Človeški mitohondrijski genom. Strukturne značilnosti mitohondrijske DNK. Vrste RNA v celicah

Struktura nukleinskih kislin.

N. to.- so univerzalna informacijska makromolekula celice, katere glavna funkcija je: 1) Shranjevanje dednih informacij v obliki genetske kode. 2) Reprodukcija dednih informacij s samopodvajanjem ali replikacijo DNK. 3) Implementacija dednih informacij v procesu biosinteze beljakovin. N. do. so bili prvič prejeti iz jeder celic gnoja. Kemijska analiza je pokazala, da obstajata dve vrsti n do: 1) DNK, 2) RNA. DNK se nahaja v jedru, mitohondrijih in centriolah. RNA se nahajajo v jedru, jedrih, ribosomih in mitohondrijih. V kemijskem smislu n do - polimeri, sestavljeni iz polinukleotidnih verig, monomer n. do. yav - nukleotid. V DNK so 4 vrste: A, T, G, C. V RNA se timin nadomesti z uracilom. Po strukturi sta adenin in gvanin purinski bazi

Lastnosti in funkcije DNK.

Kemijska analiza je pokazala, da obstajata dve vrsti n do: 1) DNK, 2) RNA. DNK se nahaja v jedru, mitohondrijih in centriolah. RNA se nahajajo v jedru, jedrih, ribosomih in mitohondrijih. V kemijskem smislu n do - polimeri, sestavljeni iz polinukleotidnih verig, monomer n. do. yav - nukleotid. V DNK so 4 vrste: A, T, G, C. V RNA se timin nadomesti z uracilom. Po strukturi sta adenin in gvanin purinski bazi

1 benzenski obroč) T, C, U (pirimidinske baze - 2 benzenska obroča). DNK je vijačnica, sestavljena iz dveh polinukleotidnih verig. Polinukleotidne verige so sestavljene iz nukleotidov, ki so med seboj povezani z vodikovimi vezmi, ki tvorijo komplementarne pare. V DNK A=T, G=C (Chargaffovo pravilo 1951). Nukleotidi v vsaki verigi DNK so med seboj povezani tako, da je 5. sladkorni ogljik prejšnjega nukleotida povezan s 3. sladkornim ogljikom naslednjega. Zaradi teh vezi ima molekula DNK dva konca. Premer vijačnice LNC je 2 nm. En obrat vijačnice je 3,4 nm. Razdalja med nukleotidi je 0,34 nm. Vsak zavoj vijačnice vsebuje 10 baznih parov. V DNK obstaja več ravni organizacije: 1) Primarna struktura je vrstni red, v katerem so nukleotidi razporejeni v komplementarne verige. 2) Sekundarna struktura je dvojna vijačnica DNK. 3) Terciarni - DNK v sestavi kromosomov.

Strukturne značilnosti mitohondrijske DNK.

Mitohondrijska DNK (mtDNA) - DNK, lokalizirana (za razliko od jedrske DNK) v mitohondrijih, organeli evkariontskih celic.

V večini preučevanih organizmov mitohondriji vsebujejo le krožne molekule DNK, v nekaterih rastlinah so hkrati prisotne tako krožne kot linearne molekule, pri številnih protistih (na primer ciliati) pa so le linearne molekule. Mitohondriji sesalcev običajno vsebujejo dve do deset identičnih kopij krožnih molekul DNK. V rastlinah vsak mitohondrij vsebuje več molekul DNK različnih velikosti, ki so sposobne rekombinacije.Pri protistih iz reda kinetoplastidov (na primer v tripanosomih) poseben del mitohondrijev (kinetoplast) vsebuje dve vrsti molekul DNK – identične maksi -obročki (20-50 kosov) dolgi približno 21 kb. in mini obročki (20.000 - 55.000 kosov, približno 300 sort, povprečna dolžina približno 1000 bp). Vsi obroči so povezani v eno samo omrežje (catenans), ki se uniči in obnovi z vsakim ciklom replikacije. Maxi obroči so homologni mitohondrijski DNK drugih organizmov. Vsak mini obroč vsebuje štiri podobne ohranjene regije in štiri edinstvene hipervariabilne regije. Minikrogi kodirajo kratke vodilne RNA molekule (guideRNA), ki urejajo RNA, transkribirano iz genov maxircle. Mitohondrijska DNK (mtDNA) je genom celičnih organelov – mitohondrijev. Endosimbiotični izvor teh organelov določa polavtonomen obstoj mitohondrijskega genetskega sistema. Torej, sinteza DNK v mitohondrijih poteka neodvisno od sinteze jedrske DNK in dedovanje te citoplazemske genetske strukture - mitohondrijskega kromosoma - se običajno pojavlja strogo po materini liniji. To daje avtorjem razlog, da pogojno izpostavijo celoto mitohondrijskih genov in morebitnih replicirajočih fragmentov mtDNA v ločen genetski vir populacije - mitohondrijski genski bazen. Strukture, ki vsebujejo DNK v mitohondrijih, so bile identificirane v 60. letih. V zadnjem četrt stoletja je bila podrobno raziskana strukturna in funkcionalna organizacija mitohondrijskega genoma ljudi in številnih živalskih vrst. Mitohondrijski kromosom predstavlja krožna dvoverižna molekula DNK, ki je prisotna v organeli v obliki kovalentno zaprte superzvite oblike, povezane z notranjo mitohondrijsko membrano. Vsaka organela vsebuje od 1 do 8 molekul DNK, kar je 1000 do 8000 kopij na celico. En organizem ima praviloma eno samo obliko mtDNA, t.j. en haplotip, podedovan po materini liniji.

Vrste RNA v celicah.

V celicah obstajajo tri vrste RNA: 1) I-RNA (messenger ali messenger RNA).

2) R-RNA (ribosomska RNA).

3) T-RNA (transferna RNA)

Messenger RNA - sintetizira in prepiše v DNK ter nosi informacije za sintezo beljakovin. R-RNA in T-RNA se sintetizirata v jedrcih jedra. Jedro je območje kromosomov, ki ima satelite. Nukleolarna DNK vsebuje gene, na katerih se sintetizirata R-RNA in T-RNA. rRNA se nahajajo v ribosomih (v majhni in veliki podenoti). Namen: preko majhne podenote AK se preko ATP veže na T-RNA. Razlika med DNK in RNA: 1) RNA je sestavljena iz ene verige. 2) V RNA je sladkor riboza. 3) RNA je krajša od DNK. 4) T-RNA ima obliko terciarne strukture. Matrična (informacijska) RNA - RNA, ki služi kot posrednik pri prenosu informacij, kodiranih v DNK, na ribosome, molekularne stroje, ki sintetizirajo beljakovine živega organizma. Zaporedje kodiranja mRNA določa zaporedje aminokislin v proteinski polipeptidni verigi.

Transport (tRNA) - majhna, sestavljena iz približno 80 nukleotidov, molekul s konzervativno terciarno strukturo. Prenašajo specifične aminokisline na mesto sinteze peptidne vezi v ribosomu. Vsaka tRNA vsebuje aminokislinsko pritrdilno mesto in antikodon za prepoznavanje in vezavo na kodone mRNA. Ribosomska RNA (rRNA) je katalitična komponenta ribosomov. Evkariontski ribosomi vsebujejo štiri vrste rRNA molekul: 18S, 5.8S, 28S in 5S. Tri od štirih vrst rRNA se sintetizirajo v nukleolu. V citoplazmi se ribosomske RNA združijo z ribosomskimi proteini in tvorijo nukleoprotein, imenovan ribosom. Ribosom se veže na mRNA in sintetizira protein. rRNA predstavlja do 80 % RNA, ki jo najdemo v citoplazmi evkariontske celice

Mitohondrijska DNK, ki se nahaja v matriksu, je zaprta krožna dvoverižna molekula v človeških celicah z velikostjo 16569 nukleotidnih parov, kar je približno 10 5-krat manjše od DNK, lokalizirane v jedru. Na splošno mitohondrijska DNK kodira 2 rRNA, 22 tRNA in 13 podenot encimov dihalne verige, kar ne predstavlja več kot polovico beljakovin, ki jih najdemo v njej. Zlasti pod nadzorom mitohondralnega genoma je kodiranih sedem podenot ATP sintetaze, tri podenote citokrom oksidaze in ena podenota ubikinol citokroma. Z-reduktaze. V tem primeru se vsi proteini, razen ene, dveh ribosomskih in šestih tRNA, prepišejo iz težje (zunanje) verige DNK, 14 drugih tRNA in en protein pa se prepiše iz lažje (notranje) verige.

Glede na to je rastlinski mitohondrijski genom veliko večji in lahko doseže 370.000 nukleotidnih parov, kar je približno 20-krat večje od zgoraj opisanega človeškega mitohondrijskega genoma. Tudi pri nas je število genov približno 7-krat večje, kar spremlja pojav v rastlinskih mitohondrijih dodatnih poti za transport elektronov, ki niso povezane s sintezo ATP.

Mitohondrijska DNK se replicira v interfazi, ki je delno sinhronizirana z replikacijo DNK v jedru. Med celičnim ciklom se mitohondriji z zožitvijo delijo na dva dela, katerih tvorba se začne z obročastim utorom na notranji mitohondrijski membrani. S podrobno študijo nukleotidnega zaporedja mitohondrijskega genoma je bilo mogoče ugotoviti, da odstopanja od univerzalne genetske kode niso redka v mitohondrijih živali in gliv. Tako v človeških mitohondrijih kodon TAT namesto izolevcina v standardni kodi kodira aminokislinski metionin, kodona TCT in TCC, ki običajno kodirata arginin, sta stop kodona, kodon ACT, ki je stop kodon v standardni kodi , kodira aminokislino metionin. Kar zadeva rastlinske mitohondrije, se zdi, da uporabljajo univerzalno genetsko kodo. Druga značilnost mitohondrijev je značilnost prepoznavanja kodona tRNA, ki je sestavljena iz dejstva, da je ena taka molekula sposobna prepoznati ne enega, ampak tri ali štiri kodone hkrati. Ta lastnost zmanjša pomen tretjega nukleotida v kodonu in vodi k dejstvu, da mitohondriji zahtevajo manjšo raznolikost tipov tRNA. V tem primeru zadostuje le 22 različnih tRNA.

