozásának egyik szükséges mechanizmusa, egyszerűségében meglepően elegáns, ennek legkisebb megsértése a szervezet súlyos betegségéhez vagy akár életképtelenségéhez vezet.

Próbáljuk meg logikusan meghatározni, hogy hol helyezkedjenek el a vészjelzésre való reagáláshoz szükséges gének. Képzeljük el azt a helyzetet, hogy ezek a gének egy pár száz mitokondriumot tartalmazó sejt magjában vannak. Az egyik mitokondriumban például hiány volt NADH dehidrogenázok: a légzési lánc első enzime, melynek szerepe két elektron eltávolítása a NADH molekuláról, továbbadása a következő enzimnek, és 2-4 protont átpumpál a membránon.

Valójában minden enzim ilyen hiányossága elég gyakran előfordul, mert időszakonként meghibásodik, az elfogyasztott táplálék mennyisége folyamatosan változik, a sejt ATP-igénye is megugrik a sejtet tartalmazó szervezet ugrásai vagy csapongásai után. Ezért a helyzet nagyon jellemző. És most a mitokondrium egy jelet bocsát ki: „Több NADH-dehidrogenázt kell építenünk!”, amely túllép a határain, átjut a citoplazmán a sejtmagba, behatol a sejtmagba és elkezdi olvasni a szükséges géneket. A sejtes szabványok szerint ennek a jelnek az áthaladási ideje nagyon jelentős, és a megépített hírvivő RNS-t a sejtmagból a citoplazmába kell húzni, fehérjéket kell létrehozni, és el kell küldeni a mitokondriumokba ...

És itt felmerül egy probléma, amely sokkal jelentősebb, mint a plusz időveszteség: a speciális mitokondriális fehérjék létrehozásakor a „szállítás a mitokondriumba” jellel vannak megjelölve, de melyik? Ismeretlen. Ezért a fehérjék, amelyekre nincs szükségük, elkezdenek bejutni a néhány száz mitokondrium mindegyikébe. A sejt erőforrásokat költ ezek előállítására és szállítására, a mitokondriumok extra légzési láncokkal telnek meg (ami a légzési folyamatok elégtelenségéhez vezet), és az egyetlen mitokondrium, amelynek szüksége van ezekre a fehérjékre, nem kapja meg azokat megfelelő mennyiségben, mert legjobb, egy százada a megtermeltnek. Így folyton segélyhívásokat küld, és a káosz folytatódik. Már a történések e lírai felületes leírásából is világos, hogy egy ilyen sejt nem életképes. És hogy vannak gének, amelyeket közvetlenül a mitokondriumokba kell olvasni és lefordítani, hogy szabályozzák a benne lezajló folyamatokat, és ne hagyatkozzunk a nukleáris köteg által elindított körmök előállításának tervére, vagyis a légzőlánc fehérjékre. az összes mitokondrium egyszerre.

Megvizsgálva, hogy pontosan mit termelnek a mitokondriumban maradó organizmusok (és így az m-géneket egymástól függetlenül mozgatják a sejtmagba), rájöttek, hogy pontosan ezek az elemek a légzőláncok és az ATPáz, valamint a riboszómák felépítéséhez. a fő alkatrész átviteli eszköz).

Erről (és még sok mindenről) többet olvashat a Lane in-től "Energia, szex, öngyilkosság: mitokondriumok és az élet értelme". Nos, egyszerűen összehasonlíthatja a mitokondriális DNS-sémát, ahol a kódolt termékek dekódolásra kerülnek (e bekezdés jobb oldalán), a légzési lánc sémával (fent), így világossá válik, hogy pontosan mi is termelődik a mitokondriumban. Természetesen nem minden fehérje, amely ebbe a láncba beépül, helyben termelődik, egy részük a sejt citoplazmájában épül fel. De a fő "horgonyok", amelyekre a többi részlet tapad, a mitokondriumok belsejében jönnek létre. Ez lehetővé teszi, hogy pontosan annyi enzimet állítson elő, amennyire szüksége van, és pontosan ott, ahol szükség van rájuk.

Hogy miként kapcsolódnak a mitokondriumok a nemhez, és hogyan férnek meg a különböző genomok egy sejtben, arról a sor következő fejezeteinek egyikében írok.

Mi az a mitokondriális DNS?

A mitokondriális DNS (mtDNS) a mitokondriumokban, az eukarióta sejtekben lévő sejtszervecskékben található DNS, amelyek az élelmiszerből származó kémiai energiát olyan formává alakítják, amelyet a sejtek felhasználhatnak - adenozin-trifoszfáttá (ATP). A mitokondriális DNS csak egy kis része az eukarióta sejt DNS-ének; a legtöbb DNS megtalálható a sejtmagban, növényekben és algákban, valamint plasztidokban, például kloroplasztiszokban.

Emberben a mitokondriális DNS 16 569 bázispárja összesen 37 gént kódol. Az emberi mitokondriális DNS volt az emberi genom első jelentős része, amelyet szekvenáltak. A legtöbb fajnál, így az embernél is, az mtDNS csak az anyától öröklődik.

Mivel az állati mtDNS gyorsabban fejlődik, mint a nukleáris genetikai markerek, ez a filogenetika és az evolúciós biológia alapja. Ez az antropológia és a biogeográfia fontos pontja lett, mivel lehetővé teszi a populációk kapcsolatának tanulmányozását.

A mitokondriumok eredetének hipotézisei

Úgy gondolják, hogy a nukleáris és mitokondriális DNS evolúciós eredetű, és az mtDNS olyan baktériumok körkörös genomjából származik, amelyeket a modern eukarióta sejtek korai ősei nyeltek el. Ezt az elméletet endoszimbiotikus elméletnek nevezik. Becslések szerint minden mitokondrium 2-10 mtDNS másolatát tartalmaz. A létező organizmusok sejtjeiben a mitokondriumokban található fehérjék túlnyomó többségét (az emlősökben körülbelül 1500 különböző típust) a nukleáris DNS kódolja, de néhány, ha nem a legtöbb gén eredetileg bakteriális eredetű, azóta átkerült az eukarióta magba.az evolúció során.

Megvitatják azokat az okokat, amelyek miatt a mitokondriumok megtartanak bizonyos géneket. A genom nélküli organellumok megléte egyes mitokondriális eredetű fajokban arra utal, hogy lehetséges a teljes génvesztés, és a mitokondriális gének átvitele a sejtmagba számos előnnyel jár. A távolról előállított hidrofób fehérjetermékek mitokondriumokban történő orientálásának nehézsége az egyik hipotézis arra vonatkozóan, hogy egyes gének miért konzerváltak meg az mtDNS-ben. A redox-szabályozás együttes lokalizációja egy másik elmélet, amely a mitokondriális mechanizmusok lokalizált szabályozásának kívánatosságára utal. A mitokondriális genomok széles körének legújabb elemzése arra utal, hogy mindkét funkció meghatározhatja a mitokondriális génmegtartást.

Az mtDNS genetikai szakértelme

A legtöbb többsejtű szervezetben az mtDNS az anyától öröklődik (anyai vonal). Ennek mechanizmusai közé tartozik az egyszerű hígítás (egy petesejt átlagosan 200 000 mtDNS molekulát tartalmaz, míg az egészséges emberi sperma átlagosan 5 molekulát), az mtDNS hímivarsejtek lebontása a hím reproduktív traktusban, a megtermékenyített petesejtben és legalább egy kevés organizmus, képtelenség A spermium mtDNS-e behatolni a tojásba. Bármi legyen is a mechanizmus, ez egypólusú öröklődés – mtDNS öröklődés –, amely a legtöbb állatban, növényben és gombában előfordul.

anyai örökség

Az ivaros szaporodás során a mitokondriumok általában kizárólag az anyától öröklődnek; Az emlős spermiumokban lévő mitokondriumokat a megtermékenyítés után a petesejt rendszerint elpusztítja. Ezen túlmenően a legtöbb mitokondrium a spermium farkának tövében található, amelyet a hímivarsejtek mozgatására használnak; néha a farok elveszik a megtermékenyítés során. 1999-ben az apai spermium mitokondriumait (mtDNS-t tartalmazó) ubiquitinnel jelölték meg az embrión belüli későbbi elpusztulás érdekében. Az in vitro megtermékenyítés egyes módszerei, különösen a spermiumok petesejtbe való befecskendezése, megzavarhatják ezt.

