casa → Mondo Come influenzare il DNA dei mitocondri. Caratteristiche della struttura del DNA mitocondriale. Cambiamenti nei recettori degli estrogeni

Come influenzare il DNA dei mitocondri. Caratteristiche della struttura del DNA mitocondriale. Cambiamenti nei recettori degli estrogeni

Il DNA mitocondriale situato nella matrice è una molecola circolare chiusa a doppio filamento, che nelle cellule umane ha una dimensione di 16569 coppie di nucleotidi, che è circa 10 5 volte più piccola del DNA localizzato nel nucleo. In totale, il DNA mitocondriale codifica 2 rRNA, 22 tRNA e 13 subunità di enzimi della catena respiratoria, che rappresentano non più della metà delle proteine presenti in esso. In particolare, sette subunità dell'ATP sintetasi, tre subunità del citocromo ossidasi e una subunità dell'ubichinolo-citocromo sono codificate sotto il controllo del genoma mitocondriale. Con-riduttasi. In questo caso, tutte le proteine tranne uno, due ribosomiali e sei tRNA vengono trascritte dalla catena più pesante (esterna) del DNA, mentre altri 14 tRNA e una proteina vengono trascritti dalla catena più leggera (interna).

In questo contesto, il genoma mitocondriale vegetale è molto più grande e può raggiungere le 370.000 coppie di nucleotidi, ovvero circa 20 volte più grande del genoma mitocondriale umano sopra descritto. Anche qui il numero di geni è circa 7 volte maggiore, il che è accompagnato dalla comparsa nei mitocondri delle piante di ulteriori vie di trasporto degli elettroni non associate alla sintesi di ATP.

Il DNA mitocondriale si replica nell'interfase, che è parzialmente sincronizzata con la replicazione del DNA nel nucleo. Durante il ciclo cellulare, i mitocondri si dividono in due per costrizione, la cui formazione inizia da un solco circolare sulla membrana mitocondriale interna. Uno studio dettagliato della sequenza nucleotidica del genoma mitocondriale ha rivelato che le deviazioni dal codice genetico universale sono comuni nei mitocondri degli animali e dei funghi. Pertanto, nei mitocondri umani, il codone TAT, invece dell'isoleucina nel codice standard, codifica l'amminoacido metionina, i codoni TCT e TCC, che solitamente codificano per l'arginina, sono codoni di stop, e il codone AST, che è un codone di stop nel codice standard codice standard, codifica per l'amminoacido metionina. Per quanto riguarda i mitocondri delle piante, sembra che utilizzino un codice genetico universale. Un'altra caratteristica dei mitocondri è la particolarità del riconoscimento dei codoni del tRNA, che consiste nel fatto che una di queste molecole è in grado di riconoscere non uno, ma tre o quattro codoni contemporaneamente. Questa caratteristica riduce l'importanza del terzo nucleotide nel codone e porta al fatto che i mitocondri richiedono una minore varietà di tipi di tRNA. In questo caso risultano sufficienti solo 22 tRNA diversi.

Avendo un proprio apparato genetico, il mitocondrio possiede anche un proprio sistema di sintesi proteica, la cui caratteristica nelle cellule animali e fungine sono i ribosomi molto piccoli, caratterizzati da un coefficiente di sedimentazione di 55S, che è addirittura inferiore a quello dei ribosomi 70 delle cellule procariotiche tipo. Inoltre, anche i due grandi RNA ribosomiali sono di dimensioni più piccole rispetto ai procarioti e il piccolo rRNA è del tutto assente. Nei mitocondri vegetali, al contrario, i ribosomi sono più simili a quelli procariotici per dimensioni e struttura.

Proprietà e funzioni del DNA.

Il DNA, o acido desossiribonucleico, è il materiale ereditario di base presente in tutte le cellule del corpo e media principalmente le funzioni cellulari, la crescita, la riproduzione e la morte. La struttura del DNA, chiamata struttura elicoidale a doppio filamento, fu descritta per la prima volta da Watson e Crick nel 1953.

Da allora in poi furono compiuti enormi progressi nella sintesi, nel sequenziamento e nella manipolazione del DNA. Al giorno d'oggi il DNA può essere virtualizzato o analizzato nei dettagli e persino i geni possono essere inseriti per causare cambiamenti nella funzione e nella struttura del DNA.