Z lastnim genetskim aparatom ima mitohondrij tudi svoj sistem za sintezo beljakovin, katerega značilnost so v celicah živali in gliv zelo majhni ribosomi, za katere je značilen sedimentacijski koeficient 55S, ki je celo nižji kot pri 70-ih. ribosomi prokariontskega tipa. Hkrati sta dve veliki ribosomski RNA tudi manjši kot pri prokariotih, majhna rRNA pa je v celoti odsotna. V rastlinskih mitohondrijih, nasprotno, so ribosomi po velikosti in strukturi bolj podobni prokariontskim.

Lastnosti in funkcije DNK.

DNK ali deoksiribonukleinska kislina je glavni dedni material, ki je prisoten v vseh celicah telesa in v glavnem zagotavlja modri pečat za celične funkcije, rast, razmnoževanje in smrt. Strukturo DNK, imenovano dvoverižna spiralna struktura, sta prvič opisala Watson in Crick leta 1953.

Od takrat je bil dosežen izjemen napredek pri sintezi, zaporedju in manipulaciji DNK. DNK je dandanes mogoče sekvencirati ali analizirati za podrobnosti in celo vstaviti gene, da povzročijo spremembe v funkciji in strukturi DNK.

Glavni namen dednega materiala je shranjevanje dednih informacij, na podlagi katerih se oblikuje fenotip. Večina znakov in lastnosti organizma je posledica sinteze beljakovin, ki opravljajo različne funkcije, zato je treba v dednem materialu zabeležiti podatke o zgradbi izjemno raznolikih beljakovinskih molekul, katerih specifičnost je odvisna od kvalitativne in kvantitativne sestavo aminokislin, pa tudi po njihovem vrstnem redu v peptidni verigi. Zato mora biti aminokislinska sestava beljakovin kodirana v molekulah nukleinske kisline.
Že v zgodnjih 50. letih prejšnjega stoletja so predlagali metodo za beleženje genetskih informacij, pri kateri bi se kodiranje posameznih aminokislin v proteinski molekuli izvajalo z uporabo določenih kombinacij štirih različnih nukleotidov v molekuli DNK. Za kodiranje več kot 20 aminokislin zahtevano število kombinacij zagotavlja le tripletna koda, torej koda, ki vključuje tri sosednje nukleotide. V tem primeru je število kombinacij štirih dušikovih baz s tremi enako 41 = 64. Domneva o tripletnosti genetske kode je kasneje dobila eksperimentalno potrditev in v obdobju od 1961 do 1964 je bila odkrita šifra, s pomočjo katerega se v peptidu zapiše vrstni red aminokislin v nukleinskih kislinah.
Iz tabele. Slika 6 prikazuje, da od 64 trojčkov 61 tripletov kodira eno ali drugo aminokislino, posamezne aminokisline pa šifrira več kot en triplet ali kodon (fenilalanin, levcin, valin, serija itd.). Več trojčkov ne kodira za aminokisline, njihova funkcija pa je povezana z označevanjem končnega dela proteinske molekule.
Branje informacij, zabeleženih v molekuli nukleinske kisline, poteka zaporedno, sodon za kodonom, tako da je vsak nukleotid del samo enega tripleta.
Študija genetske kode v živih organizmih z različnimi ravnmi organiziranosti je pokazala univerzalnost tega mehanizma za beleženje informacij v prostoživečih živalih.
Tako so študije iz sredine 20. stoletja razkrile mehanizem za zapisovanje dednih informacij v molekule nukleinske kisline z uporabo biološke kode, za katero so značilne naslednje lastnosti: a) triplet – aminokisline so šifrirane z nukleotidnimi trojčki – kodoni; b) specifičnost - vsak triplet kodira samo določeno aminokislino; c) univerzalnost - v vseh živih organizmih kodiranje istih aminokislin izvajajo isti kodoni; d) degeneracija – številne aminokisline so šifrirane z več kot enim tripletom; e) neprekrivanje - branje informacij se izvaja zaporedno triplet za tripletom: AAGCTTSAGSTTSAT.

Poleg beleženja in shranjevanja bioloških informacij je funkcija dednega materiala njegova reprodukcija in prenos na novo generacijo v procesu razmnoževanja celic in organizmov. To funkcijo dednega materiala izvajajo molekule DNK v procesu njegove reduplikacije, to je absolutno natančne reprodukcije strukture, zaradi izvajanja načela komplementarnosti (glej 2.1).
Končno, tretja funkcija dednega materiala, ki ga predstavljajo molekule DNK, je zagotavljanje specifičnih procesov med realizacijo informacij, ki jih vsebuje. Ta funkcija se izvaja s sodelovanjem različnih vrst RNA, ki zagotavljajo proces prevajanja, to je sestavljanje proteinske molekule, ki se pojavi v citoplazmi na podlagi informacij, prejetih iz jedra (glej 2.4). Med izvajanjem dednih informacij, shranjenih v obliki molekul DNK v kromosomih jedra, ločimo več stopenj.
1. Branje informacij iz molekule DNK v procesu sinteze mRNA - transkripcije, ki se izvaja na eni od verig dvojne vijačnice DNK-kodogene verige po principu komplementarnosti (glej 2.4).
2. Priprava transkripcijskega produkta za sproščanje v citoplazmo – zorenje mRNA.
3. Sestavljanje na ribosomih peptidne verige aminokislin na podlagi informacij, zabeleženih v molekuli mRNA, s sodelovanjem transportnih tRNA - translacija (glej 2.4).
4. Oblikovanje sekundarnih, terciarnih in kvartarnih proteinskih struktur, kar ustreza tvorbi delujočega proteina (preprost znak).
5. Oblikovanje kompleksne lastnosti kot posledica sodelovanja produktov več genov (encimskih beljakovin ali drugih beljakovin) v biokemičnih procesih.

Strukturo dvojne vijačnice DNK, ki jo skupaj držijo le vodikove vezi, je mogoče zlahka prekiniti. Prekinitev vodikovih vezi med polinukleotidnimi verigami DNK lahko izvedemo v močno alkalnih raztopinah (pri pH > 12,5) ali s segrevanjem. Po tem se verige DNK popolnoma ločijo. Ta proces se imenuje denaturacija ali taljenje DNK.

Denaturacija spremeni nekatere fizikalne lastnosti DNK, kot je njena optična gostota. Dušikove baze absorbirajo svetlobo v ultravijoličnem območju (z maksimalno blizu 260 nm). DNK absorbira svetlobo skoraj 40 % manj kot mešanica prostih nukleotidov enake sestave. Ta pojav se imenuje hipokromni učinek in je posledica interakcije baz, ko se nahajajo v dvojni vijačnici.

Vsako odstopanje od dvoverižnega stanja vpliva na spreminjanje velikosti tega učinka, t.j. pride do premika optične gostote proti vrednosti, ki je značilna za proste baze. Tako lahko denaturacijo DNK opazimo s spreminjanjem njene optične gostote.

Ko se DNK segreje, se povprečna temperatura območja, pri katerem se verige DNK ločijo, imenuje tališče in je označena s T pl. V raztopini T pl običajno leži v območju 85-95 ° C. Krivulja taljenja DNK ima vedno enako obliko, vendar je njen položaj na temperaturni lestvici odvisen od sestave baze in pogojev denaturacije (slika 1). Pari G-C, povezani s tremi vodikovimi vezmi, so bolj ognjevzdržni kot pari A-T, imajo dve vodikovi vezi, zato se s povečanjem vsebnosti G-C-nap vrednost T pl poveča. DNK, 40 % G-C (značilnost genoma sesalca), denaturira pri T pl približno 87 °C, medtem ko ima DNK, ki vsebuje 60 % G-C, T pl
približno 95 °C.

Na temperaturo denaturacije DNK (razen sestave baz) vpliva ionska moč raztopine. V tem primeru višja kot je koncentracija enovalentnih kationov, višji je T pl. T vrednost pl močno se spremeni tudi, če raztopini DNK dodamo snovi, kot je formamid (amid mravljične kisline HCONH2), ki
destabilizira vodikove vezi. Njegova prisotnost omogoča zmanjšanje T pl, do 40 °C.

Postopek denaturacije je reverzibilen. Pojav obnove strukture dvojne vijačnice, ki temelji na dveh ločitvah komplementarnih verig, se imenuje renaturacija DNK. Za renaturacijo je praviloma dovolj, da pogasimo raztopino denaturirane DNK.

Renaturacija vključuje dve komplementarni sekvenci, ki sta bili med denaturacijo ločeni. Vendar pa je mogoče vse komplementarne sekvence, ki so sposobne tvoriti dvojno verižno strukturo, ponovno pritrditi. Če skupaj. pri žarjenju enoverižne DNK, ki izvira iz različnih izvorov, se tvorba dvoverižne DNK strukture imenuje hibridizacija.

Podobne informacije.

Zakaj imajo mitohondriji svojo DNK? Čeprav, zakaj simbioti ne bi imeli svoje DNK v sebi, ki proizvaja vse, kar potrebujejo lokalno? Zakaj potem prenesti del mitohondrijske DNK v celično jedro, kar ustvarja potrebo po transportu genskih produktov v mitohondrije? Zakaj se mitohondriji prenašajo samo od enega starša? Kako se mitohondriji, pridobljeni od matere, ujemajo s celičnim genomom, sestavljenim iz DNK matere in očeta? Več ko ljudje spoznajo mitohondrije, več vprašanj se poraja.

Vendar to ne velja samo za mitohondrije: na katerem koli področju katere koli znanosti širitev sfere znanja vodi le v povečanje njene površine, v stik z neznanim, kar povzroča vedno več novih vprašanj, na katera bodo odgovori razširiti to isto sfero z enakim predvidljivim rezultatom.

Torej je DNK sodobnih mitohondrijev razporejena zelo nenavadno: majhen del genov je vsebovan neposredno v mitohondrijih v obročnem kromosomu (natančneje v več kopijah istega kromosoma v vsakem mitohondriju) in večina načrtov za proizvodnja sestavnih delov mitohondrijev so shranjena v celičnem jedru. Zato se kopiranje teh genov dogaja hkrati s kopiranjem genoma celotnega organizma, produkti, ki jih proizvajajo, pa gredo daleč od citoplazme celice v mitohondrije. Vendar je to v mnogih pogledih priročno: mitohondrijem je prihranjena potreba po kopiranju vseh teh genov, ko se razmnožujejo, jih berejo in gradijo beljakovine in druge komponente, pri čemer se osredotočajo na njihovo glavno funkcijo proizvodnje energije. Zakaj je potem v mitohondrijih še vedno majhna DNK, za vzdrževanje katere so potrebni vsi ti mehanizmi, po odstranitvi katerih bi mitohondriji lahko namenili še več sredstev za glavni cilj svojega obstoja?