Az a tény, hogy a mitokondriális DNS anyai öröklődésű, lehetővé teszi a genealógusok számára, hogy az anyai vonalat messze visszamenőleg nyomon kövessék. (Az Y-kromoszómális DNS apai öröklődésű, hasonló módon használják a patrilineális anamnézis meghatározására.) Ez általában humán mitokondriális DNS-en történik a hipervariábilis kontroll régió (HVR1 vagy HVR2) és néha a teljes mitokondriális DNS-molekula genealógiai DNS-ként történő szekvenálásával. teszt. Például a HVR1 körülbelül 440 bázispár hosszú. Ezt a 440 párt ezután összehasonlítják más egyedek kontrollrégióival (akár konkrét egyedekkel, akár alanyokkal az adatbázisban), hogy meghatározzák az anyai származást. A leggyakoribb összehasonlítás a felülvizsgált cambridge-i referenciasorozattal történik. Vila et al. publikált tanulmányokat a házikutyák és farkasok matrilineáris hasonlóságáról. A Mitokondriális Éva koncepciója ugyanilyen típusú elemzésen alapul, az emberiség eredetét próbálja feltárni, az eredetet az időben visszavezetni.

Az mtDNS erősen konzervált, és viszonylag lassú mutációs rátája (a DNS más régióihoz, például a mikroszatellitekhez képest) hasznossá teszi az evolúciós kapcsolatok – az organizmusok törzsfejlődésének – tanulmányozásában. A biológusok azonosíthatják, majd összehasonlíthatják az mtDNS-szekvenciákat a fajok között, és az összehasonlítások segítségével evolúciós fát állíthatnak fel a vizsgált fajok számára. A tapasztalt lassú mutációs ráták miatt azonban gyakran nehéz bármilyen mértékben is megkülönböztetni a közeli rokon fajokat, ezért más elemzési módszereket kell alkalmazni.

Mitokondriális DNS-mutációk

Az egyirányú öröklődésnek kitéve, és szinte semmilyen rekombinációnak nincs kitéve, várhatóan átesik a Muller-féle racsnison, ami a káros mutációk felhalmozódása mindaddig, amíg a funkcionalitás elveszik. A mitokondriumok állatpopulációi elkerülik ezt a felhalmozódást az mtDNS szűk keresztmetszeteként ismert fejlődési folyamat miatt. A szűk keresztmetszet a sejtben zajló sztochasztikus folyamatokat használja a mutáns terhelés sejt-sejt variabilitásának növelésére, ahogy az organizmus fejlődik, így egyetlen tojás néhány mutáns mtDNS-sel olyan embriót hoz létre, amelyben a különböző sejtek eltérő mutáns terhelést mutatnak. A sejtszintet ezután meg lehet választani a több mutáns mtDNS-t tartalmazó sejtek eltávolítására, ami a generációk közötti mutáns terhelés stabilizálását vagy csökkenését eredményezi. A szűk keresztmetszet mögött meghúzódó mechanizmust a közelmúltban végzett matematikai és kísérleti metasztázisok tárgyalják, és bizonyítékul szolgálnak az mtDNS sejtosztódásokra való véletlenszerű bomlásának és az mtDNS molekulák sejten belüli véletlenszerű forgalmának kombinációjára.

apai örökség

Kétszeres, egyirányú mtDNS-öröklődés figyelhető meg a kagylóknál. Ezekben a fajokban a nőstények csak egyféle mtDNS-t (F) tartalmaznak, míg a hímek szomatikus sejtjeiben F típusú mtDNS található, de az M típusú mtDNS (amely akár 30%-ban is eltérhet) csíravonal sejtjeikben. Az anyai öröklött mitokondriumokban néhány rovarról is beszámoltak, például gyümölcslegyekről, méhekről és időszakos kabócákról.

Nemrég fedezték fel a hím mitokondriális öröklődést a Plymouth Rock fiókákban. A bizonyítékok alátámasztják néhány emlős hím mitokondriális öröklődésének ritka eseteit. Különösen egereknél léteznek dokumentált esetek, ahol a hím öröklött mitokondriumokat ezt követően elutasították. Ezenkívül juhokban és klónozott szarvasmarhákban is megtalálták. Egyszer egy férfi holttestében találtak rá.

Míg ezen esetek közül sok az embriók klónozásával vagy az apai mitokondriumok ezt követő kilökődésével jár, mások in vivo in vivo öröklődést és perzisztenciát dokumentálnak.

Mitokondriális adományozás

A mitokondriális adományozás vagy mitokondriális helyettesítő terápia (MRT) néven ismert IVF módszer olyan utódokat eredményez, amelyek női donoroktól származó mtDNS-t, valamint anyától és apától származó nukleáris DNS-t tartalmaznak. Az orsótranszfer eljárás során egy petemagot injektálnak a női donor petesejtjének citoplazmájába, amelynek magját eltávolították, de még mindig tartalmazza a női donor mtDNS-ét. Az összetett petesejtet ezután a hím spermájával megtermékenyítik. Ezt az eljárást akkor alkalmazzák, ha egy genetikailag hibás mitokondriummal rendelkező nő egészséges mitokondriumokkal kíván utódokat nemzeni. Az első ismert baba, aki mitokondriális adományból született, egy fiú volt, aki egy jordániai házaspártól született Mexikóban 2016. április 6-án.

A mitokondriális DNS szerkezete

A legtöbb többsejtű szervezetben az mtDNS - vagy mitogenom - kerek, körkörösen zárt, kétszálú DNS-ként szerveződik. De sok egysejtű szervezetben (pl. tetrachimének vagy Chlamydomonas reinhardtii zöld algák) és ritkán többsejtű szervezetekben (pl. egyes cnidarians fajok) az mtDNS lineárisan szervezett DNS-ként található. A legtöbb ilyen lineáris mtDNS-nek telomeráz-független telomerjei (vagyis a lineáris DNS végei) vannak különböző replikációs módokkal, ami érdekes vizsgálati tárgyává tette őket, mivel sok ilyen egysejtű, lineáris mtDNS-sel rendelkező organizmus ismert kórokozó.

Az emberi mitokondriális DNS (és valószínűleg a metazoák) esetében az mtDNS 100-10 000 egyedi kópiája jellemzően jelen van egy szomatikus sejtben (a tojások és a spermiumok kivételek). Emlősökben minden kétszálú, kör alakú mtDNS-molekula 15 000-17 000 bázispárból áll. Az mtDNS két szála nukleotidtartalmában különbözik, a guanidban gazdag szálat nehéz láncnak (vagy H-szálnak), a cinozinban gazdag szálat könnyű láncnak (vagy L-szálnak) nevezik. A nehéz lánc 28 gént, a könnyű lánc 9 gént kódol, összesen 37 gént. A 37 génből 13 a fehérjékhez (polipeptidekhez), 22 az RNS (tRNS) átviteléhez, kettő pedig a riboszomális RNS (rRNS) kis és nagy alegységeihez. Az emberi mitogenom átfedő géneket tartalmaz (ATP8 és ATP6, valamint ND4L és ND4: lásd a humán mitokondrium genomjának térképét), ami ritka az állati genomokban. A 37 génből álló mintázat a legtöbb metazoánban is megtalálható, bár egyes esetekben ezek közül egy vagy több hiányzik, és az mtDNS mérettartománya nagyobb. Az mtDNS gének tartalmában és méretében még nagyobb eltérések figyelhetők meg a gombák és növények között, bár úgy tűnik, hogy a gének egy alapvető részhalmaza minden eukariótában jelen van (kivéve néhányat, amelyeknek egyáltalán nincs mitokondriumuk). Egyes növényfajok hatalmas mtDNS-sel rendelkeznek (mtDNS-molekulánként akár 2 500 000 bázispár), de meglepő módon még ezek a hatalmas mtDNS-ek is ugyanannyi gént tartalmaznak, mint a rokon, sokkal kisebb mtDNS-sel rendelkező növények.