Lo scopo principale del materiale ereditario è memorizzare le informazioni ereditarie sulla base delle quali si forma il fenotipo. La maggior parte delle caratteristiche e delle proprietà del corpo sono determinate dalla sintesi di proteine che svolgono varie funzioni. Pertanto, il materiale ereditario deve contenere informazioni sulla struttura di molecole proteiche estremamente diverse, la cui specificità dipende dalla composizione qualitativa e quantitativa di amminoacidi, nonché dall'ordine della loro disposizione nella catena peptidica. Di conseguenza, la composizione aminoacidica delle proteine deve essere codificata in molecole di acido nucleico.
All'inizio degli anni '50, fu suggerito che esistesse un modo per registrare le informazioni genetiche, in cui la codifica dei singoli amminoacidi in una molecola proteica doveva essere effettuata utilizzando determinate combinazioni di quattro diversi nucleotidi nella molecola di DNA. Per crittografare più di 20 amminoacidi, il numero richiesto di combinazioni è fornito solo da un codice tripletta, cioè un codice che include tre nucleotidi adiacenti. In questo caso, il numero di combinazioni di quattro basi azotate in tre è 41 = 64. L'ipotesi sulla natura tripletta del codice genetico ha successivamente ricevuto conferma sperimentale e durante il periodo dal 1961 al 1964 è stato scoperto un codice con l'aiuto di cui l'ordine degli amminoacidi è scritto nelle molecole di acido nucleico peptidico.
Dal tavolo 6 mostra che su 64 triplette, 61 triplette codificano l'uno o l'altro amminoacido e i singoli amminoacidi sono crittografati da più di una tripletta o codone (fenilalanina, leucina, valina, serie, ecc.). Diverse triplette non codificano per aminoacidi e le loro funzioni sono associate alla designazione della regione terminale della molecola proteica.
La lettura delle informazioni registrate in una molecola di acido nucleico viene effettuata in sequenza, codone per codone, in modo che ogni nucleotide faccia parte di una sola tripletta.
Lo studio del codice genetico negli organismi viventi con diversi livelli di organizzazione ha dimostrato l'universalità di questo meccanismo di registrazione delle informazioni nella natura vivente.
Pertanto, la ricerca della metà del 20 ° secolo ha rivelato il meccanismo per registrare le informazioni ereditarie nelle molecole di acido nucleico utilizzando un codice biologico, che è caratterizzato dalle seguenti proprietà: a) triplicità - gli amminoacidi sono crittografati da triplette di nucleotidi - codoni; b) specificità: ciascuna tripletta codifica solo un amminoacido specifico; c) universalità - in tutti gli organismi viventi la codifica degli stessi amminoacidi è effettuata dagli stessi codoni; d) degenerazione: molti amminoacidi sono crittografati da più di una tripletta; e) non sovrapposto: le informazioni vengono lette in sequenza tripla per tripletta: AAGCTTCAGCCAT.

Oltre a registrare e archiviare informazioni biologiche, la funzione del materiale ereditario è la sua riproduzione e trasmissione a una nuova generazione nel processo di riproduzione di cellule e organismi. Questa funzione del materiale ereditario è svolta dalle molecole di DNA nel processo della sua duplicazione, cioè riproduzione assolutamente accurata della struttura, grazie all'attuazione del principio di complementarità (vedi 2.1).
Infine, la terza funzione del materiale ereditario rappresentato dalle molecole di DNA è quella di fornire processi specifici durante l'implementazione delle informazioni in esso contenute. Questa funzione viene svolta con la partecipazione vari tipi RNA, che garantisce il processo di traduzione, cioè l'assemblaggio di una molecola proteica, che avviene nel citoplasma sulla base delle informazioni ricevute dal nucleo (vedi 2.4). Durante l'implementazione delle informazioni ereditarie immagazzinate sotto forma di molecole di DNA nei cromosomi del nucleo, si distinguono diverse fasi.
1. Lettura delle informazioni da una molecola di DNA durante la sintesi dell'mRNA - trascrizione, che viene effettuata su uno dei filamenti della doppia elica della catena codogenica del DNA secondo il principio di complementarità (vedi 2.4).
2. Preparazione del prodotto di trascrizione per il rilascio nel citoplasma - maturazione dell'mRNA.
3. Assemblaggio di una catena peptidica di amminoacidi sui ribosomi sulla base delle informazioni registrate nella molecola di mRNA, con la partecipazione dei tRNA di trasporto - traduzione (vedi 2.4).
4. Formazione di strutture proteiche secondarie, terziarie e quaternarie, che corrisponde alla formazione di una proteina funzionante (segno semplice).
5. Formazione di un tratto complesso come risultato della partecipazione di diversi prodotti genetici (proteine enzimatiche o altre proteine) nei processi biochimici.