Sprva so domnevali, da je DNK, ki ostane v mitohondrijih, atavizem, zapuščina promitohondrijev, ki jih absorbira metanogen, ki ima popoln bakterijski genom. Na začetku njihove simbioze, kljub obstoju v jedru teh mitohondrijskih genov ( m-geni), ki so bili potrebni za vzdrževanje udobnega okolja za promitohondrije znotraj metanogena (to je podrobno opisano v poglavju o mitohondrijih), so bili isti geni shranjeni v vsakem od mitohondrijev. Promitohondriji na začetku svojega življenja kot simbiont so izgledali skoraj enako kot sodobna bakterija na diagramu levo od tega odstavka.

In zelo počasi, zaradi pomanjkanja povpraševanja, so ti geni izginili iz mitohondrijskega kromosoma kot posledica različnih mutacij. Toda celično jedro je kopičilo vedno več m-genov, ki so prišli v citoplazmo iz uničenih mitohondrijskih simbiontov in se integrirali v genom evkariontske himere. Takoj, ko se je začel brati na novo vgrajeni m-gen, so celični mehanizmi proizvedli produkte, potrebne za mitohondrije, s čimer so simbionte osvobodili njihovega neodvisnega ustvarjanja. To pomeni, da mitohondrijski analog gena, ki je prešel v jedro, z naravno selekcijo ni več vzdrževal v delovnem stanju in je bil z mutacijami izbrisan na enak način kot vse prejšnje. Zato bi bilo logično domnevati, da bodo kmalu tisti geni, ki še ostanejo v mitohondrijih, prešli v jedro, kar bo privedlo do velikih energetskih koristi za evkarionte: navsezadnje je mogoče odstraniti okorne mehanizme za kopiranje, branje in popravljanje DNK. vsak mitohondrij in tako vse, kar potrebujete za izdelavo beljakovin.

Ko so prišli do tega zaključka, so znanstveniki izračunali, koliko časa bo trajalo, da bi vsi geni migrirali iz mitohondrijev v jedro z naravnim premikanjem. In izkazalo se je, da je to obdobje že dolgo minilo. V času nastanka evkariontske celice so imeli mitohondriji skupni bakterijski genom več tisoč genov (znanstveniki ugotavljajo, kakšen je bil ta genom s preučevanjem m-genov, prenesenih v jedro različnih organizmov), zdaj pa so mitohondriji vseh evkariontskih celic vrste so izgubile od 95 do 99,9 % svojih genov. Nihče nima več kot sto genov v mitohondrijih, a tudi nihče nima mitohondrijev brez genov. Če bi imela v tem procesu ključno vlogo naključje, bi vsaj nekaj vrst že do konca prehodilo pot genskega prenosa v jedro. Toda to se ni zgodilo in trenutno preučevani mitohondriji različnih vrst, ki so izgubili gene neodvisno drug od drugega, so ohranili isti nabor, kar neposredno kaže na potrebo po prisotnosti teh genov v mitohondrijih.

Poleg tega imajo tudi druge organele celic, ki proizvajajo energijo, kloroplasti, svojo DNK in na enak način so se kloroplasti različnih vrst razvijali vzporedno in neodvisno, pri čemer so vsak ostali z enakim naborom genov.

To pomeni, da so vse tiste pomembne nevšečnosti pri vzdrževanju lastnega genoma v mitohondrijih vsake celice (in v povprečju jih je v eni celici več sto!) in okoren aparat za njegovo kopiranje-popravljanje-prevajanje (glavni, a ne vsi! Lahko glej njegove dele na sliki na levi) so nekoliko odtehtani.

In trenutno obstaja konsistentna teorija tega "nečesa": sposobnost proizvodnje določenih delov mitohondrijev neposredno v notranjosti je potrebna za uravnavanje hitrosti dihanja in prilagajanje procesov, ki se dogajajo v mitohondrijih, nenehno spreminjajočim se potrebam ljudi. celotnega organizma.

Predstavljajte si, da enemu od stotih mitohondrijev v celici nenadoma primanjkuje elementov dihalne verige (glej podrobnosti o tem v) ali pa v njej ni dovolj ATP sintaze. Izkazalo se je, da je bodisi preobremenjen s hrano in kisikom in ju ne more dovolj hitro predelati, ali pa njen medmembranski prostor poka od protonov, ki nimajo kam - na splošno popolna katastrofa. Seveda vsa ta odstopanja od idealne življenjske situacije sprožijo več signalov, ki so namenjeni uravnovešanju kota potapljajoče se ladje.

Ti signali sprožijo proizvodnjo točno tistih delov, ki jih mitohondriji trenutno nimajo, in aktivirajo branje genov, ki gradijo beljakovine. Takoj, ko ima mitohondrij dovolj komponent dihalne verige ali ATPaze, se bo "zvitek izenačil", signali o potrebi po izdelavi novih delov ne bodo prihajali, geni pa bodo spet izklopljeni. To je eden od nujnih mehanizmov celične samoregulacije, presenetljivo eleganten v svoji preprostosti, najmanjša kršitev pa vodi v resno bolezen ali celo nesposobnost preživetja organizma.

Poskusimo logično ugotoviti, kje naj se nahajajo geni, potrebni za odziv na ta signal stiske. Predstavljajte si situacijo, da so ti geni v jedru celice, ki vsebuje nekaj sto mitohondrijev. V enem od mitohondrijev je na primer prišlo do pomanjkanja NADH dehidrogenaze: prvi encim v dihalni verigi, katerega vloga je odstraniti dva elektrona iz molekule NADH, jih prenesti na naslednji encim in črpati 2-4 protone čez membrano.

Pravzaprav se takšne pomanjkljivosti katerega koli encima dogajajo precej pogosto, ker občasno odpovejo, količina zaužite hrane se nenehno spreminja, tudi potrebe celice po ATP poskočijo po skokih ali valu organizma, ki vsebuje to celico. Zato je situacija zelo tipična. In zdaj mitohondrij oddaja signal: "Moramo zgraditi več NADH-dehidrogenaze!", ki presega svoje meje, preide skozi citoplazmo do jedra, prodre v jedro in začne brati potrebne gene. Po celičnih standardih je tranzitni čas tega signala zelo pomemben, prav tako pa morate iz jedra potegniti zgrajeno selsko RNA v citoplazmo, z njeno uporabo ustvariti beljakovine in jih poslati v mitohondrije ...

In tu se pojavi problem, ki je veliko pomembnejši od izgubljanja dodatnega časa: pri ustvarjanju specializiranih mitohondrijskih proteinov so označeni s signalom »dostava v mitohondrije«, a kateri? neznano. Zato beljakovine, ki jih ne potrebujejo, začnejo vstopati v vsak od nekaj sto mitohondrijev. Celica porabi vire za njihovo proizvodnjo in dostavo, mitohondriji so napolnjeni z dodatnimi dihalnimi verigami (kar vodi v neučinkovitost dihalnih procesov), edini mitohondriji, ki potrebuje te beljakovine, pa jih ne prejme v zadostnih količinah, ker dobi pri najboljše, stotinko proizvedenega. Tako še naprej pošilja klice v sili in kaos se nadaljuje. Že iz tega lirično-površnega opisa dogajanja je jasno, da taka celica ni sposobna preživeti. In da obstajajo geni, ki jih je treba brati in prevesti neposredno v mitohondrije, da bi uravnavali procese, ki se v njem dogajajo, in se ne zanašati na načrt za proizvodnjo nohtov, ki ga je sprožila jedrska serija .. torej beljakovine dihalne verige za vse mitohondrije naenkrat.

Ko so preverili, kaj točno proizvajajo organizmi, ki ostanejo v mitohondrijih (in zato neodvisno drug od drugega premikajo m-gene v jedro), so ugotovili, da so ravno to elementi za izgradnjo dihalnih verig in ATPaze ter ribosomov (tista je glavni del prenosne naprave).

Več o tem (in še več) si lahko preberete pri Lane in "Energija, seks, samomor: mitohondriji in smisel življenja". No, lahko preprosto primerjate shemo mitohondrijske DNK, kjer so kodirani produkti dekodirani (desno od tega odstavka), s shemo dihalne verige (zgoraj), tako da postane jasno, kaj točno nastaja v mitohondrijih. Seveda se vsak protein, ki je vgrajen v to verigo, ne proizvaja lokalno; nekateri so vgrajeni v citoplazmi celice. Toda glavna "sidra", na katera se držijo ostali detajli, nastanejo znotraj mitohondrijev. To vam omogoča, da proizvedete točno toliko encimov, kot jih potrebujete, in točno tam, kjer so potrebni.

Kako so mitohondriji povezani s spolom in kako se različni genomi ujemajo v eni celici, bom pisal v enem od naslednjih poglavij te vrstice.

Kaj je mitohondrijska DNK?

Mitohondrijska DNK (mtDNA) je DNK, ki se nahaja v mitohondrijih, celičnih organelah znotraj evkariontskih celic, ki pretvarjajo kemično energijo iz hrane v obliko, ki jo celice lahko uporabijo - adenozin trifosfat (ATP). Mitohondrijska DNK je le majhen del DNK v evkariontski celici; večino DNK najdemo v celičnem jedru, v rastlinah in algah ter v plastidih, kot so kloroplasti.

Pri ljudeh 16.569 baznih parov mitohondrijske DNK kodira skupaj 37 genov. Človeška mitohondrijska DNK je bila prvi pomemben del človeškega genoma, ki je bil sekvenciran. Pri večini vrst, tudi pri ljudeh, je mtDNA podedovana le od matere.

Ker se živalska mtDNA razvija hitreje kot jedrski genetski markerji, je osnova filogenetike in evolucijske biologije. To je postalo pomembna točka v antropologiji in biogeografiji, saj omogoča preučevanje razmerja med populacijami.

Hipoteze o nastanku mitohondrijev

Verjame se, da imata jedrska in mitohondrijska DNK različen evolucijski izvor, pri čemer mtDNA izhaja iz krožnih genomov bakterij, ki so jih zajeli zgodnji predniki sodobnih evkariontskih celic. Ta teorija se imenuje endosimbiotična teorija. Ocenjuje se, da vsak mitohondrij vsebuje kopije 2-10 mtDNA. V celicah obstoječih organizmov je velika večina beljakovin, prisotnih v mitohondrijih (približno 1500 različnih vrst pri sesalcih), kodiranih z jedrsko DNK, vendar se domneva, da so geni za nekatere, če ne večino, prvotno bakterijski, saj so bili se med evolucijo prenese v evkariontsko jedro.