Az uborka (Cucumis Sativus) mitokondriális genomja három körkörös kromoszómából áll (1556, 84 és 45 kb hosszú), amelyek replikációjuk tekintetében teljesen vagy nagymértékben autonómok.

Hat fő genomtípust találtak a mitokondriális genomokban. Az ilyen típusú genomokat Kolesnikov és Gerasimov (2012) osztályozta, és különböző módokon különböznek egymástól, például körkörös vagy lineáris genom, genomméret, intronok vagy hasonló plazmidszerkezetek jelenléte, és hogy a genetikai anyag szinguláris molekula-e, homogén vagy heterogén molekulák gyűjteménye.

Az állati genom megfejtése

Az állati sejtekben csak egyfajta mitokondriális genom létezik. Ez a genom egy kör alakú molekulát tartalmaz, 11-28 kbp közötti genetikai anyagból (1. típus).

A növény genomjának megfejtése

A növényekben és gombákban három különböző típusú genom található. Az első típus egy cirkuláris genom, amelynek intronjai (2. típus) 19 és 1000 kbp közötti hosszúságúak. A genom második típusa egy cirkuláris genom (kb. 20-1000 kbp), amely szintén plazmid szerkezettel (1 kb) (3. típus) rendelkezik. A növényekben és gombákban megtalálható genom végső típusa egy homogén DNS-molekulákból álló lineáris genom (5. típus).

A protista genom megfejtése

A protisták sokféle mitokondriális genomot tartalmaznak, amelyek öt különböző típust foglalnak magukban. A növény- és gombagenomban említett 2-es, 3-as és 5-ös típus néhány protozoonban is létezik, valamint két egyedi genomtípusban. Ezek közül az első a cirkuláris DNS-molekulák heterogén gyűjteménye (4-es típus), a protistákban található végső genomtípus pedig lineáris molekulák heterogén gyűjteménye (6-os típus). A 4-es és 6-os genomtípus 1-200 kb.

Az endoszimbiotikus géntranszfert, a mitokondriális genomban kódolt gének folyamatát elsősorban a sejt genomja viszi át, valószínűleg ez a magyarázata annak, hogy az összetettebb élőlényeknek, például az embernek, kisebb a mitokondriális genomja, mint az egyszerűbb szervezeteknek, például a protozoáknak.

Mitokondriális DNS replikáció

A mitokondriális DNS-t a DNS polimeráz gamma komplex replikálja, amely a POLG gén által kódolt 140 kD katalitikus DNS polimerázból és a POLG2 gén által kódolt két 55 kD kiegészítő alegységből áll. A replikációs eszközt a DNS polimeráz, a TWINKLE és a mitokondriális SSB fehérjék alkotják. A TWINKLE egy helikáz, amely a dsDNS rövid szakaszait 5" és 3" közötti irányban tekeri le.

Az embriogenezis során az mtDNS replikációja szigorúan szabályozott a megtermékenyített petesejtektől a beültetés előtti embrión keresztül. Az egyes sejtekben az mtDNS sejtszámának hatékony csökkentése szerepet játszik a mitokondriális szűk keresztmetszetben, kihasználva a sejt-sejt variabilitást a káros mutációk öröklődésének javítására. A blasztocita stádiumban az mtDNS replikáció kezdete specifikus a trophtocoder sejtekre. Ezzel szemben a belső sejttömegben lévő sejtek addig korlátozzák az mtDNS replikációját, amíg jeleket nem kapnak, hogy meghatározott sejttípusokká differenciálódjanak.

A mitokondriális DNS transzkripciója

Az állati mitokondriumokban a DNS minden egyes szála folyamatosan átíródik, és policisztronikus RNS-molekulát termel. A legtöbb (de nem az összes) fehérjét kódoló régió között tRNS-ek vannak jelen (lásd a humán mitokondriális genom térképet). A transzkripció során a tRNS jellegzetes L-alakot vesz fel, amelyet specifikus enzimek ismernek fel és hasítanak. A mitokondriális RNS feldolgozása során az mRNS, rRNS és tRNS egyes fragmentumai szabadulnak fel az elsődleges transzkriptumból. Így a halmozott tRNS-ek másodlagos írásjelként működnek.

Mitokondriális betegségek

Továbbra is ellentmondásos az az elképzelés, hogy az mtDNS különösen érzékeny a légzőlánc által generált reaktív oxigénfajtákra a közelsége miatt. Az mtDNS nem halmoz fel több oxidatív bázist, mint a nukleáris DNS. Beszámoltak arról, hogy az oxidatív DNS-károsodások legalább bizonyos típusai hatékonyabban javíthatók a mitokondriumokban, mint a sejtmagban. Az mtDNS olyan fehérjékkel van csomagolva, amelyek ugyanolyan védelmet nyújtanak, mint a nukleáris kromatin fehérjék. Ezenkívül a mitokondriumok olyan egyedülálló mechanizmust fejlesztettek ki, amely fenntartja az mtDNS integritását azáltal, hogy lebontja a túlzottan sérült genomokat, majd ezt követi az ép/javított mtDNS replikációja. Ez a mechanizmus hiányzik a sejtmagban, és a mitokondriumokban található néhány mtDNS-másolat aktiválja. Az mtDNS mutációjának eredménye lehet bizonyos fehérjék kódolási utasításainak megváltozása, ami befolyásolhatja a szervezet anyagcseréjét és/vagy alkalmasságát.

A mitokondriális DNS-mutációk számos betegséghez vezethetnek, beleértve a testmozgás-intoleranciát és a Kearns-Saire-szindrómát (KSS), amelyek következtében az ember elveszíti a szív-, szem- és izommozgások teljes funkcióját. Egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy jelentősen hozzájárulhatnak az öregedési folyamathoz, és összefüggésbe hozhatók az életkorral összefüggő patológiákkal. Egy betegséggel összefüggésben a mutáns mtDNS-molekulák sejtben lévő arányát heteroplazmának nevezik. A heteroplazma sejten belüli és sejtek közötti eloszlása ​​határozza meg a betegség kezdetét és súlyosságát, és a sejten belüli és a fejlődés során zajló komplex sztochasztikus folyamatok befolyásolják.

A mitokondriális tRNS-ek mutációi felelősek lehetnek olyan súlyos betegségekért, mint a MELAS és a MERRF szindróma.

A mitokondriumok által használt fehérjéket kódoló nukleáris gének mutációi szintén hozzájárulhatnak a mitokondriális betegségekhez. Ezek a betegségek nem mitokondriális öröklődési mintákat követnek, hanem mendeli öröklődési mintákat követnek.

A közelmúltban az mtDNS mutációit használták a prosztatarák diagnosztizálására biopsziás negatív betegeknél.