La struttura a doppia elica del DNA, tenuta insieme solo da legami idrogeno, può essere facilmente distrutta. La rottura dei legami idrogeno tra le catene polinucleotidiche del DNA può essere effettuata in soluzioni altamente alcaline (a pH > 12,5) o mediante riscaldamento. Successivamente, i filamenti di DNA sono completamente separati. Questo processo è chiamato denaturazione o fusione del DNA.

La denaturazione modifica alcune delle proprietà fisiche del DNA, come la sua densità ottica. Le basi azotate assorbono la luce nella regione dell'ultravioletto (con un massimo vicino a 260 nm). Il DNA assorbe la luce quasi il 40% in meno rispetto a una miscela di nucleotidi liberi della stessa composizione. Questo fenomeno è chiamato effetto ipocromico ed è causato dall'interazione delle basi quando si trovano in una doppia elica.

Qualsiasi deviazione dallo stato a doppio filamento influisce sulla variazione dell'entità di questo effetto, ad es. la densità ottica si sposta verso il valore caratteristico delle basi libere. Pertanto, la denaturazione del DNA può essere osservata dai cambiamenti nella sua densità ottica.

Quando il DNA viene riscaldato temperatura media l'intervallo in cui i filamenti di DNA si separano è chiamato punto di fusione ed è indicato come T per favore. Nella soluzione T per favore solitamente è compreso tra 85 e 95 °C. La curva di fusione del DNA ha sempre la stessa forma, ma la sua posizione sulla scala della temperatura dipende dalla composizione della base e dalle condizioni di denaturazione (Fig. 1). Coppie G-C, collegati da tre legami idrogeno, sono più refrattari di coppie A-T, avendo due legami idrogeno, quindi, all'aumentare del contenuto di G-C-nap, il valore T per favore aumenta. Il DNA, costituito al 40% da G-C (caratteristico del genoma dei mammiferi), si denatura a T per favore circa 87 °C, mentre il DNA contenente il 60% di G-C ha T per favore
circa 95°C.

La temperatura di denaturazione del DNA (ad eccezione della composizione delle basi) è influenzata dalla forza ionica della soluzione. Inoltre, maggiore è la concentrazione di cationi monovalenti, maggiore è la T per favore. Valore T per favore cambia notevolmente anche quando alla soluzione di DNA vengono aggiunte sostanze come la formammide (ammide dell'acido formico HCONH2), che
destabilizza i legami idrogeno. La sua presenza permette di ridurre T per favore, fino a 40 °C.

Il processo di denaturazione è reversibile. Il fenomeno del ripristino della struttura a doppia elica basato su due separazioni di filamenti complementari è chiamato rinaturazione del DNA. Per effettuare la rinaturazione, di norma, è sufficiente diluire una soluzione di DNA denaturato.

La rinaturazione coinvolge due sequenze complementari che sono state separate durante la denaturazione. Tuttavia, qualsiasi sequenza complementare in grado di formare una struttura a doppio filamento può essere rigenerata. Se insieme. ricottura del DNA a filamento singolo proveniente da diverse fonti, la formazione di una struttura di DNA a doppio filamento è chiamata ibridazione.

Informazioni correlate.

Sorprese del genoma mitocondriale

G.M. Dymshits

Grigory Moiseevich Dymshits, Dottore in Scienze Biologiche, Professore del Dipartimento di Biologia Molecolare, Università Statale di Novosibirsk, Direttore del Laboratorio di Struttura del Genoma dell'Istituto di Citologia e Genetica, Sezione Siberiana dell'Accademia Russa delle Scienze. Coautore ed editore di quattro libri di testo scolastici di biologia generale.

È passato un quarto di secolo dalla scoperta delle molecole di DNA nei mitocondri prima che non solo biologi molecolari e citologi, ma anche genetisti, evoluzionisti, paleontologi e criminologi, storici e linguisti si interessassero a loro. Un interesse così diffuso è stato suscitato dal lavoro di A. Wilson dell'Università della California. Nel 1987 pubblicò i risultati di un'analisi comparativa del DNA mitocondriale prelevato da 147 rappresentanti di diversi gruppi etnici di tutte le razze umane che abitano i cinque continenti. Sulla base del tipo, della posizione e del numero delle singole mutazioni, è stato stabilito che tutto il DNA mitocondriale deriva da una sequenza nucleotidica ancestrale attraverso divergenza. Nella stampa pseudoscientifica, questa conclusione è stata interpretata in modo estremamente semplificato: tutta l'umanità discende da una donna, chiamata Eva mitocondriale (sia le figlie che i figli ricevono i mitocondri solo dalla madre), che visse nell'Africa nordorientale circa 200 anni fa. mille anni fa. Altri 10 anni dopo, è stato possibile decifrare un frammento di DNA mitocondriale isolato dai resti di un uomo di Neanderthal e stimare l'esistenza dell'ultimo antenato comune dell'uomo e dei Neanderthal a 500mila anni fa.