Razpravljamo o razlogih, zakaj mitohondriji zadržijo določene gene. Obstoj organelov brez genoma pri nekaterih vrstah mitohondrijskega izvora nakazuje, da je možna popolna izguba genov, prenos mitohondrijskih genov v jedro pa ima številne prednosti. Težava pri orientaciji na daljavo proizvedenih hidrofobnih beljakovinskih produktov v mitohondrijih je ena od hipotez, zakaj so nekateri geni ohranjeni v mtDNA. Kolokalizacija za redoks regulacijo je še ena teorija, ki se nanaša na zaželenost lokaliziranega nadzora nad mitohondrijskimi mehanizmi. Nedavna analiza širokega spektra mitohondrijskih genomov kaže, da lahko obe funkciji narekujeta zadrževanje mitohondrijskih genov.

Genetska ekspertiza mtDNA

V večini večceličnih organizmov je mtDNA podedovana po materi (materinska linija). Mehanizmi za to vključujejo preprosto redčenje (jajčece vsebuje povprečno 200.000 molekul mtDNA, zdrava človeška sperma pa povprečno 5 molekul), razgradnjo mtDNA sperme v moškem reproduktivnem traktu, v oplojenem jajčecu in v vsaj malo organizmov, nezmožnost, da mtDNA sperme prodre v jajčece. Ne glede na mehanizem je to unipolarno dedovanje – dedovanje mtDNA –, ki se pojavlja pri večini živali, rastlin in gliv.

materino dediščino

Pri spolnem razmnoževanju so mitohondriji običajno podedovani izključno po materi; mitohondrije v semenčici sesalcev običajno uniči jajčece po oploditvi. Poleg tega je večina mitohondrijev prisotnih na dnu repa semenčice, ki se uporablja za poganjanje semenčic; včasih se rep med oploditvijo izgubi. Leta 1999 so poročali, da so mitohondriji očetovske sperme (ki vsebujejo mtDNA) označeni z ubikvitinom za naknadno uničenje v zarodku. Nekatere metode oploditve in vitro, zlasti injiciranje sperme v oocito, lahko ovirajo to.

Dejstvo, da je mitohondrijska DNK podedovana po materi, omogoča genealogom, da izsledijo materino linijo daleč nazaj v čas. (Y-kromosomska DNK je očetovsko podedovana, uporablja se na podoben način za določanje patrilinearne zgodovine.) To se običajno naredi na človeški mitohondrijski DNK s sekvenciranjem hipervariabilne kontrolne regije (HVR1 ali HVR2) in včasih celotne molekule mitohondrijske DNK kot genealoške DNK test. Na primer, HVR1 je dolg približno 440 baznih parov. Teh 440 parov se nato primerja s kontrolnimi regijami drugih posameznikov (bodisi specifičnih posameznikov ali subjektov v bazi podatkov), da se določi materinska linija. Najpogostejša primerjava je s popravljenim referenčnim zaporedjem Cambridgea. Vila idr. objavili študije o matrilinearni podobnosti domačih psov in volkov. Koncept mitohondrijske Eve temelji na isti vrsti analize, ki poskuša odkriti izvor človeštva, slediti izvoru nazaj v čas.

mtDNA je zelo ohranjena in njene razmeroma počasne stopnje mutacij (v primerjavi z drugimi regijami DNK, kot so mikrosateliti) so uporabne za preučevanje evolucijskih odnosov – filogenije organizmov. Biologi lahko identificirajo in nato primerjajo zaporedja mtDNA med vrstami in uporabijo primerjave za izgradnjo evolucijskega drevesa za preučevane vrste. Vendar pa je zaradi počasnih stopenj mutacij, ki jih doživlja, pogosto težko ločiti med seboj tesno sorodne vrste, zato je treba uporabiti druge metode analize.

Mutacije mitohondrijske DNK

Pri posameznikih, ki so podvrženi enosmernemu dedovanju in skoraj nobene rekombinacije, ni mogoče pričakovati, da bodo podvrženi Mullerjevi raglji, kopičenju škodljivih mutacij, dokler se funkcionalnost ne izgubi. Živalske populacije mitohondrijev se izognejo temu kopičenju zaradi razvojnega procesa, znanega kot ozko grlo mtDNA. Ozko grlo uporablja stohastične procese v celici za povečanje variabilnosti mutantne obremenitve od celice do celice, ko se organizem razvija, tako da eno jajce z nekaj mutantne mtDNA ustvari zarodek, v katerem imajo različne celice različne obremenitve mutantov. Nato lahko izberemo celično raven, da odstranimo tiste celice z več mutantne mtDNA, kar povzroči stabilizacijo ali zmanjšanje obremenitve mutantov med generacijami. Osnovni mehanizem ozkega grla je obravnavan z nedavnimi matematičnimi in eksperimentalnimi metastaziranjem in zagotavlja dokaze za kombinacijo naključne razgradnje mtDNA na celične delitve in naključnega pretoka molekul mtDNA v celici.

očetovsko dediščino

Pri školjkah opazimo dvojno enosmerno dedovanje mtDNA. Pri teh vrstah imajo samice samo eno vrsto mtDNA (F), medtem ko imajo samci mtDNA tipa F v svojih somatskih celicah, toda mtDNA tipa M (ki je lahko tudi 30 % divergentna) v celicah zarodne linije. V materinski podedovanih mitohondrijih so poročali tudi o nekaterih žuželkah, kot so sadne mušice, čebele in občasne cikade.

Pred kratkim so pri piščancih Plymouth Rock odkrili moško mitohondrijsko dednost. Dokazi podpirajo redke primere moškega mitohondrijskega dedovanja pri nekaterih sesalcih. Zlasti obstajajo dokumentirani primeri pri miših, kjer so bili moški podedovani mitohondriji pozneje zavrnjeni. Poleg tega so ga našli pri ovcah in kloniranih govedih. Nekoč so našli v telesu moškega.

Medtem ko mnogi od teh primerov vključujejo kloniranje zarodka ali kasnejšo zavrnitev očetovih mitohondrijev, drugi dokumentirajo dedovanje in obstojnost in vivo v laboratoriju.

Darovanje mitohondrijev

Metoda IVF, znana kot mitohondrijsko darovanje ali mitohondrijsko nadomestno zdravljenje (MRT), ima za posledico potomce, ki vsebujejo mtDNA od darovalk in jedrsko DNK matere in očeta. V postopku prenosa vretena se jajčno jedro injicira v citoplazmo jajčeca darovalke, ki ji je jedro odstranjeno, vendar še vedno vsebuje mtDNA darovalca. Sestavljeno jajčece je nato oplojeno s moško spermo. Ta postopek se uporablja, ko želi ženska z genetsko okvarjenimi mitohondriji roditi potomce z zdravimi mitohondriji. Prvi znani otrok, ki se je rodil iz mitohondrijske donacije, je bil deček, rojen jordanskemu paru v Mehiki 6. aprila 2016.

Struktura mitohondrijske DNK

V večini večceličnih organizmov je mtDNA - ali mitogenom - organizirana kot okrogla, krožno zaprta, dvoverižna DNK. Toda v mnogih enoceličnih organizmih (npr. tetrahimeni ali zelene alge Chlamydomonas reinhardtii) in redko v večceličnih organizmih (npr. nekatere vrste čmarcev) najdemo mtDNA kot linearno organizirano DNK. Večina teh linearnih mtDNA ima telomeraze neodvisne telomere (to je konce linearne DNK) z različnimi načini replikacije, zaradi česar so bili zanimivi predmeti preučevanja, saj so številni od teh enoceličnih organizmov z linearno mtDNA znani patogeni.

Za človeško mitohondrijsko DNK (in verjetno za metazoje) je v somatski celici običajno prisotnih 100-10.000 posameznih kopij mtDNA (jajca in sperma so izjema). Pri sesalcih je vsaka dvoverižna krožna molekula mtDNA sestavljena iz 15.000-17.000 baznih parov. Dve verigi mtDNA se razlikujeta po vsebnosti nukleotidov, veriga, bogata z gvanidi, se imenuje težka veriga (ali H-veriga), veriga, bogata s cinozinom, pa se imenuje lahka veriga (ali L-veriga). Težka veriga kodira 28 genov, lahka veriga pa 9 genov, skupaj 37 genov. Od 37 genov je 13 za proteine ​​(polipeptide), 22 za prenos RNA (tRNA) in dva za majhne in velike podenote ribosomske RNA (rRNA). Človeški mitogenom vsebuje prekrivajoče se gene (ATP8 in ATP6, pa tudi ND4L in ND4: glej zemljevid genoma človeških mitohondrijev), kar je v živalskih genomih redko. Vzorec 37-genov najdemo tudi pri večini metazojev, čeprav v nekaterih primerih manjka eden ali več teh genov in je razpon velikosti mtDNA večji. Še večje razlike v vsebnosti in velikosti genov mtDNA obstajajo med glivami in rastlinami, čeprav se zdi, da obstaja osrednja podskupina genov, ki je prisotna pri vseh evkariontih (z izjemo nekaterih, ki sploh nimajo mitohondrijev). Nekatere rastlinske vrste imajo ogromno mtDNA (kar 2.500.000 baznih parov na molekulo mtDNA), a presenetljivo je, da tudi te ogromne mtDNA vsebujejo enako število in vrste genov kot sorodne rastline z veliko manjšo mtDNK.

Mitohondrijski genom kumare (Cucumis Sativus) je sestavljen iz treh kromosomov (dolžine 1556, 84 in 45 kb), ki so popolnoma ali v veliki meri avtonomni glede na njihovo podvajanje.

V mitohondrijskih genomih je bilo najdenih šest glavnih tipov genoma. Te vrste genomov sta razvrstila "Kolesnikov in Gerasimov (2012)" in se razlikujejo na različne načine, kot so krožni in linearni genom, velikost genoma, prisotnost intronov ali podobnih plazmidnih struktur in ali je genski material singularna molekula, zbirka homogenih ali heterogenih molekul.

Dešifriranje živalskega genoma

V živalskih celicah obstaja samo ena vrsta mitohondrijskega genoma. Ta genom vsebuje eno krožno molekulo med 11-28 kbp genskega materiala (tip 1).