Az öregedés mechanizmusa

Bár az ötlet ellentmondásos, néhány bizonyíték arra utal, hogy összefüggés van az öregedés és a mitokondriális genom diszfunkciója között. Lényegében az mtDNS mutációi felborítják a reaktív oxigén (ROS) termelés és az enzimatikus ROS termelés gondos egyensúlyát (olyan enzimek által, mint a szuperoxid-diszmutáz, kataláz, glutation-peroxidáz és mások). Azonban bizonyos mutációk, amelyek növelik a ROS-termelést (például az antioxidáns védekezés csökkentésével) a férgekben inkább növelik, mint csökkentik élettartamukat. Ezenkívül a csupasz vakond patkányok, az egér méretű rágcsálók körülbelül nyolcszor tovább élnek, mint az egerek, annak ellenére, hogy az egerekhez képest csökkent az antioxidáns védelem és a biomolekulák fokozott oxidatív károsodása.

Egy ponton úgy ítélték meg, hogy pozitív visszacsatolási hurok működik a munkában ("ördögi kör"); mivel a mitokondriális DNS felhalmozza a szabad gyökök által okozott genetikai károsodást, a mitokondriumok elveszítik funkciójukat és szabad gyököket szabadítanak fel a citoszolba. A csökkent mitokondriális funkció csökkenti az általános metabolikus hatékonyságot. Ezt az elképzelést azonban végérvényesen megcáfolták, amikor kimutatták, hogy az egerek, amelyeket genetikailag úgy alakítottak ki, hogy megnövekedett arányban halmozzák fel az mtDNS-mutációkat, idő előtt elöregedtek, de szöveteik nem termelnek több ROS-t, ahogy azt az ördögi kör hipotézis jósolta. A hosszú élettartam és a mitokondriális DNS közötti kapcsolat alátámasztására egyes tanulmányok összefüggéseket találtak a mitokondriális DNS biokémiai tulajdonságai és a fajok élettartama között. Kiterjedt kutatás folyik ennek az összefüggésnek és az öregedésgátló módszerek további feltárására. Jelenleg a génterápia és a táplálékkiegészítők a jelenlegi kutatás népszerű területei. Bjelakovic et al. 1977 és 2012 között, összesen 296 707 résztvevő bevonásával végzett 78 vizsgálat eredményeit elemezték, és arra a következtetésre jutottak, hogy az antioxidáns-kiegészítők nem csökkentik az összes halálozást és nem hosszabbítják meg a várható élettartamot, míg egyesek, például a béta-karotin, az E-vitamin és a nagyobb dózisú Az A-vitamin valóban növelheti a halálozást.

A törlési töréspontok gyakran nem kanonikus (nem B) konformációt mutató régiókon belül vagy azok közelében találhatók, nevezetesen hajtűk, kereszt alakúak és lóhereszerű elemek. Ezen túlmenően bizonyíték van arra, hogy a spirális görbe vonalú régiók és a hosszú G-tetradok szerepet játszanak az instabilitási események kimutatásában. Ezen túlmenően, következetesen magasabb sűrűségű pontokat figyeltek meg azokban a régiókban, ahol a GC ferde volt, és az YMMYMNNMMHM szekvencia degenerált fragmentumának közvetlen közelében.

Miben különbözik a mitokondriális DNS a nukleáris DNS-től?

Ellentétben a nukleáris DNS-sel, amelyet mindkét szülőtől örökölnek, és amelyben a gének rekombináció révén átrendeződnek, az mtDNS-ben általában nincs változás a szülőről az utódra. Noha az mtDNS is rekombinálódik, ezt saját maga ugyanazon mitokondriumon belüli másolataival teszi. Emiatt az állati mtDNS mutációs rátája magasabb, mint a nukleáris DNS-é. Az mtDNS egy hatékony eszköz a nőstények (matrilineage) felmenőinek nyomon követésére, és ebben a szerepben számos faj származásának nyomon követésére használták több száz generációval ezelőtt.

A gyors mutációs ráta (állatokban) hasznossá teszi az mtDNS-t egy fajon belüli egyedek vagy csoportok genetikai kapcsolatainak felmérésére, valamint a különböző fajok közötti filogenetika (evolúciós kapcsolatok) azonosítására és számszerűsítésére. Ennek érdekében a biológusok meghatározzák, majd összehasonlítják a különböző egyedektől vagy fajoktól származó mtDNS-szekvenciát. Az összehasonlító adatokat a szekvenciák közötti kapcsolatok hálózatának felépítésére használják, amely becslést ad azon egyedek vagy fajok közötti kapcsolatokról, amelyekből az mtDNS-t vették. Az mtDNS felhasználható a közeli rokon és távoli fajok közötti kapcsolatok felmérésére. Az állatokban előforduló mtDNS-mutációk nagy gyakorisága miatt a 3-as pozíciójú kodonok viszonylag gyorsan változnak, és így információt szolgáltatnak a közeli rokon egyedek vagy fajok közötti genetikai távolságokról. Másrészt az mt fehérjék szubsztitúciós sebessége nagyon lassú, így az aminosav változások lassan halmozódnak fel (a megfelelő lassú változással az 1-es és 2-es kodon pozíciójában), és így információt adnak a távoli rokonok genetikai távolságairól. A kodonpozíciók szubsztitúciós gyakoriságát külön-külön figyelembe vevő statisztikai modellek ezért egyidejűleg használhatók olyan filogenezis becslésére, amely közeli rokon és távoli fajokat is tartalmaz.

Az mtDNS felfedezésének története

A mitokondriális DNS-t az 1960-as években fedezték fel Margit M. K. Nas és Sylvan Nas elektronmikroszkóppal DNáz-érzékeny szálként a mitokondriumokon belül, valamint Ellen Hasbrunner, Hans Tuppi és Gottfried Schatz nagy tisztaságú mitokondriális frakciókon végzett biokémiai elemzésekből.

A mitokondriális DNS-t először 1996-ban ismerték fel a Tennessee kontra Paul Ware ügyben. 1998-ban, a Commonwealth of Pennsylvania kontra Patricia Lynn Rorrer ügyben a mitokondriális DNS-t először Pennsylvania államban vették bizonyítékok közé. Az eset a True Series of Dramatic Forensic Court Case 5. évadának (5. évad) 55. epizódjában szerepelt.

A mitokondriális DNS-t először Kaliforniában ismerték fel David Westerfield sikeres vádemelése során a 7 éves Danielle van Dam San Diegó-i 2002-es elrablása és meggyilkolása miatt: emberek és kutyák azonosítására is használták. Ez volt az első kísérlet az Egyesült Államokban a kutya DNS-ének feloldására.

mtDNA adatbázisok

Számos speciális adatbázist hoztak létre a mitokondriális genomszekvenciák és egyéb információk gyűjtésére. Bár a legtöbbjük a szekvenciaadatokra összpontosít, néhányuk filogenetikai vagy funkcionális információkat tartalmaz.

• MitoSatPlant: Mitokondriális Viridiplant Microsatellite Database.

• MitoBreak: Mitokondriális DNS-ellenőrzőpont-adatbázis.

• MitoFish és MitoAnnotator: a halak mitokondriális genomjának adatbázisa. Lásd még Cawthorn et al.

• MitoZoa 2.0: adatbázis a mitokondriális genomok összehasonlító és evolúciós elemzéséhez (már nem elérhető)

• InterMitoBase: egy megjegyzésekkel ellátott adatbázis és platform a fehérje-fehérje kölcsönhatások elemzéséhez emberi mitokondriumokban (utoljára 2010-ben frissítették, de még mindig nem érhető el)

• Mitome: adatbázis a metazoánok összehasonlító mitokondriális genomikájához (már nem elérhető)

• MitoRes: nukleáris kódolt mitokondriális gének és termékeik metazoákban található forrása (már nem frissítve)

Számos speciális adatbázis létezik, amelyek beszámolnak az emberi mitokondriális DNS polimorfizmusairól és mutációiról, valamint patogenitásuk értékeléséről.

• MITOMAP: az emberi mitokondriális DNS polimorfizmusainak és mutációinak kompendiuma.