Oggi la genetica mitocondriale umana si sta sviluppando intensamente sia negli aspetti demografici che medici. È stata stabilita una connessione tra una serie di gravi malattie ereditarie e difetti nel DNA mitocondriale. I cambiamenti genetici associati all’invecchiamento sono più pronunciati nei mitocondri. Qual è il genoma mitocondriale che differisce nell'uomo e negli altri animali da quello di piante, funghi e protozoi per dimensioni, forma e capacità genetica? Come funziona il genoma mitocondriale e come si è formato nei diversi taxa? Questo sarà discusso nel nostro articolo.

I mitocondri sono chiamati le stazioni energetiche della cellula. Oltre alla membrana esterna liscia, hanno una membrana interna che forma numerose pieghe: le creste. Contengono componenti proteici incorporati della catena respiratoria - enzimi coinvolti nella conversione dell'energia legami chimici nutrienti ossidati in energia dalle molecole di acido adenosina trifosforico (ATP). Con questa “moneta convertibile” la cellula paga tutto il suo fabbisogno energetico. Nelle cellule delle piante verdi, oltre ai mitocondri, ci sono anche altre centrali energetiche: i cloroplasti. Funzionano su “batterie solari”, ma formano anche ATP da ADP e fosfato. Come i mitocondri, anche i cloroplasti - organelli che si riproducono autonomamente - hanno due membrane e contengono DNA.

Oltre al DNA, la matrice mitocondriale contiene anche i propri ribosomi, che differiscono per molte caratteristiche dai ribosomi eucariotici situati sulle membrane del reticolo endoplasmatico. Tuttavia, non più del 5% di tutte le proteine incluse nella loro composizione si formano sui ribosomi dei mitocondri. La maggior parte delle proteine che costituiscono i componenti strutturali e funzionali dei mitocondri sono codificate dal genoma nucleare, sintetizzate sui ribosomi del reticolo endoplasmatico e trasportate attraverso i suoi canali al sito di assemblaggio. Pertanto, i mitocondri sono il risultato degli sforzi combinati di due genomi e di due apparati di trascrizione e traduzione. Alcune subunità enzimatiche della catena respiratoria mitocondriale sono costituite da diversi polipeptidi, alcuni dei quali sono codificati dal genoma nucleare e altri dal genoma mitocondriale. Ad esempio, l'enzima chiave della fosforilazione ossidativa, la citocromo c ossidasi nel lievito, è costituito da tre subunità codificate e sintetizzate nei mitocondri e da quattro subunità codificate nel nucleo cellulare e sintetizzate nel citoplasma. L'espressione della maggior parte dei geni mitocondriali è controllata da specifici geni nucleari.

Dimensioni e forme dei genomi mitocondriali

Ad oggi sono stati letti più di 100 diversi genomi mitocondriali. L'insieme e il numero dei loro geni nel DNA mitocondriale, per il quale la sequenza nucleotidica è completamente determinata, varia notevolmente tra le diverse specie di animali, piante, funghi e protozoi. Il maggior numero di geni è stato trovato nel genoma mitocondriale dei protozoi flagellati Rectinomonas americana- 97 geni, inclusi tutti i geni codificanti proteine presenti nel mtDNA di altri organismi. Nella maggior parte degli animali superiori, il genoma mitocondriale contiene 37 geni: 13 per le proteine della catena respiratoria, 22 per il tRNA e due per l'rRNA (per la grande subunità ribosomiale 16S rRNA e per il piccolo 12S rRNA). Nelle piante e nei protozoi, a differenza degli animali e della maggior parte dei funghi, il genoma mitocondriale codifica anche alcune proteine che costituiscono i ribosomi di questi organelli. Gli enzimi chiave della sintesi del polinucleotide modello, come la DNA polimerasi (che replica il DNA mitocondriale) e l'RNA polimerasi (che trascrive il genoma mitocondriale), sono crittografati nel nucleo e sintetizzati sui ribosomi nel citoplasma. Questo fatto indica la relatività dell'autonomia mitocondriale nella complessa gerarchia della cellula eucariotica.