Dešifriranje rastlinskega genoma

V rastlinah in glivah najdemo tri različne vrste genoma. Prvi tip je krožni genom, ki ima introne (tip 2) v dolžini od 19 do 1000 kbp. Druga vrsta genoma je krožni genom (približno 20-1000 kbp), ki ima tudi plazmidno strukturo (1kb) (tip 3). Končni tip genoma, ki ga najdemo v rastlinah in glivah, je linearni genom, sestavljen iz homogenih molekul DNK (tip 5).

Dešifriranje protistnega genoma

Protisti vsebujejo široko paleto mitohondrijskih genomov, ki vključujejo pet različnih vrst. Tip 2, tip 3 in tip 5, omenjeni v genomu rastlin in gliv, obstajajo tudi pri nekaterih protozojih, pa tudi v dveh edinstvenih tipih genoma. Prva od teh je heterogena zbirka krožnih molekul DNK (tip 4), končni tip genoma, ki ga najdemo pri protistih, pa je heterogena zbirka linearnih molekul (tip 6). Tipi genoma 4 in 6 se gibljejo od 1 do 200 kb.,

Endosimbiotični prenos genov, proces genov, kodiranih v mitohondrijskem genomu, se prenaša predvsem v genomu celice, kar verjetno pojasnjuje, zakaj imajo kompleksnejši organizmi, kot so ljudje, manjše mitohondrijske genome kot enostavnejši organizmi, kot so protozoji.

Replikacija mitohondrijske DNK

Mitohondrijska DNK se replicira s kompleksom DNA polimeraze gama, ki je sestavljen iz 140 kD katalitične DNK polimeraze, ki jo kodira gen POLG, in dveh 55 kD pomožnih podenot, ki jih kodira gen POLG2. Napravo za replikacijo tvorijo DNA polimeraza, TWINKLE in mitohondrijski SSB proteini. TWINKLE je helikaza, ki odvija kratke dolžine dsDNA v smeri 5" do 3".

Med embriogenezo je replikacija mtDNA strogo regulirana iz oplojene jajčne celice skozi predimplantacijski zarodek. Učinkovito zmanjšanje števila celic v vsaki celici mtDNA igra vlogo pri mitohondrijskem ozkem grlu, ki izkorišča variabilnost od celice do celice za izboljšanje dedovanja škodljivih mutacij. Na stopnji blastocitov je začetek replikacije mtDNA specifičen za celice troftokodera. Nasprotno pa celice v notranji celični masi omejujejo replikacijo mtDNA, dokler ne prejmejo signalov za diferenciacijo v specifične vrste celic.

Transkripcija mitohondrijske DNK

V živalskih mitohondrijih se vsaka veriga DNK neprekinjeno prepisuje in proizvaja policistronsko molekulo RNA. Med večino (vendar ne vsemi) regijami, ki kodirajo beljakovine, so prisotne tRNA (glej zemljevid človeškega mitohondrijskega genoma). Med transkripcijo tRNA prevzame značilno obliko L, ki jo prepoznajo in cepijo specifični encimi. Po obdelavi mitohondrijske RNA se iz primarnega transkripta sprostijo posamezni fragmenti mRNA, rRNA in tRNA. Tako zložene tRNA delujejo kot sekundarna ločila.

Mitohondrijske bolezni

Zamisel, da je mtDNA zaradi svoje bližine še posebej dovzetna za reaktivne kisikove vrste, ki jih ustvarja dihalna veriga, ostaja sporna. mtDNA ne kopiči več oksidativne baze kot jedrska DNK. Poročali so, da se vsaj nekatere vrste oksidativne poškodbe DNK učinkoviteje popravljajo v mitohondrijih kot v jedru. mtDNA je pakirana z beljakovinami, za katere se zdi, da so enako zaščitne kot beljakovine jedrskega kromatina. Poleg tega so mitohondriji razvili edinstven mehanizem, ki ohranja celovitost mtDNA z razgradnjo preveč poškodovanih genomov, čemur sledi replikacija nedotaknjene/popravljene mtDNA. Ta mehanizem je odsoten v jedru in ga aktivira nekaj kopij mtDNA, prisotnih v mitohondrijih. Posledica mutacije v mtDNA je lahko sprememba kodirnih navodil za nekatere beljakovine, kar lahko vpliva na presnovo in/ali kondicijo organizma.

Mutacije mitohondrijske DNK lahko povzročijo številne bolezni, vključno z intoleranco za vadbo in Kearns-Sairejevim sindromom (KSS), zaradi česar oseba izgubi polno funkcijo srca, oči in gibov mišic. Nekateri dokazi kažejo, da lahko pomembno prispevajo k procesu staranja in so povezani s starostno patologijo. Zlasti v kontekstu bolezni se delež mutantnih molekul mtDNA v celici imenuje heteroplazma. Porazdelitve heteroplazme znotraj in med celicami narekujejo začetek in resnost bolezni, nanjo pa vplivajo kompleksni stohastični procesi znotraj celice in med razvojem.

Mutacije v mitohondrijskih tRNA so lahko odgovorne za hude bolezni, kot sta sindroma MELAS in MERRF.

Mutacije v jedrskih genih, ki kodirajo beljakovine, ki jih uporabljajo mitohondriji, lahko prispevajo tudi k mitohondrijski bolezni. Te bolezni ne sledijo vzorcem mitohondrijskega dedovanja, temveč sledijo mendelskim vzorcem dedovanja.

Nedavno so bile mutacije v mtDNA uporabljene za pomoč pri diagnosticiranju raka prostate pri bolnikih, negativnih na biopsijo.

Mehanizem staranja

Čeprav je ideja sporna, nekateri dokazi kažejo na povezavo med staranjem in disfunkcijo mitohondrijskega genoma. V bistvu mutacije v mtDNA porušijo skrbno ravnovesje proizvodnje reaktivnega kisika (ROS) in encimske proizvodnje ROS (z encimi, kot so superoksid dismutaza, katalaza, glutation peroksidaza in drugi). Vendar pa nekatere mutacije, ki povečajo proizvodnjo ROS (na primer z zmanjšanjem antioksidativne obrambe) pri črvih, povečajo in ne zmanjšajo njihovo dolgo življenjsko dobo. Poleg tega gole podgane, glodalci velikosti miške, živijo približno osemkrat dlje od miši, kljub zmanjšani v primerjavi z mišmi antioksidativni obrambi in povečani oksidativni poškodbi biomolekul.

Na neki točki je veljalo, da pri delu obstaja pozitivna povratna zanka (»Vicious Cycle«); ker mitohondrijska DNK kopiči genetske poškodbe, ki jih povzročajo prosti radikali, mitohondriji izgubijo funkcijo in sproščajo proste radikale v citosol. Zmanjšana mitohondrijska funkcija zmanjša splošno učinkovitost presnove. Vendar je bil ta koncept dokončno ovržen, ko se je pokazalo, da se miši, ki so bile gensko spremenjene za kopičenje mutacij mtDNA s povečano hitrostjo, prezgodaj starajo, vendar njihova tkiva ne proizvajajo več ROS, kot je napovedala hipoteza začaranega cikla. V podporo povezavi med dolgoživostjo in mitohondrijsko DNK so nekatere študije odkrile korelacije med biokemičnimi lastnostmi mitohondrijske DNK in dolgoživostjo vrste. Za nadaljnje raziskovanje te povezave in metod proti staranju se izvajajo obsežne raziskave. Trenutno so genska terapija in prehranski dodatki priljubljena področja trenutnih raziskav. Bjelaković idr. analizirali rezultate 78 študij med letoma 1977 in 2012, ki so vključevale skupno 296.707 udeležencev, so ugotovili, da antioksidanti ne zmanjšajo smrtnosti zaradi vseh vzrokov ali podaljšujejo pričakovane življenjske dobe, medtem ko nekateri od njih, kot so beta-karoten, vitamin E in višji odmerki vitamin A, lahko dejansko poveča umrljivost.

Mejne točke za izbris pogosto najdemo znotraj ali blizu regij, ki kažejo nekanonične (ne-B) konformacije, in sicer lasnice, križnice in deteljice podobne značilnosti. Poleg tega obstajajo dokazi, ki podpirajo vpletenost spiralnih ukrivljenih regij in dolgih G-tetrad pri odkrivanju dogodkov nestabilnosti. Poleg tega so bile točke z večjo gostoto dosledno opažene v regijah z nagibom GC in v neposredni bližini degeneriranega fragmenta zaporedja YMMYMNNMMHM.

Kako se mitohondrijska DNK razlikuje od jedrske?

Za razliko od jedrske DNK, ki je podedovana od obeh staršev in v kateri se geni preuredijo z rekombinacijo, običajno ni sprememb v mtDNK od staršev do potomcev. Medtem ko se mtDNA tudi rekombinira, to počne s svojimi kopijami znotraj istega mitohondrija. Zaradi tega je stopnja mutacij živalske mtDNA višja kot pri jedrski DNK. mtDNA je močno orodje za sledenje prednikov prek samic (matrilineage) in je bila v tej vlogi uporabljena za sledenje prednikov številnih vrst pred več sto generacijami.

Zaradi hitre stopnje mutacij (pri živalih) je mtDNA uporabna za ocenjevanje genetskih razmerij posameznikov ali skupin znotraj vrste ter za identifikacijo in količinsko opredelitev filogenije (evolucijskih razmerij) med različnimi vrstami. Za to biologi določijo in nato primerjajo zaporedje mtDNA različnih posameznikov ali vrst. Primerjalni podatki se uporabljajo za izgradnjo mreže medsebojnih razmerij, ki zagotavljajo oceno razmerij med posamezniki ali vrstami, iz katerih je bila vzeta mtDNA. mtDNA se lahko uporablja za ocenjevanje odnosov med tesno sorodnimi in oddaljenimi vrstami. Zaradi visoke frekvence mutacij mtDNA pri živalih se kodoni položaja 3 razmeroma hitro spreminjajo in tako zagotavljajo informacije o genetskih razdaljah med tesno sorodnimi posamezniki ali vrstami. Po drugi strani je hitrost substitucije mt proteinov zelo počasna, zato se spremembe aminokislin kopičijo počasi (s pripadajočimi počasnimi spremembami v legah kodona 1 in 2) in tako zagotavljajo informacije o genetskih razdaljah daljnih sorodnikov. Statistični modeli, ki upoštevajo pogostost zamenjave med položaji kodonov ločeno, se lahko zato uporabijo za istočasno oceno filogenije, ki vsebuje tako tesno sorodne kot oddaljene vrste.