• MitImpact: Prediktív patogenitási előrejelzések gyűjtése minden olyan nukleotidváltozáshoz, amely nem szinonim szubsztitúciókat okoz a humán mitokondriális fehérjéket kódoló génekben.

Blogjaim olvasóinak jelentős részének természetesen bizonyos mértékig van fogalma a mitokondriális DNS-öröklődés természetéről és természetéről. A kereskedelmi tesztelés elérhetősége miatt sok (követő) olvasóm mitokondriális haplotípusokat azonosított a mitokondrium egyes régióiban (CR, HVS1, HVS2), sőt néhányan teljes mitokondriális szekvenciával is rendelkeznek (mind az 16571 pozíció). Ily módon sokan fényt derítettek „mély genealógiájukra”, visszanyúlva az összes jelenleg létező női genetikai vonal közös egyesülési pontjához. A romantikus popgenetikusok ezt a pontot "mitokondriális Évának" nevezték, bár ez a pont csak egy matematikai absztrakció, ezért minden név pusztán konvencionális.

Kis kirándulás kezdőknek.
A mitokondriális DNS (mtDNS) anyáról gyermekre kerül. Mivel csak a nőstények tudják átadni az mtDNS-t utódaiknak, az mtDNS-teszt a közvetlen anyai vonalon keresztül információt ad az anyáról, az anyjáról stb. Férfiak és nők is kapnak mtDNS-t az anyjuktól, így férfiak és nők is részt vehetnek az mtDNS tesztelésében. Bár mutációk előfordulnak az mtDNS-ben, gyakoriságuk viszonylag alacsony. Az évezredek során ezek a mutációk felhalmozódtak, és emiatt az egyik családban a női vonal genetikailag különbözik a másiktól. Miután az emberiség megtelepedett a bolygón, a mutációk továbbra is véletlenszerűen jelentek meg az egykor egyetlen emberi faj egymástól távol eső populációiban. Emiatt az mtDNS segítségével meghatározható egy adott családcsoport földrajzi eredete. Az mtDNS-teszt eredményeit összehasonlítják az úgynevezett "Cambridge Standard Sequence"-vel (CRS), az első mtDNS-szekvenciával, amelyet 1981-ben Cambridge-ben hoztak létre. Ennek eredményeként a tudósok megállapítják a vizsgált személy haplotípusát. A haplotípus az Ön egyéni genetikai jellemzője. Ha az mtDNS-t nézzük, ez a „Cambridge Standard Sequence”-től való eltérések halmaza. Miután összehasonlította a sorozatát az adatbázis szekvenciáival, létrejön a haplocsoport. A haplocsoport az emberek egy bizonyos közösségének genetikai jellemzője, akiknek egy közös „nagy” nagymamája volt, sokkal újabb, mint a „mitokondriális Éva”. Ősi őseik gyakran egy csoportba költöztek a vándorlások során. A haplocsoport megmutatja, hogy az emberiség melyik genealógiai ágához tartozol. Ezeket az ábécé betűi A-tól Z-ig jelölik, valamint számos alcsoport. Például európai haplocsoportok - H, J, K, T, U, V, X. Közel-Kelet - N és M. Ázsiai - A, B, C, D, F, G, M, Y, Z. Afrikai - L1 , L2 , L3 és M1. Polinéz - B. Amerikai indiánok - A, B, C, D és ritkán X. A közelmúltban N1, U4, U5 és W hozzáadták az európai haplocsoportokhoz.

Maradjunk az európai mitogaplocsoportoknál. H, J, K, T, U, V, X, N1, U4, U5 és W. Legtöbbjük viszont gyermekalkládokra bomlik (leányágak, például az U5 haplocsoport gyermekalkládja az U5b1 („Ursula”) alklád, amelynek elterjedési csúcsa a balti államokban és Finnországban van. A női származású matriarchákat gyakran egyszerűen csak női neveknek nevezik, ennek a hagyománynak az alapját Brian Sykes "Eve hét lánya" című könyv szerzője fektette le, aki a lakosság nagy részének állítólagos őseinek neveket talált ki. Európa - Ursula (U haplocsoport), Xenia (X), Elena (H), Velda (V), Tara (T), Catherine (K) és Jázmin (J). Nyomon követheti és feltérképezheti a főbb utakat, amelyeken ők és a többi üknagyanyánk barangolt időben és térben, és kiszámíthatja az egyes elágazások becsült idejét - egy új mutáció megjelenését, Éva első lányaitól kezdve. " a legújabb - I. és V. haplocsoporthoz, amelyek "csak" körülbelül 15 000 évesek.

Gyakran felteszem a kérdést, hogy mi a különbség a nukleáris DNS és az mtDNS között? A modern tudományos elképzelések szerint évmilliárdokkal ezelőtt a mitokondriumok független baktériumok voltak, amelyek primitív eukarióta (a sejtmaggal lineáris kromoszómákkal rendelkező) élőlények sejtjeiben telepedtek meg, és „átvették” a gazdasejtek hő- és energiatermelő funkcióját. Közös életük során génjeik egy részét mindenáron szükségtelenül elvesztették életük során, néhányuk átkerült a nukleáris kromoszómákba, és mára az emberi mtDNS kettős gyűrűje mindössze 16 569 bázispárból áll. A mitokondriális genom nagy részét 37 gén foglalja el. Az oxigén szabad gyökök (a glükóz oxidáció melléktermékei) magas koncentrációja és a DNS-másolás során a hibahelyreállítási mechanizmus gyengesége miatt az mtDNS-ben nagyságrenddel gyakrabban fordulnak elő mutációk, mint a nukleáris kromoszómákban. Egy nukleotid cseréje, elvesztése vagy hozzáadása itt körülbelül 100 nemzedékben – körülbelül 2500 éven belül – fordul elő. A mitokondriális gének mutációi - a sejtenergia állomások működésének zavarai - nagyon gyakran okozzák az örökletes betegségeket. A mitokondriumok egyetlen funkciója a glükóz szén-dioxiddá és vízzé történő oxidációja, valamint a celluláris üzemanyag - ATP és az univerzális redukálószer (protonhordozó) NADH - folyamata során felszabaduló energia szintézise. (A NADH a nikotinamid-adenin-dinukleotid – próbáld habozás nélkül kiejteni.) Még ehhez az egyszerű feladathoz is tucatnyi enzimre van szükség, de a mitokondriumok működéséhez és folyamatos javításához szükséges fehérje gének nagy része már rég átkerült a mitokondriumok kromoszómáiba. gazdasejtek. Az mtDNS-ben csak a transzport RNS-ek génjei, amelyek aminosavakkal látják el a fehérjeszintetizáló riboszómákat (a megfelelő aminosavak egybetűs latin szimbólumaival jelölve), két riboszomális RNS-gén - a 12s RNS és a 16s RNS (a mitokondriális riboszómák fehérjegénjei a sejtmagban található) és néhány (nem minden) gén a fő mitokondriális enzimek fehérjéi - NADH-dehidrogenáz komplex (ND1-ND6, ND4L), citokróm c-oxidáz (COI-III), citokróm b (CYTb) és két fehérje az ATP szintetáz enzim alegységei (ATPáz8 és 6). A molekuláris vagy DNS genealógia igényeihez nem kódoló régiót használnak - D-hurok, amely két hipervariábilis régióból áll, alacsony és nagy felbontású - HVR1 (HVR1) és HVR2 (HVR2).