I genomi mitocondriali di specie diverse differiscono non solo nell'insieme dei geni, nell'ordine della loro posizione ed espressione, ma anche nella dimensione e nella forma del DNA. La stragrande maggioranza dei genomi mitocondriali descritti oggi sono molecole di DNA circolari a doppio filamento superavvolte. In alcune piante, oltre alle forme circolari, esistono anche quelle lineari, e in alcuni protozoi, come i ciliati, nei mitocondri si trova solo DNA lineare.

Tipicamente, ogni mitocondrio contiene diverse copie del suo genoma. Pertanto, nelle cellule del fegato umano ci sono circa 2mila mitocondri e ciascuno di essi contiene 10 genomi identici. Nei fibroblasti di topo ci sono 500 mitocondri contenenti due genomi e nelle cellule di lievito S.cerevisiae- fino a 22 mitocondri, ciascuno con quattro genomi.

Il genoma mitocondriale delle piante è tipicamente costituito da diverse molecole di dimensioni variabili. Uno di essi, il “cromosoma principale”, contiene la maggior parte dei geni, e forme circolari più piccole, che sono in equilibrio dinamico sia tra loro che con il cromosoma principale, si formano come risultato della ricombinazione intra e intermolecolare dovuta alla presenza di sequenze ripetute (Fig. 1).

Fig. 1. Schema della formazione di molecole circolari di DNA di diverse dimensioni nei mitocondri vegetali.
La ricombinazione avviene lungo regioni ripetute (indicate in blu).

Figura 2. Schema della formazione di oligomeri del mtDNA lineari (A), circolari (B), a catena (C).
ori è la regione in cui inizia la replicazione del DNA.

La dimensione del genoma mitocondriale di diversi organismi varia da meno di 6mila paia di basi nel falciparum plasmodium (oltre a due geni rRNA, contiene solo tre geni codificanti proteine) a centinaia di migliaia di paia di basi nelle piante terrestri (per esempio, Arabidopsis thaliana dalla famiglia delle crocifere 366924 coppie di nucleotidi). Allo stesso tempo, differenze di 7-8 volte nelle dimensioni del mtDNA piante superiori presenti anche all'interno della stessa famiglia. La lunghezza del mtDNA dei vertebrati differisce leggermente: nell'uomo - 16569 coppie di nucleotidi, nei maiali - 16350, nei delfini - 16330, nelle rane artigliate Xenopus laevis- 17533, nella carpa - 16400. Questi genomi sono simili anche nella localizzazione dei geni, la maggior parte dei quali si trovano end-to-end; in alcuni casi addirittura si sovrappongono, di solito di un nucleotide, in modo che l'ultimo nucleotide di un gene sia il primo di quello successivo. A differenza dei vertebrati, nelle piante, nei funghi e nei protozoi il mtDNA contiene fino all'80% di sequenze non codificanti. L'ordine dei geni nei genomi mitocondriali differisce tra le specie.

L'elevata concentrazione di specie reattive dell'ossigeno nei mitocondri e un debole sistema di riparazione aumentano la frequenza delle mutazioni del mtDNA di un ordine di grandezza rispetto al DNA nucleare. I radicali dell'ossigeno causano sostituzioni specifiche C®T (deaminazione della citosina) e G®T (danno ossidativo alla guanina), a seguito delle quali il mtDNA è probabilmente ricco di coppie AT. Inoltre, tutti i mtDNA hanno proprietà interessante- non sono metilati, a differenza del DNA nucleare e procariotico. È noto che la metilazione (modificazione chimica temporanea della sequenza nucleotidica senza interrompere la funzione di codifica del DNA) è uno dei meccanismi di inattivazione genetica programmata.

Replicazione e trascrizione del DNA mitocondriale dei mammiferi

Nella maggior parte degli animali, le catene complementari del mtDNA variano significativamente nella densità specifica, poiché contengono quantità disuguali di nucleotidi purinici “pesanti” e pirimidinici “leggeri”. Quindi sono chiamati catene H (pesante - pesante) e L (leggero - leggero). All'inizio della replicazione della molecola del mtDNA si forma il cosiddetto D-loop (dall'inglese displacement loop - displacement loop). Questa struttura, visibile al microscopio elettronico, è costituita da una regione a doppio filamento e una a filamento singolo (parte estesa della catena H). La regione a doppio filamento è formata da parte della catena L e da un frammento di DNA ad essa complementare neo-sintetizzato, lungo 450-650 nucleotidi (a seconda del tipo di organismo), avente un primer ribonucleotidico all'estremità 5", che corrisponde al punto di partenza della sintesi della catena H (ori H). Sintesi La catena L inizia solo quando la catena H figlia raggiunge il punto ori L. Ciò è dovuto al fatto che la regione di inizio della replicazione della catena L- La catena è accessibile agli enzimi di sintesi del DNA solo nello stato a filamento singolo e quindi solo in una doppia elica non attorcigliata durante la sintesi H. Catene Pertanto, i filamenti figli del mtDNA vengono sintetizzati in modo continuo e asincrono (Fig. 3).