Zgodovina odkritja mtDNA

Mitohondrijsko DNK sta v šestdesetih letih prejšnjega stoletja odkrila Margit M. K. Nas in Sylvan Nas z uporabo elektronske mikroskopije kot verige, občutljive na DNazo v mitohondrijih, ter Ellen Hasbrunner, Hans Tuppi in Gottfried Schatz iz biokemičnih analiz na visoko prečiščenih frakcijah mitohondrijev.

Mitohondrijska DNK je bila prvič priznana leta 1996 med sodbo Tennessee proti Paulu Wareju. Leta 1998 je bila v zadevi Commonwealth of Pennsylvania proti Patricii Lynn Rorrer mitohondrijska DNK prvič sprejeta v dokaze v zvezni državi Pennsylvania. Primer je bil predstavljen v 55. epizodi 5. sezone resnične serije dramatičnih forenzičnih sodnih primerov (5. sezona).

Mitohondrijska DNK je bila prvič prepoznana v Kaliforniji med uspešnim pregonom Davida Westerfielda za ugrabitev in umor 7-letne Danielle van Dam leta 2002 v San Diegu: uporabljena je bila za identifikacijo ljudi in psov. To je bilo prvo preskušanje v ZDA za razrešitev pasje DNK.

baze podatkov mtDNA

Za zbiranje zaporedij mitohondrijskega genoma in drugih informacij je bilo ustvarjenih več specializiranih baz podatkov. Čeprav se večina osredotoča na podatke o zaporedju, nekateri vključujejo filogenetske ali funkcionalne informacije.

• MitoSatPlant: Mitochondrial Viridiplant Microsatellite Database.

• MitoBreak: zbirka podatkov kontrolnih točk mitohondrijske DNK.

• MitoFish in MitoAnnotator: zbirka podatkov mitohondrijskega genoma rib. Glej tudi Cawthorn et al.

• MitoZoa 2.0: zbirka podatkov za primerjalno in evolucijsko analizo mitohondrijskega genoma (ni več na voljo)

• InterMitoBase: označena baza podatkov in platforma za analizo interakcij med beljakovinami in beljakovinami za človeške mitohondrije (nazadnje posodobljeno leta 2010, vendar še vedno ni na voljo)

• Mitome: podatkovna baza za primerjalno mitohondrijsko genomiko pri metazoanih (ni več na voljo)

• MitoRes: vir za jedrsko kodirane mitohondrijske gene in njihove produkte v metazoa (ni več posodobljen)

Obstaja več specializiranih baz podatkov, ki poročajo o polimorfizmih in mutacijah v človeški mitohondrijski DNK skupaj z oceno njihove patogenosti.

• MITOMAP: zbirka polimorfizmov in mutacij v človeški mitohondrijski DNK.

• MitImpact: Zbirka napovedi napovedi patogenosti za vse nukleotidne spremembe, ki povzročajo nesinonimne substitucije v genih, ki kodirajo človeške mitohondrijske beljakovine.

Pomemben del bralcev mojih blogov ima seveda do neke mere predstavo o naravi in ​​naravi dedovanja mitohondrijske DNK. Zaradi razpoložljivosti komercialnega testiranja je veliko mojih (spremljajočih) bralcev identificiralo mitohondrijske haplotipe v posameznih regijah mitohondrija (CR, HVS1, HVS2), nekateri pa imajo celo celotno mitohondrijsko zaporedje (vseh 16571 položajev). Na ta način so mnogi lahko osvetlili svojo "globoko genealogijo", ki sega nazaj na skupno točko združitve vseh trenutno obstoječih ženskih genetskih linij. Romantični popgenetiki so to točko poimenovali "mitohondrijska Eva", čeprav je ta točka le matematična abstrakcija in je zato vsako ime povsem konvencionalno.

Majhen izlet za začetnike.
Mitohondrijska DNK (mtDNA) se prenaša z matere na otroka. Ker lahko samo samice prenesejo mtDNK na svoje potomce, testiranje mtDNA zagotavlja informacije o materi, njeni materi in tako naprej po neposredni materini liniji. Tako moški kot ženske prejemajo mtDNA od svojih mater, tako da lahko tako moški kot ženske sodelujejo pri testiranju mtDNA. Čeprav se mutacije pojavljajo v mtDNA, je njihova pogostost razmeroma nizka. Skozi tisočletja so se te mutacije kopičile, zato se ženska linija v eni družini genetsko razlikuje od druge. Ko se je človeštvo naselilo na planetu, so se mutacije še naprej naključno pojavljale v zelo ločenih populacijah nekoč ene človeške rase. Zaradi tega se lahko mtDNA uporabi za določitev geografskega izvora določene družinske skupine. Rezultati testiranja mtDNA se primerjajo s tako imenovanim "Cambridge Standard Sequence" (CRS), prvim zaporedjem mtDNA, ustanovljenim leta 1981 v Cambridgeu. Posledično znanstveniki določijo haplotip preučevane osebe. Haplotip je vaša individualna genetska značilnost. Ko pogledate mtDNA, je to vaš niz odstopanj od "Cambridge Standard Sequence". Po primerjavi vašega zaporedja z zaporedji iz baze podatkov je vaša haploskupina določena. Haploskupina je genetska značilnost določene skupnosti ljudi, ki so imeli eno skupno "pra" babico, novejšo od "mitohondrijske Eve". Njihovi starodavni predniki so se med selitvami pogosto gibali v isti skupini. Haploskupina kaže, kateri genealoški veji človeštva pripadate. Označeni so s črkami abecede, od A do Ž, plus številne podskupine. Na primer, evropske haploskupine - H, J, K, T, U, V, X. Bližnjevzhodne - N in M. Azijske - A, B, C, D, F, G, M, Y, Z. Afriške - L1 , L2, L3 in M1. Polinezijci - B. Ameriški Indijanci - A, B, C, D in redko X. V zadnjem času so evropskim haploskupinam dodali N1, U4, U5 in W.

Naj se osredotočimo na evropske mitogaploskupine - H, J, K, T, U, V, X, N1, U4, U5 in W. Večina se jih po vrsti razpade na otroške podklase (hčerinske veje, na primer, otroški podklad haploskupine U5 je subklad U5b1 (»Ursula«), katerega distribucijski vrh doseže v baltskih državah in na Finskem. Omeniti velja, da matriarhe ženskih rodov pogosto preprosto imenujemo ženska imena. Osnovo te tradicije je postavil avtor knjige "Sedem hčera Eve" Brian Sykes, ki si je izmislil imena za domnevne prednice večine prebivalstva. Evrope - Ursula (haploskupina U), Xenia (X), Elena (H), Velda (V), Tara (T), Catherine (K) in Jasmine (J). Izsledite in preslikate lahko glavne ceste, po katerih so oni in ostale naše praprababice romale v času in prostoru, in izračunate predvideni čas za vsak razcep - pojav nove mutacije, od prvih "Evinih hčera". " do najnovejših - haploskupini I in V, ki sta stari "le" okoli 15.000 let.

Pogosto se sprašujem, kakšna je razlika med jedrsko DNK in mtDNK? Po sodobnih znanstvenih konceptih so bili mitohondriji pred milijardami let samostojne bakterije, ki so se naselile v celicah primitivnih evkariontskih (ki imajo celično jedro z linearnimi kromosomi) organizmov in "prevzele" funkcijo proizvodnje toplote in energije v gostiteljskih celicah. Med skupnim življenjem sta za vsako ceno izgubila nekaj genov kot nepotrebnih v življenju, nekaj jih je preneslo na jedrske kromosome, zdaj pa dvojni obroč človeške mtDNK sestavlja le 16.569 baznih parov. Večino mitohondrijskega genoma zaseda 37 genov. Zaradi visoke koncentracije prostih radikalov kisika (stranskih produktov oksidacije glukoze) in šibkosti mehanizma odpravljanja napak med kopiranjem DNK se mutacije v mtDNA pojavljajo red velikosti pogosteje kot v jedrskih kromosomih. Zamenjava, izguba ali dodajanje enega nukleotida se tukaj zgodi približno enkrat na 100 generacij - približno 2500 let. Mutacije v mitohondrijskih genih – motnje v delovanju celičnih energetskih postaj – so zelo pogosto vzrok za dedne bolezni. Edina funkcija mitohondrijev je oksidacija glukoze v ogljikov dioksid in vodo ter sinteza zaradi energije, ki se pri tem procesu sprošča, celičnega goriva – ATP in univerzalnega redukcijskega sredstva (protonskega nosilca) NADH. (NADH je nikotinamid adenin dinukleotid – poskusite ga izgovoriti brez obotavljanja.) Tudi za to preprosto nalogo je potrebnih na desetine encimov, vendar je večina proteinskih genov, potrebnih za delovanje in tekoče popravilo mitohondrijev, že zdavnaj prešla v kromosome gostiteljske celice. V mtDNA so samo geni za transportne RNA, ki oskrbujejo aminokisline ribosomom, ki sintetizirajo beljakovine (označeni z enočrkovnimi latinskimi simboli ustreznih aminokislin), dva gena ribosomske RNA - 12s RNA in 16s RNA (beljakovinski geni mitohondrijskih ribosomov so ki se nahajajo v celičnem jedru) in nekateri (ne vsi) geni proteini glavnih mitohondrijskih encimov - kompleks NADH-dehidrogenaze (ND1-ND6, ND4L), citokrom c-oksidaza (COI-III), citokrom b (CYTb) in dva proteina podenote encima ATP sintetaze (ATPaza8 in 6). Za potrebe molekularne ali DNK genealogije se uporablja nekodirajoča regija - D-zanka, sestavljena iz dveh hipervariabilnih regij, nizke in visoke ločljivosti - HVR1 (HVR1) in HVR2 (HVR2).

Vredno je povedati nekaj besed o pomenu preučevanja mtDNK z vidika medicinske genetike.
Seveda so bile v preteklosti že opravljene študije o povezanosti nekaterih bolezni s posameznimi ženskimi genetskimi linijami. Ena študija je na primer pokazala, da degradacija oksidativne fosforilacije mitokloriona, povezane s SNP, ki opredeljuje haploskupino J (asmin), povzroči povišano telesno temperaturo v fenotipu nosilcev te haploskupine. To je povezano s povečano prisotnostjo te haploskupine na severu Evrope, zlasti na Norveškem. Poleg tega posamezniki z mitohondrijsko haploskupino J po drugi študiji hitreje razvijejo AIDS in hitreje umirajo v primerjavi z drugimi ljudmi, okuženimi s HIV. Študije so pokazale, da so filogenetsko pomembne mitohondrijske mutacije povzročile vzorec genske ekspresije v fenotipu.