Érdemes néhány szót ejteni az mtDNS vizsgálatának fontosságáról az orvosi genetika szempontjából.
Természetesen már korábban is végeztek tanulmányokat bizonyos betegségeknek az egyes női genetikai vonalakkal való összefüggéséről. Például egy tanulmány azt sugallta, hogy a J(aszmin) haplocsoportot meghatározó SNP-vel kapcsolatos oxidatív mitoklór-foszforiláció lebomlása megemelkedett testhőmérsékletet okoz e haplocsoport hordozóinak fenotípusában. Ez összefüggésbe hozható ennek a haplocsoportnak a megnövekedett jelenlétével Észak-Európában, különösen Norvégiában. Ezenkívül a J mitokondriális haplocsoporttal rendelkező egyénekben egy másik tanulmány szerint gyorsabban fejlődik ki az AIDS, és gyorsabban halnak meg, mint más HIV-fertőzötteknél. A vizsgálatok azt mutatták, hogy a filogenetikailag szignifikáns mitokondriummutációk a fenotípusban a génexpresszió mintázatát vonták maguk után.

Ezenkívül a testvér mitokondriális T-J haplocsoport a hímek spermiumainak csökkent motilitásával jár. A Zaragozai Egyetem Biokémiai és Molekuláris Sejtbiológiai Tanszékének publikációja szerint a T haplocsoport gyenge genetikai hajlamot jelent az asthenozoospermiára. Egyes tanulmányok szerint a T haplocsoport jelenléte a koszorúér-betegség fokozott kockázatával jár. Egy másik tanulmány szerint a T-hordozóknál kisebb valószínűséggel alakul ki cukorbetegség. Számos kísérleti orvosi tanulmány kimutatta, hogy a T haplocsoport a Parkinson- és az Alzheimer-kór csökkent kockázatával jár.

A következő példa azonban már mutatja, hogy a női genetikai vonalak és a betegségek kapcsolatának elemzésének eredményei gyakran ellentmondanak egymásnak. Például az Egyesült Királyság legősibb európai mitohaplocsoportjának hordozói nem nagyon érzékenyek a szerzett immunhiányos szindrómára. Ugyanakkor az egyik U5a alcsoportról azt gondolják, hogy különösen érzékeny a szerzett immunhiányos szindrómára.

Korábbi tanulmányok pozitív korrelációt mutattak ki az U haplocsoport és a prosztata- és végbélrák kialakulásának kockázata között. A K haplocsoportot (Katrin) az Egyesült Királyságból az U8-as alkládon keresztül, valamint szülői vonalait a stroke és a krónikus progresszív ophthalmoplegia fokozott kockázata jellemzi.

Az Európában H domináns női vonalhoz tartozó férfiakat (Helen - Helena, a kombinált H csoport egyik ága a legalacsonyabb az asthenozoospermia kockázata (ez egy olyan betegség, amelyben a spermiumok motilitása csökken). Erre a haplocsoportra is jellemző a magas test az AIDS progressziójával szembeni rezisztencia és rezisztencia. A H-nak azonban nagy a kockázata az Alzheimer-kór kialakulására. Ehhez képest a Parkinson-kór kialakulásának kockázata a H (Helen) női genetikai vonal hordozóiban sokkal magasabb, mint ugyanez a kockázat a vonal (JT) képviselői.Ezenkívül a lynn H képviselői rendelkeznek a legnagyobb ellenállással a szepszissel szemben.

Az I, J1c, J2, K1a, U4, U5a1 és T mitokondriális vonalak képviselőinél (az átlaghoz képest) csökkent a Parkinson-kór kialakulásának kockázata, ezért a popgenetikusok tréfásan nevezik ezeket a mitogaplocsoportokat százéveseknek haplocsoportoknak. De nem minden olyan jó. A J és T haplocsoport alkládok egyes képviselői (különösen a J2) egy ritka, genetikailag meghatározott betegségben (Leber örökletes opticus neuropathia) szenvednek, amely az anyai öröklött vakságért felelős gén expressziójához kapcsolódik.

Az N mitohaplocsoport az emlőrák kialakulásának egyik tényezője. Ugyanez vonatkozik azonban más európai mitokondriális csoportokra (H, T, U, V, W, X), kivéve a K. típust, a kardiomiopátiát és az endometriumrákot. Az IWX összetett makromitaplocsoport képviselőinek a legmagasabb az ellenállása az AIDS kialakulásával szemben.

A mitokondriumok a viszonylag újkori sportgenetikában is fontos szerepet játszanak.

A sportszerek, étrend-kiegészítők leírását olvasva gyakran találkoztam olyan említéssel, hogy a gyógyszer egyik vagy másik aktív eleme felgyorsítja bizonyos vegyületek anyagcseréjét, illetve a mitokondriumokba való szállítását. Ez mindenekelőtt az L-karnitinre, a kreatinra és a BCAA-ra vonatkozik. Mivel a mitokondriumok energiagenerátor szerepet töltenek be a sejtben, ezért ezek a megfigyelések számomra logikusnak és elfogadhatónak tűnnek.

Tehát nézzük meg közelebbről ezt a kérdést.

Egyes tudósok szerint az energiahiány a szervezet korai öregedéséhez vezet. Minél kevesebb energia van a sejtekben, annál kevesebb erőfeszítést fordítanak a toxinok helyreállítására és eltávolítására. Ahogy mondják: "nem kövérnek, életben lenni." De mindig van kiút:az egészséges táplálkozás és a kis biokémiai finomságok újraindíthatják a sejterőműveket. És az első dolog, amit emlékezni tanácsolnak, a karnitin.

Felnőttkortól kezdve a mitokondriumok, a sejtes erőművek elkezdik lelassítani lelkesedésüket, ami az energiatermelés csökkenéséhez vezet. A cella megszorításba megy, amiben az „utóégető” üzemmódról álmodni sem érdemes. Az energiahiány más sejtszervecskék működési zavarához vezet, és ismét hatással van a mitokondriumokra. Ördögi kör. Ez az öregedés, vagy inkább annak belső megnyilvánulása.

„Annyira fiatal vagy, amennyi a mitokondriumod” – szereti Robert Crichon táplálkozási szakértő mondani. Miután sok évet szentelt a sejtbiokémia tanulmányozásának, megtalálta az egyik módot a mitokondriumok energiatermelésének, azaz az öregedésnek a befolyásolására. Ez a módszer a karnitin és ennek aktív formája, az L-karnitin.

A karnitin nem aminosav, mert nem tartalmaz aminocsoportot (NH2). Ez inkább egy koenzim, vagy ha úgy tetszik, egy vízben oldódó vitaminszerű vegyület. Miért vonzza fel a karnitin a táplálkozási szakemberek figyelmét?

Mint tudják, a zsírsavak az izmok, különösen a szívizom fő üzemanyagai. Az energia körülbelül 70%-a az izmokban keletkezik zsírégetésből. A karnitin a hosszú szénláncú zsírsavakat a mitokondriális membránon keresztül szállítja. Kis mennyiségű karnitint (körülbelül 25%) a szervezet szintetizál a lizin aminosavból. A fennmaradó 75%-ot élelmiszerből kell beszereznünk.

De ma már túl kevés karnitint kapunk. Azt mondják, hogy őseink legalább 500 mg karnitint fogyasztottak naponta. A modern társadalom átlagembere csak napi 30-50 mg-ot kap étellel...

A karnitin hiánya csökkent energiatermeléshez és degenerációhoz vezet. A kevesebb energia gyengébb fiziológiai tartalékokat jelent. A klasszikus kép az idősek, akiknek szervezete „energiaválságot” él át. Ha a szervezetnek elegendő energiája lenne, sikeresen végezhetné a sejtmembránok építését és megújítását, megőrizhetné a sejtszerkezetek integritását és megvédhetné a genetikai információkat. Az immunrendszerünk a megfelelő energiatermeléstől is függ.