Figura 3. Schema di replicazione del mtDNA dei mammiferi.
Innanzitutto si forma il D-loop, poi viene sintetizzato il filamento H figlia,
quindi inizia la sintesi della catena L figlia.

Nei mitocondri, il numero totale di molecole con un D-loop supera significativamente il numero di molecole che si replicano completamente. Ciò è dovuto al fatto che il D-loop ha funzioni aggiuntive- attacco del mtDNA alla membrana interna e inizio della trascrizione, poiché in questa regione sono localizzati i promotori della trascrizione di entrambi i filamenti di DNA.

A differenza della maggior parte dei geni eucariotici, che vengono trascritti indipendentemente l'uno dall'altro, ciascuno dei filamenti del mtDNA dei mammiferi viene trascritto per formare una singola molecola di RNA, a partire dalla regione ori H. Oltre a queste due lunghe molecole di RNA, complementari ai geni H- e Catene L, si formano inoltre brevi tratti della catena H che iniziano nello stesso punto e terminano all'estremità da 3" del gene 16S rRNA (Fig. 4). Esistono 10 volte più trascritti brevi di quelli lunghi. Come risultato della maturazione (elaborazione), da essi si formano 12S rRNA e 16S rRNA, coinvolto nella formazione dei ribosomi mitocondriali, nonché fenilalanina e valina tRNA. I restanti tRNA vengono eliminati dalle lunghe trascrizioni e si formano mRNA tradotti, per alle cui estremità da 3" sono attaccate sequenze poliadeniliche. Le estremità da 5 pollici di questi mRNA non sono ricoperte, il che è insolito per gli eucarioti. Lo splicing non avviene perché nessuno dei geni mitocondriali dei mammiferi contiene introni.

Figura 4. Trascrizione del mtDNA umano contenente 37 geni. Tutte le trascrizioni iniziano ad essere sintetizzate nella regione ori H. Gli RNA ribosomiali vengono eliminati dalle trascrizioni del filamento H lungo e corto. Il tRNA e l'mRNA si formano come risultato dell'elaborazione dalle trascrizioni di entrambi i filamenti di DNA. I geni del tRNA sono indicati in verde chiaro.

Sorprese del genoma mitocondriale

Nonostante il fatto che i genomi dei mitocondri dei mammiferi e dei lieviti contengano approssimativamente lo stesso numero di geni, la dimensione del genoma del lievito è 4-5 volte maggiore: circa 80mila paia di basi. Sebbene le sequenze codificanti del mtDNA del lievito siano altamente omologhe alle sequenze corrispondenti nell'uomo, gli mRNA del lievito hanno inoltre una regione leader di 5" e una regione non codificante di 3", come la maggior parte degli mRNA nucleari. Numerosi geni contengono anche introni. Pertanto, il gene box che codifica per la citocromo ossidasi b ha due introni. Una copia della maggior parte del primo introne viene eliminata dal trascritto dell'RNA primario in modo autocatalitico (senza la partecipazione di alcuna proteina). L'RNA rimanente funge da modello per la formazione dell'enzima maturasi, che è coinvolto nello splicing. Parte della sua sequenza aminoacidica è codificata nelle rimanenti copie degli introni. La maturasi li taglia fuori, distruggendo il proprio mRNA, le copie degli esoni vengono cucite insieme e si forma l'mRNA per la citocromo ossidasi b (Fig. 5). La scoperta di questo fenomeno ci ha costretto a riconsiderare l’idea degli introni come “sequenze non codificanti”.

Figura 5. Elaborazione (maturazione) dell'mRNA della citocromo ossidasi b nei mitocondri di lievito.
Nella prima fase dello splicing si forma l'mRNA, che viene utilizzato per sintetizzare la maturasi,
necessario per la seconda fase di giunzione.

Quando si studia l'espressione dei geni mitocondriali Tripanosoma brucei scoprì una sorprendente deviazione da uno degli assiomi fondamentali della biologia molecolare, secondo il quale la sequenza dei nucleotidi nell'mRNA corrisponde esattamente a quella nelle regioni codificanti del DNA. Si è scoperto che l'mRNA di una delle subunità della citocromo c ossidasi è modificato, ad es. dopo la trascrizione, la sua struttura primaria cambia: vengono inseriti quattro uracili. Di conseguenza, si forma un nuovo mRNA, che funge da modello per la sintesi di un'ulteriore subunità dell'enzima, la cui sequenza aminoacidica non ha nulla in comune con la sequenza codificata dall'mRNA non modificato (vedi tabella).