Nadalje je sestrska mitohondrijska haploskupina T do J povezana z zmanjšano gibljivostjo semenčic pri moških. Glede na publikacijo Oddelka za biokemijo in molekularno celično biologijo Univerze v Zaragozi haploskupina T predstavlja šibko genetsko nagnjenost k astenozoospermiji. Po nekaterih študijah je prisotnost haploskupine T povezana s povečanim tveganjem za koronarno arterijsko bolezen. Po drugi študiji je pri nosilcih T manj verjetnosti za razvoj sladkorne bolezni. Več pilotnih medicinskih študij je pokazalo, da je haploskupina T povezana z zmanjšanim tveganjem za Parkinsonovo in Alzheimerjevo bolezen.

Vendar že naslednji primer kaže, da so rezultati analize razmerja med ženskimi genetskimi linijami in boleznimi pogosto v nasprotju. Na primer, nosilci najstarejše evropske mitohaploskupine UK niso zelo dovzetni za sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti. Hkrati naj bi bila ena podskupina U5a še posebej dovzetna za sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti.

Prejšnje študije so pokazale pozitivno korelacijo med haploskupino U in tveganjem za razvoj raka prostate in danke. Za haploskupino K (Katrin), ki je izhajala iz Združenega kraljestva prek subklada U8, je kot tudi za njene starševske linije značilno povečano tveganje za možgansko kap in kronično progresivno oftalmoplegijo.

Za moške, ki pripadajo dominantni ženski liniji v Evropi H (Helen - Helena, veja združene skupine H, je značilno najmanjše tveganje za astenozoospermijo (to je bolezen, pri kateri se zmanjša gibljivost semenčic). Za to haploskupino je značilna tudi visoka telesna odpornost in odpornost na napredovanje AIDS-a. Vendar ima H visoko tveganje za razvoj Alzheimerjeve bolezni. V primerjavi s tem je tveganje za razvoj Parkinsonove bolezni pri nosilkah ženske genetske linije H (Helen) veliko večje kot enako tveganje pri predstavniki linije (JT).Poleg tega imajo predstavniki lynn H največjo odpornost na sepso.

Predstavniki mitohondrijskih linij I, J1c, J2, K1a, U4, U5a1 in T imajo zmanjšano (v primerjavi s povprečjem) tveganje za razvoj Parkinsonove bolezni.Samo stoletniki, zato popgenetiki te mitogaploskupine v šali imenujejo stoletnice haploskupine. Vendar ni vse tako dobro. Nekateri predstavniki podkladov haploskupine J in T (zlasti J2) trpijo za redko genetsko pogojeno boleznijo (Leberjeva dedna optična nevropatija), ki je povezana z izražanjem gena, ki je odgovoren za materinsko podedovano slepoto.

Mitohaploskupina N je dejavnik pri razvoju raka dojke. Vendar pa enako velja za druge evropske mitohondrijske skupine (H, T, U, V, W, X), z izjemo K. tipa, kardiomiopatije in raka endometrija. Predstavniki sestavljene makromitaploskupine IWX imajo največjo odpornost proti razvoju aidsa.

Mitohondriji igrajo pomembno vlogo tudi v relativno novi športni genetiki.

Pogosto sem ob branju opisa športnih zdravil in prehranskih dopolnil naletel na omembo, da ena ali druga učinkovina zdravila pospešuje presnovo oziroma transport določenih spojin v mitohondrije. Najprej to velja za L-karnitin, kreatin in BCAA. Ker mitohondriji v celici opravljajo vlogo generatorja energije, se mi ta opažanja zdijo logična in verjetna.

Poglejmo si torej to vprašanje podrobneje.

Po mnenju nekaterih znanstvenikov pomanjkanje energije vodi v zgodnje staranje telesa. Manj energije kot je v celicah, manj truda bo vloženega v obnovo in odstranjevanje toksinov. Kot pravijo, "da ne debel, da bi bil živ." Ampak vedno obstaja izhod:zdrava prehrana in majhne biokemične tankosti lahko ponovno zaženejo celične elektrarne. In prva stvar, na katero svetujejo, da se spomnite, je karnitin.

Od odrasle dobe začnejo mitohondriji, celične elektrarne upočasniti svojo gorečnost, kar vodi do zmanjšanja proizvodnje energije. Celica gre v varčevanje, v katerem o načinu "afterburner" ni vredno niti sanjati. Pomanjkanje energije vodi v disfunkcijo drugih celičnih organelov in spet vpliva na mitohondrije. Začaran krog. To je staranje, oziroma njegova notranja manifestacija.

»Mlad si le toliko, kot so tvoji mitohondriji,« rad pravi nutricionist Robert Crichon. Ker se je dolga leta posvetil študiju biokemije celic, je našel enega od načinov vplivanja na proizvodnjo energije mitohondrijev, torej staranje. Ta metoda je karnitin in njegova aktivna oblika L-karnitin.

Karnitin ni aminokislina, ker ne vsebuje amino skupine (NH2). Je bolj kot koencim ali, če želite, vodotopna vitaminu podobna spojina. Zakaj karnitin pritegne pozornost nutricionistov?

Kot veste, so maščobne kisline glavno gorivo za mišice, zlasti za miokard. Približno 70 % energije nastane v mišicah s kurjenjem maščob. Karnitin prenaša dolgoverižne maščobne kisline skozi mitohondrijsko membrano. Majhno količino karnitina (približno 25%) telo sintetizira iz aminokisline lizina. Preostalih 75 % moramo dobiti s hrano.

Danes pa dobimo premalo karnitina. Pravijo, da so naši predniki dnevno zaužili vsaj 500 mg karnitina. Povprečna oseba v sodobni družbi prejme le 30-50 mg na dan s hrano ...

Pomanjkanje karnitina vodi do zmanjšane proizvodnje energije in degeneracije. Manj energije pomeni slabše fiziološke zaloge. Klasična slika so starejši, katerih telo doživlja »energetsko krizo«. Če bi imelo telo dovolj energije, bi lahko uspešno izvajalo gradnjo in obnovo celičnih membran, ohranjalo celovitost celičnih struktur in varovalo genetske informacije. Od ustrezne proizvodnje energije je odvisen tudi naš imunski sistem.

Robert Crichon meni, da potrebujemo več karnitina, ko telo vene. To je korak k pomlajevanju in energiziranju celic, da lahko bolje delujejo ter se zaščitijo pred prostimi radikali in patogeni. [ Mimogrede, pred letom in pol sem opravil pilotni pregled pri fiziologu za določitev biološke starosti. Glede na tabelo fiziologa so rezultati meritev najbolj natančno ustrezali biološki starosti 28 let. Če ima gospod Robert Crichon prav, potem so moji mitohondriji 7 let mlajši od moje starosti za potni list)). Toda mnogi moji vrstniki že živijo v dolgovih do narave (spet na račun svojih mitohondrijev)].

Meso, ribe, mleko, jajca, sir in drugi živalski proizvodi na splošno vsebujejo dovolj karnitina. Jagnjetina in jagnjetina sta še posebej močna vira. Od rastlinskih virov sta najbolj zaželena avokado in tempeh.

Seveda, preden so se živali pasle na pašnikih in uporabljale travo. To je bilo super, saj so v tem primeru živalski izdelki vsebovali veliko količino karnitina in zdravih omega-3 maščobnih kislin, ki so medsebojno dopolnjevale delovanje. To je telesu naših prednikov omogočilo učinkovito izgorevanje maščob in močno telo. Zdaj se govedo hrani z žitom, v katerem prevladujejo omega-6 maščobne kisline, ki delujejo protivnetno, zmanjšala pa se je tudi raven karnitina. Zato zdaj vsakodnevno uživanje rdečega mesa ni več zdrava alternativa. Ampak ustavimo se tam.

Omeniti velja še eno točko. Naivno bi bilo reči, da lahko karnitin enkrat za vselej reši človeka pred staranjem. Ne, to bi bilo za človeštvo prelahko, čeprav bi marsikdo morda rad verjel.

Karnitin je, tako kot druge koristne snovi, ki aktivirajo presnovo, le eden izmed mnogih pomočnikov. Vendar pa celične ure ne more bistveno ustaviti, čeprav jo verjetno zna upočasniti.

Ugotovljeno je bilo, da se delo ishemičnega miokarda ustavi, ko so celični viri kreatin fosforne kisline izčrpani, čeprav pribl. 90% adenozin trifosfat. To je pokazalo, da je adenozin trifosfat neenakomerno lociran v celici. Ne uporablja se ves adenozin trifosfat, ki se nahaja v mišični celici, ampak le določen del, koncentriran v miofibrilih. Rezultati nadaljnjih poskusov so pokazali, da povezavo med celičnimi zalogami adenozin trifosfata izvajajo izoencimi kreatin fosforjeve kisline in kreatin kinaze. V normalnih pogojih molekula adenozin trifosfata, sintetizirana v mitohondrijih, prenaša energijo na kreatin, ki se pod vplivom izoencima kreatin kinaze pretvori v kreatin fosforno kislino. Kreatin fosforjeva kislina se premika v lokalizacije reakcij kreatin kinaze, kjer drugi izoencimi kreatin kinaze zagotavljajo regeneracijo adenozin trifosfata iz kreatin fosforjeve kisline in adenozin difosfata. Istočasno sproščeni kreatin se premakne v mitohondrije, adenozin trifosfat pa se uporablja za pridobivanje energije, vklj. za mišično napetost. Intenzivnost cirkulacije energije v celici po poti kreatin fosforja je veliko večja od hitrosti prodiranja adenozin trifosfata v citoplazmo. To je razlog za padec koncentracije kreatin fosforjeve kisline v celici in povzroča depresijo mišične napetosti, tudi če ni prizadeta glavna celična zaloga adenozin trifosfata.