Robert Crichon úgy véli, hogy több karnitinre van szükségünk, amikor a szervezet elsorvad. Ez egy lépés a sejtek megfiatalítása és energetizálása felé, hogy jobban működjenek, valamint megvédjék magukat a szabad gyököktől és a kórokozóktól. [ Egyébként másfél éve végeztem egy fiziológus próbavizsgálatot a biológiai életkor meghatározására. A fiziológus táblázata szerint a mérési eredmények a legpontosabban a 28 éves biológiai életkornak feleltek meg. Ha Robert Crichon úrnak igaza van, akkor a mitokondriumaim 7 évvel fiatalabbak, mint az útlevelem kora)). De sok társam már most adósa a természetnek (ismét mitokondriumuk rovására)].

A hús, hal, tej, tojás, sajt és egyéb állati termékek általában elegendő karnitint tartalmaznak. A birka- és bárányhús különösen erős forrás. Növényi források közül az avokádó és a tempeh a legelőnyösebb.

Természetesen azelőtt, hogy az állatok legelőn legeltek és füvet használtak. Ez nagyszerű volt, mert ebben az esetben az állati termékek nagy mennyiségű karnitint és egészséges omega-3 zsírsavat tartalmaztak, amelyek kiegészítették egymás hatását. Ez lehetővé tette őseink testének, hogy hatékonyan égesse el a zsírt, és erős legyen. A szarvasmarhákat most gabonával etetik, amiben túlsúlyban vannak az omega-6 zsírsavak, amelyek gyulladáskeltő hatásúak, és csökkent a karnitin szintje. Ezért ma már nem egészséges alternatíva a vörös hús napi fogyasztása. De itt álljunk meg.

Van még egy szempont, amit érdemes megemlíteni. Naivitás lenne azt állítani, hogy a karnitin egyszer és mindenkorra megmentheti az embert az öregedéstől. Nem, ez túl könnyű lenne az emberiség számára, bár sokan el akarják hinni.

A karnitin más, az anyagcserét aktiváló hasznos anyagokhoz hasonlóan csak egy a sok segítő közül. A celluláris óráját azonban nem tudja alapvetően megállítani, bár valószínűleg le tudja lassítani.

Megállapítást nyert, hogy az ischaemiás szívizom működése leáll, ha a kreatin-foszforsav sejtforrásai kimerülnek, bár kb. 90% adenozin-trifoszfát. Ez azt mutatta, hogy az adenozin-trifoszfát egyenetlenül helyezkedik el a sejtben. Nem minden adenozin-trifoszfátot használnak fel, amely az izomsejtben található, hanem csak egy bizonyos részét, amely a miofibrillákban koncentrálódik. A további kísérletek eredményei igazolták, hogy az adenozin-trifoszfát sejtraktárai közötti kapcsolatot a kreatin-foszforsav és a kreatin-kináz izoenzimek biztosítják. Normál körülmények között a mitokondriumokban szintetizált adenozin-trifoszfát molekula energiát ad át a kreatinnak, amely a kreatin-kináz izoenzim hatására kreatin-foszforsavvá alakul. A kreatin-foszforsav a kreatin-kináz-reakciók lokalizációira költözik, ahol más kreatin-kináz-izoenzimek biztosítják az adenozin-trifoszfát regenerálódását kreatin-foszforsavból és adenozin-difoszfátból. Az ezzel egyidejűleg felszabaduló kreatin a mitokondriumokba kerül, és az adenozin-trifoszfátot energiaszerzésre használják, pl. izomfeszülésre. A sejtben a kreatin-foszfor útvonala mentén áramló energia intenzitása sokkal nagyobb, mint az adenozin-trifoszfát citoplazmába való behatolási sebessége. Ez az oka a kreatin-foszforsav koncentrációjának csökkenésének a sejtben, és az izomfeszültség csökkenését okozza még akkor is, ha az adenozin-trifoszfát fő sejtraktárát nem érinti.

Sajnos a sportgenetikával foglalkozó emberek nagyon kevés figyelmet fordítanak a mitokondriumokra. Még nem láttam tanulmányokat a testépítők eredményeiről, a mitokondriális csoportokhoz való tartozás alapján kontrollcsoportokra osztva (feltéve, hogy a többi "mutatójuk" megegyezik). Például a kísérlet kialakítása így nézhet ki – azonos korú, súlyú, magasságú, izomfelépítésű és tapasztalattal rendelkező testépítőket választunk. Egyforma erőgyakorlatok sorozatát ajánljuk nekik (például 95-100 kg súlyú fekvenyomás sorozatok maximális száma.) Az eredményeket összehasonlítjuk és elemezzük a sportolók mitocsoportjaira vonatkozó előzetes információk alapján. Ezt követően kreatint, levokarnitint, glutamint és aminosavakat tartalmazó kombinált diétát adunk a sportolóknak. Egy idő után megismételjük a tesztet, összehasonlítjuk az eredményeket, és következtetéseket vonunk le az mtDNS típusával való korreláció jelenlétéről/hiányáról.

Úgy gondolom, hogy a mitokondriumokkal kapcsolatos amatőr kutatásaim végül megvilágosíthatják az emberiséget. Igaz, a mitokondriumok nem csak és nem annyira genealógiai és orvosi kérdések érdekelnek, hanem pszichogenetikai kérdések, különös tekintettel a különböző mitohaplocsoportokhoz tartozó emberek közötti interakcióra. Vettem a bátorságot, hogy ezt a kutatási területet pszichoszocionikának nevezzem. Kihasználva azt a ritka lehetőséget, hogy legalább 5 angol nyelvű és 2 orosz nyelvű fórumon (4 éven át) megfigyelhessem a különböző mitohaplocsoportokhoz tartozó emberek interakcióját, egy érdekes tendenciára figyeltem fel. Sajnos nem volt időm egyértelműen megfogalmazni ezt a mintát a popgenetika tudományos nyelvének diszkurzív terminusaiban, még minden az előzetes megjegyzések szintjén van. De talán, ha sikerül megfogalmaznom a megfigyelésemet, akkor ez így kerül be a populációgenetika történetébe Verenich-Zaporozhchenko törvény.

Megfigyeléseim a három fő európai összefoglaló mitohaplocsoport (JT, HV, UK) közötti interakció vizsgálatán alapulnak. Sajnos az európai I, W, X mitohaplocsoportok (valamint az egzotikus és minor mitocsoportok) a minta nem reprezentativitása miatt nem kerültek vizsgálatom területére. Röviden, ezek a megfigyelések a következő pontokra csapódnak le:

1) a legsűrűbb és legtermékenyebb kölcsönhatás egy konszolidált haplocsoport képviselői között figyelhető meg (például a különböző J és T alkládok képviselői között). Talán ez a tény egy olyan evolúciós mechanizmussal magyarázható, amely genetikai szinten határozza meg (hadd emlékeztessem, hogy a mitoDNS szigorúan az anyai ágon öröklődik) a gyermek korai anyához való kötődését. Clark-Stewart, benne A háromoldalú kapcsolatok tanulmányozása sok családban azt találta, hogy az anya befolyása a gyermekre a jellem, míg az apa gyakran közvetetten - az anyán keresztül - befolyásolja a babát (Clarke-Stewart K.A., 1978). Ezt a hatást később interpolálják a közeli mitohaplocsoportok képviselőivel való interakcióba (e hatás pszichogenetikai alapját még nem sikerült tudományosan azonosítani), ezért nem meglepő, hogy haplocsoportos társaik között az emberek megtalálják a legmegbízhatóbb hasonló gondolkodású embereket.

2) a JT és a HV képviselői egymáshoz képest antipódok - közöttük figyelhető meg a leginkább antagonista kölcsönhatás, amely gyakran konfliktusokhoz vezet. Az antagonizmus okait fel kell tárni

3) az Egyesült Királyság mitocsoportjának képviselőit általában semleges hozzáállás jellemzi mind a JT-vel, mind a HV-vel szemben. Mindkét csoporttal a kapcsolatok tisztán üzleti jellegűek, semlegesek.