Scoperto per la prima volta nei mitocondri dei tripanosomi, l'editing dell'RNA è diffuso nei cloroplasti e nei mitocondri delle piante superiori. Si trova anche nelle cellule somatiche dei mammiferi; ad esempio, nell'epitelio intestinale umano, viene modificato l'mRNA del gene dell'apolipoproteina.

I mitocondri rappresentarono la sorpresa più grande per gli scienziati nel 1979. Fino a quel momento si credeva che il codice genetico fosse universale e che le stesse triplette codificassero gli stessi amminoacidi in batteri, virus, funghi, piante e animali. Il ricercatore inglese Burrell ha confrontato la struttura di uno dei geni mitocondriali del vitello con la sequenza di aminoacidi nella subunità della citocromo ossidasi codificata da questo gene. Si è scoperto che il codice genetico dei mitocondri di grandi dimensioni bestiame(così come una persona) non è solo diverso dall'universale, è "ideale", cioè obbedisce alla seguente regola: "se due codoni hanno due nucleotidi identici e il terzo nucleotide appartiene alla stessa classe (purina - A, G o pirimidina - U, C), allora codificano per lo stesso amminoacido". Nel codice universale ci sono due eccezioni a questa regola: la tripletta AUA codifica isoleucina e il codone AUG codifica metionina, mentre nel codice mitocondriale ideale entrambe queste triplette codificano metionina; La tripletta UGG codifica solo il triptofano e la tripletta UGA codifica un codone di stop. Nel codice universale entrambe le deviazioni riguardano aspetti fondamentali della sintesi proteica: il codone AUG è quello iniziante, mentre il codone di stop UGA arresta la sintesi del polipeptide. Il codice ideale non è inerente a tutti i mitocondri descritti, ma nessuno di essi ha un codice universale. Possiamo dire che i mitocondri parlano lingue diverse, ma mai la lingua del nucleo.

Come già accennato, nel genoma mitocondriale dei vertebrati sono presenti 22 geni tRNA. Come fa un insieme così incompleto a servire tutti i 60 codoni degli amminoacidi (il codice ideale di 64 triplette ha quattro codoni di stop, il codice universale ne ha tre)? Il fatto è che durante la sintesi proteica nei mitocondri, le interazioni codone-anticodone sono semplificate: due nucleotidi anticodoni su tre vengono utilizzati per il riconoscimento. Pertanto, un tRNA riconosce tutti e quattro i membri di una famiglia di codoni, differendo solo nel terzo nucleotide. Ad esempio, il tRNA della leucina con l'anticodone GAU si trova sul ribosoma di fronte ai codoni TsU, TsUC, TsUA e Tsug, garantendo l'incorporazione senza errori della leucina nella catena polipeptidica. Altri due codoni della leucina, UUA e UUG, sono riconosciuti dal tRNA con l'anticodone AAU. In totale, otto diverse molecole di tRNA riconoscono otto famiglie di quattro codoni ciascuna, e 14 tRNA riconoscono diverse coppie di codoni, ciascuna codificante per un amminoacido.

È importante che gli enzimi aminoacil-tRNA sintetasi, responsabili dell'aggiunta di aminoacidi ai corrispondenti tRNA mitocondriali, siano codificati nel nucleo cellulare e sintetizzati sui ribosomi del reticolo endoplasmatico. Pertanto, nei vertebrati, tutti i componenti proteici della sintesi polipeptidica mitocondriale sono crittografati nel nucleo. In questo caso, la sintesi proteica nei mitocondri non viene soppressa dalla cicloesimide, che blocca il lavoro dei ribosomi eucariotici, ma è sensibile agli antibiotici eritromicina e cloramfenicolo, che inibiscono la sintesi proteica nei batteri. Questo fatto serve come uno degli argomenti a favore dell'origine dei mitocondri da batteri aerobici durante la formazione simbiotica delle cellule eucariotiche.