Žal ljudje, ki se ukvarjajo s športno genetiko, posvečajo zelo malo pozornosti mitohondrijem. Študij o rezultatih bodybuilderjev, razdeljenih v kontrolne skupine na podlagi pripadnosti mitohondrijskim skupinam (ob predpostavki, da so ostali njihovi "kazalniki" enaki), še nisem videl. Na primer, zasnova eksperimenta bi lahko izgledala takole – izberemo bodibilderje enake starosti, teže, višine, mišične strukture in izkušenj. Ponudimo jim izvedbo sklopa enakih vaj za moč (na primer največje število setov za stiskanje na klopi s težo 95-100 kg.) Rezultate primerjamo in analiziramo na podlagi predhodnih informacij o mitoskupinah športnikov. Po tem damo športnikom kombinirano dieto kreatina, levokarnitina, glutamina in aminokislin. Čez nekaj časa ponovimo test in primerjamo rezultate ter sklepamo o prisotnosti/odsotnosti korelacije z vrsto mtDNA.

Mislim, da bo moje amatersko raziskovanje mitohondrijev sčasoma razsvetlilo človeštvo. Res je, mitohondriji me zanimajo ne le in ne toliko genealogijska in medicinska vprašanja, ampak vprašanja psihogenetike, zlasti vidike interakcije med ljudmi različnih mitohaploskupin. Dovolil sem si, da to področje raziskav imenujem psihosocionika. Ob izkoriščanju redke priložnosti za opazovanje (4 leta) interakcije ljudi različnih mitohaploskupin na vsaj 5 angleško jezikovnih forumih in 2 forumih v ruskem jeziku sem opazil zanimiv trend. Žal tega vzorca nisem imel časa jasno artikulirati v diskurzivnem smislu znanstvenega jezika popgenetike, vse je še vedno na ravni uvodnih pripomb. Morda pa, če mi uspe oblikovati svoje opažanje, se bo v zgodovino populacijske genetike zapisalo kot Zakon Verenich-Zaporozhchenko.

Moja opažanja temeljijo na študiji interakcije med tremi glavnimi evropskimi skupnimi mitohaploskupinami (JT, HV, UK). Na žalost evropske mitohaploskupine I, W, X (kot tudi eksotične in manjše mitoskupine) zaradi nereprezentativnosti vzorca niso sodile v področje mojega raziskovanja. Skratka, ta opažanja se skrčijo na naslednje točke:

1) najbolj gosta in produktivna interakcija je opažena med predstavniki ene konsolidirane haploskupine (na primer med predstavniki različnih podklasov J in T). Morda je to dejstvo mogoče razložiti z evolucijskim mehanizmom, ki na genetski ravni (naj spomnim, da se mitoDNA deduje strogo po materinski liniji) določa navezanost otroka na mater v zgodnji mladosti. Clark-Stewart v svoji Študija tripartitnih odnosov v mnogih družinah je ugotovila, da je vpliv matere na otroka karakteren, medtem ko oče pogosto vpliva na otroka posredno – prek matere (Clarke-Stewart K.A., 1978). Ta vpliv se kasneje interpolira na interakcijo s predstavniki bližnjih mitohaploskupin (psihogenetska osnova tega vpliva še ni znanstveno ugotovljena), zato ni presenetljivo, da ljudje med svojimi sorodniki v haploskupini najdejo najbolj zanesljive somišljenike.

2) predstavniki JT in HV so med seboj antipodi - med njimi je opazna najbolj antagonistična interakcija, ki pogosto vodi v konflikte. Raziskati je treba razloge za antagonizem

3) za predstavnike mitoskupine Združenega kraljestva je praviloma značilen nevtralen odnos do JT in HV. Odnosi z obema skupinama so čisto poslovni, nevtralno prijazni.

Ker so me zanimali razlogi za tako jasno delitev, sem se obrnil na Valerija Zaporozhchenka, največjega specialista za mtDNA na svetu (je avtor enega najučinkovitejših filogenetskih programov MURKA, ima največjo zasebno zbirko mitohaplotipov in popolno genomsko zbirko na svetu). zaporedja in je soavtor več večjih publikacij o mitoDNA).Valery je dal nekoliko nenavaden, a če pomislite, logičen odgovor.Bistvo njegovega odgovora je bilo, da je antagonizem med JT in HV mogoče razložiti z "genetskim spominom". Dejstvo je, da je haploskupina HV prišla v Evropo nekje na prelomu mezolitika in neolitika po severni poti.Vzporedno s to haploskupino je v Evropo vstopila ženska rodu JT, vendar je migracijska pot potekala nekoliko južneje. Najverjetneje je prišlo do konkurence med obema skupinama (JT in HV), saj sta tako JT kot HV zasedli isto nišo (neolitski kmetje). ZaPravzaprav ista zgodovinska introspekcija pojasnjuje nevtralnost mitoskupine Združenega kraljestva glede na HV in JT. Kot je zdaj splošno sprejeto, je Združeno kraljestvo (ki je najstarejša mitološka skupina v Evropi) ob zori neolitske revolucije in pojavu prej omenjenega neolitikanekatere skupine, je bil zastopan predvsem med evropskimi mezolitskimi lovci nabiralci. Ker so zasedli povsem drugo nišo, predstavniki Združenega kraljestva preprosto niso imeli kaj deliti s HV in JT.

Najboljši primer mitokonflikta je 5-letni konflikt med dvema briljantnima uma amaterske genetike in antropologije, Dienekom Pontikosom (čigar mitoskupina je T2) in Davidom "Polako" Veselovskim (čigar mitoskupina je identificirana kot H7). Kaj ni potrditev konfliktnega potenciala interakcije med mitoskupinami JT in HV. To je kot dobro znan poskus z 1 g železovega prahu ali prahu in 2 g suhega kalijevega nitrata, predhodno zmletega v možnarju. Takoj, ko jih postavimo drug ob drugega, se začne burna reakcija s sproščanjem isker, rjavkastim dimom in močnim segrevanjem. Hkrati videz mešanice spominja na vročo lavo. Ko kalijev nitrat reagira z železom, nastaneta kalijev ferat in plinasti dušikov monoksid, ki pri oksidaciji na zraku daje rjav plin - dušikov dioksid. Če trdni ostanek po koncu reakcije damo v kozarec hladne kuhane vode, dobimo rdeče-vijolično raztopino kalijevega ferata, ki se v nekaj minutah razgradi.))

Kakšne so praktične posledice teh opažanj? Trenutno se hitro razvija ena od vej tako imenovane konfliktologije, ki je povezana z oceno združljivosti posameznikov v skupini. Seveda je ta veja najbolj praktičen izraz pri reševanju praktičnih problemov (na primer kasting ali izbira osebja). Seveda se zaposleni ocenjujejo predvsem glede na njihovo strokovno znanje, spretnosti, sposobnosti in delovne izkušnje. A pomemben dejavnik je ocena kompatibilnosti rekrutov z že uveljavljeno ekipo in vodstvom. A priori ocena tega dejavnika je težka, zdaj pa se ta ocena izvaja predvsem s pomočjo psiholoških testov, za razvoj in testiranje katerih velike korporacije in institucije (na primer NASA pri izbiri ekipe astronavtov) porabijo veliko denarja. denarja. Vendar pa je zdaj, na pragu razvoja psihogenetike, te teste mogoče nadomestiti z analizo genetsko določene združljivosti.

Recimo, da imamo skupino zaposlenih, ki izpolnjujejo formalne pogoje za zaposlitev in imajo ustrezne kompetence. Obstaja kolektiv, v katerem so recimo vse tri makroskupine JT, HVin UK. Če bi bil vodja, bi se novinci, ki so jih zaposlili, poslali v eno ali drugo skupino ljudi glede na zastavljene naloge:

1) Če izvajanje določene naloge zahteva prisotnost tesne skupine podobno mislečih ljudi, je najboljša možnost ustvariti skupino ljudi, ki pripadajo isti makrohaploskupini
2) Če si skupina prizadeva iskati nove rešitve in pri svojem delu uporablja metode brainstorminga, je treba te rekrute postaviti v antagonistično okolje (JT proti HV in obratno)

3) Če načela dela skupine temeljijo izključno na poslovnih/formalnih odnosih, bi moralo vodstvo poskrbeti, da je v skupini zadostno število predstavnikov Združenega kraljestva, ki bodo delovali kot blažilnik med nasprotujočimi si JT in HV.

Po želji lahko enaka načela uporabimo kot osnovo za "znanstveno motivirano" izbiro zakonskega partnerja. Vsaj ocena združljivosti partnerjev (oziroma ocena narave kompatibilnosti) bo veliko bolj verjetna kot ocena združljivosti v sodobnih zmenkarskih storitvah, ki temelji na primitivnih psiholoških testih in astrologiji. Mimogrede, edina komercialna storitev za zmenke DNK strogo izkorišča haplotipe kompleksa histokompatibilnosti. Logika je, kot kažejo dela znanstvenikov, ljudje običajno izbirajo partnerje z najbolj nasprotnim HLA haplotipom.

Različne genetske komponente v norveški populaciji, razkrite z analizo polimorfizmov mtDNA in Y kromosomov Haploskupine mitohondrijske DNK vplivajo na napredovanje AIDS-a.

Naravna selekcija je oblikovala regionalne variacije mtDNA pri ljudeh Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (september 2000). "Haploskupine človeške mtDNA, povezane z visoko ali zmanjšano gibljivostjo semenčic". Am. J. Hum. Genet. 67 (3): 682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.

Mitohondriji: 30 Mitohondrijska haploskupina T je povezana z boleznijo koronarnih arterij Nosilci mitohondrijske DNK haplotipa 'T' so manj nagnjeni k sladkorni bolezni « Mathildin antropološki blog

"Drugje so poročali, da lahko članstvo v haploskupini T nudi določeno zaščito pred boleznijo Alexander Belovzheimer (Chagnon et al. 1999; Herrnstadt et al. 2002) in tudi Parkinsonovo boleznijo (Pyle et al. 2005), vendar opozorilne besede Pereire et al. kažejo, da bodo morda potrebne nadaljnje študije, preden pridemo do trdnih zaključkov."

Haploskupine mitohondrijske DNK vplivajo na napredovanje aidsa.

Naravna selekcija je oblikovala regionalne variacije mtDNA pri ljudeh
Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (september 2000). "Haploskupine človeške mtDNA, povezane z visoko ali zmanjšano gibljivostjo semenčic". Am. J. Hum. Genet. 67 (3): 682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.
Mitohondriji: 30 Mitohondrijska haploskupina T je povezana s koronarno arterijsko boleznijo
Nosilci mitohondrijske DNK haplotipa 'T' so manj nagnjeni k sladkorni bolezni « Mathildin antropološki blog
"Drugje so poročali, da lahko članstvo v haploskupini T nudi določeno zaščito pred