Mivel érdekeltek az ilyen egyértelmű felosztás okai, Valerij Zaporozscsenkóhoz, a világ legnagyobb mtDNS specialistájához fordultam (ő az egyik leghatékonyabb MURKA filogenetikai program szerzője, rendelkezik a világ legnagyobb mitohaplotípusok magángyűjteményével és teljes genomikaival. szekvenciák, és több jelentős mitoDNS-ről szóló publikáció társszerzője).Valerij kissé szokatlan, de ha jobban belegondolunk, logikus választ adott.Válaszának lényege az volt, hogy a JT és a HV közötti ellentét a "genetikai memóriával" magyarázható. A helyzet az, hogy a HV haplocsoport valahol a mezolitikum és a neolitikum fordulóján az északi úton lépett be Európába.Ezzel a haplocsoporttal párhuzamosan a nőstény JT nemzetség is belépett Európába, azonban a vándorlási útvonal némileg délre húzódott. Valószínűleg volt némi verseny mindkét csoport (JT és HV) között, mivel a JT és a HV is ugyanazt a rést foglalta el (neolitikus gazdálkodók). Nak nekValójában ugyanez a történelmi önvizsgálat magyarázza az Egyesült Királyság mitocsoportjának semlegességét a HV és a JT tekintetében. Ma már általánosan elfogadott, hogy az Egyesült Királyság (amely Európa legrégebbi mitológiai csoportja) a neolitikus forradalom hajnalán és a fent említett neolitikum megjelenésekor.egyes csoportok elsősorban az európai mezolitikus vadászó-gyűjtögetők körében voltak képviselve. Mivel teljesen más rést foglaltak el, az Egyesült Királyság képviselőinek egyszerűen nem volt mit megosztani HV-vel és JT-vel.

A mitokonfliktus legjobb példája az 5 évig tartó konfliktus az amatőr genetikában és antropológiában két briliáns elme, Dienek Pontikos (akinek mitocsoportja a T2) és David "Polako" Veselovsky (akinek mitocsoportját H7-ként azonosították) között. Ami nem erősíti meg a JT és HV mitocsoportok kölcsönhatásának konfliktus-potenciálját. Ez olyan, mint egy jól ismert kísérlet 1 g vasporral vagy vasporral és 2 g száraz kálium-nitráttal, amelyet előzőleg mozsárban őröltek. Amint egymás mellé helyezik őket, heves reakció kezdődik szikra, barnás füst és erős melegítéssel. Ugyanakkor a keverék megjelenése vörösen izzó lávához hasonlít. Amikor a kálium-nitrát reagál a vassal, kálium-ferrát és gáznemű nitrogén-monoxid képződik, amely levegőn oxidálva barna gázt - nitrogén-dioxidot - ad. Ha a reakció befejeződése után a szilárd maradékot egy pohár hideg forralt vízbe helyezzük, vörös-lila kálium-ferrát oldatot kapunk, amely néhány perc alatt lebomlik.))

Milyen gyakorlati következményei vannak ezeknek a megfigyeléseknek? Jelenleg rohamosan fejlődik az úgynevezett konfliktustan egyik ága, amely az egyének csoportos kompatibilitásának felméréséhez kapcsolódik. Természetesen ez az ág kapja a legpraktikusabb kifejezést a gyakorlati problémák megoldásában (például casting vagy személyi kiválasztás). Természetesen a felvett személyzetet elsősorban szakmai tudásuk, készségeik, képességeik és munkatapasztalataik alapján értékelik. De fontos tényező annak felmérése, hogy az újoncok kompatibilisek-e a már kialakult csapattal és vezetőséggel. Ennek a tényezőnek a priori értékelése nehéz, és most ezt a felmérést elsősorban pszichológiai tesztek segítségével végzik, amelyek fejlesztésére és tesztelésére a nagyvállalatok és intézmények (például a NASA az űrhajós csapat kiválasztásánál) sokat költenek. pénzről. Most azonban, a pszichogenetika fejlődésének küszöbén ezeket a teszteket felválthatja a genetikailag meghatározott kompatibilitás elemzése.

Tegyük fel például, hogy van egy olyan toborzott csoportunk, akik megfelelnek az alkalmazás formális követelményeinek, és rendelkeznek a megfelelő kompetenciákkal. Van egy kollektíva, amelyben mondjuk mindhárom makrocsoport JT, HVés az Egyesült Királyságban. Ha én vezető lennék, akkor a felvett újoncokat a kitűzött feladatok alapján egyik vagy másik embercsoporthoz küldenék:

1) Ha egy bizonyos feladat elvégzéséhez hasonló gondolkodású emberek közeli csoportjának jelenléte szükséges, akkor a legjobb megoldás az azonos makrohaplocsoporthoz tartozó embercsoport létrehozása.
2) Ha a csoport azon dolgozik, hogy új megoldásokat találjon, és ötletbörzei módszereket alkalmaz a munkája során, akkor ezeket az újoncokat antagonista környezetbe kell helyezni (JT-től HV-ig, és fordítva).

3) Ha a csoport munkájának elvei pusztán az üzleti/formális kapcsolatokon alapulnak, akkor a vezetőségnek gondoskodnia kell arról, hogy elegendő számú brit képviselő legyen a csoportban, akik pufferként működnek az ütköző JT-k és HV-k között.

Kívánt esetben ugyanezeket az elveket lehet alapul venni a házassági partner „tudományosan motivált” kiválasztásához. Legalább a partnerek összeférhetőségének értékelése (vagy inkább a kompatibilitás természetének értékelése) sokkal hihetőbb lesz, mint a kompatibilitás értékelése a modern társkereső szolgáltatásokban, amelyek primitív pszichológiai teszteken és asztrológián alapulnak. Mellesleg, az egyetlen kereskedelmi DNS-társkereső szolgáltatás szigorúan kihasználja a hisztokompatibilitási komplex haplotípusokat. A logika az, hogy amint azt a tudósok munkái is mutatják, az emberek általában a leginkább ellentétes HLA haplotípusú partnereket választják.

Az mtDNS és Y kromoszóma polimorfizmusok elemzése során feltárt különböző genetikai összetevők a norvég populációban A mitokondriális DNS haplocsoportok befolyásolják az AIDS progresszióját.

A természetes szelekció regionális mtDNS variációt alakított ki emberben Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (2000. szeptember). "Humán mtDNS haplocsoportok, amelyek a spermiumok magas vagy csökkent motilitásához kapcsolódnak". Am. J. Hum. Közönséges petymeg. 67 (3): 682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.

Mitokondrium: 30 A mitokondriális T haplocsoport a koszorúér-betegséggel jár

„Máshol beszámoltak arról, hogy a T haplocsoportba való tagság némi védelmet nyújthat az Alexander Belovzheimer-kór (Chagnon és mtsai. 1999; Herrnstadt és mtsai. 2002) és a Parkinson-kór (Pyle és mtsai. 2005) ellen is, de Pereira figyelmeztető szavai et al. azt sugallják, hogy további vizsgálatokra lehet szükség, mielőtt határozott következtetéseket vonnánk le."

A mitokondriális DNS haplocsoportok befolyásolják az AIDS progresszióját.

A természetes szelekció alakította ki a regionális mtDNS variációt emberben
Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C és mások. (2000. szeptember). "Humán mtDNS haplocsoportok, amelyek a spermiumok magas vagy csökkent motilitásához kapcsolódnak". Am. J. Hum. Közönséges petymeg. 67. (3): 682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.
Mitokondrium: 30 A mitokondriális haplocsoport T koszorúér-betegséggel jár
A „T” haplotípusú mitokondriális DNS-hordozók kevésbé hajlamosak a cukorbetegségre « Mathilda antropológiai blogja
"Máshol arról számoltak be, hogy a T haplocsoportba való tagság védelmet nyújthat az ellen