Teoria simbiotica dell'origine dei mitocondri

L'ipotesi sull'origine dei mitocondri e dei plastidi vegetali da batteri endosimbionti intracellulari fu espressa da R. Altman nel 1890. Nel corso del secolo di rapido sviluppo della biochimica, citologia, genetica e biologia molecolare, apparso mezzo secolo fa, l'ipotesi ha sviluppato in una teoria basata su una grande quantità di materiale fattuale. La sua essenza è questa: con l'avvento dei batteri fotosintetici, l'ossigeno si accumula nell'atmosfera terrestre, un sottoprodotto del loro metabolismo. Con l'aumento della sua concentrazione, la vita degli eterotrofi anaerobici è diventata più complicata e alcuni di loro sono passati dalla fermentazione priva di ossigeno alla fosforilazione ossidativa per ottenere energia. Tali eterotrofi aerobici potrebbero scomporre le sostanze organiche risultanti dalla fotosintesi con maggiore efficienza rispetto ai batteri anaerobici. Alcuni degli aerobi a vita libera furono catturati dagli anaerobi, ma non “digeriti”, ma immagazzinati come stazioni energetiche, i mitocondri. I mitocondri non dovrebbero essere visti come schiavi, tenuti prigionieri per fornire molecole di ATP alle cellule che non sono in grado di respirare. Si tratta piuttosto di “creature” che, già nel Proterozoico, trovarono per sé e per la loro prole il migliore dei rifugi, dove potevano fare il minimo sforzo senza correre il rischio di essere mangiati.

Numerosi fatti parlano a favore della teoria simbiotica:

- le dimensioni e le forme dei mitocondri e dei batteri aerobici a vita libera coincidono; entrambi contengono molecole di DNA circolare non associate agli istoni (a differenza del DNA nucleare lineare);
In termini di sequenze nucleotidiche, gli RNA ribosomiali e di trasferimento dei mitocondri differiscono da quelli nucleari, pur dimostrando sorprendente somiglianza con molecole simili di alcuni eubatteri aerobici gram-negativi;
Le RNA polimerasi mitocondriali, sebbene codificate nel nucleo cellulare, sono inibite dalla rifampicina, come quelle batteriche, e le RNA polimerasi eucariotiche sono insensibili a questo antibiotico;
La sintesi proteica nei mitocondri e nei batteri viene soppressa dagli stessi antibiotici che non influenzano i ribosomi degli eucarioti;
La composizione lipidica della membrana interna dei mitocondri e del plasmalemma batterico è simile, ma è molto diversa da quella della membrana esterna dei mitocondri, che è omologa ad altre membrane delle cellule eucariotiche;
Le creste formate dalla membrana mitocondriale interna sono gli analoghi evolutivi delle membrane mesosomiali di molti procarioti;
Esistono ancora organismi che imitano forme intermedie sulla via della formazione dei mitocondri da batteri (ameba primitiva Pelomyxa non ha mitocondri, ma contiene sempre batteri endosimbiotici).

C'è l'idea che diversi regni di eucarioti avessero antenati diversi e che l'endosimbiosi dei batteri sia nata su diverse fasi evoluzione degli organismi viventi. Ciò è evidenziato anche dalle differenze nella struttura dei genomi mitocondriali di protozoi, funghi, piante e animali superiori. Ma in tutti i casi, la maggior parte dei geni dei promitocondri è entrata nel nucleo, possibilmente con l'aiuto di elementi genetici mobili. Quando parte del genoma di uno dei simbionti è incluso nel genoma di un altro, l'integrazione dei simbionti diventa irreversibile.

Il nuovo genoma può creare percorsi metabolici che portano alla formazione di prodotti utili che non possono essere sintetizzati da nessuno dei due partner. Pertanto, la sintesi degli ormoni steroidei da parte delle cellule della corteccia surrenale è una complessa catena di reazioni, alcune delle quali si verificano nei mitocondri e altre nel reticolo endoplasmatico. Catturando i geni promitocondriali, il nucleo è stato in grado di controllare in modo affidabile le funzioni del simbionte. Il nucleo codifica tutte le proteine e la sintesi lipidica della membrana esterna dei mitocondri, la maggior parte delle proteine della matrice e della membrana interna degli organelli. Ancora più importante, il nucleo codifica gli enzimi per la replicazione, la trascrizione e la traduzione del mtDNA, controllando così la crescita e la riproduzione dei mitocondri. Il tasso di crescita dei partner della simbiosi dovrebbe essere approssimativamente lo stesso. Se l'ospite cresce più velocemente, con ogni generazione il numero di simbionti per individuo diminuirà e, alla fine, appariranno discendenti senza mitocondri. Sappiamo che ogni cellula di un organismo a riproduzione sessuale contiene molti mitocondri che replicano il loro DNA tra le divisioni dell'ospite. Ciò garantisce che ciascuna delle cellule figlie riceva almeno una copia del genoma mitocondriale.

Eredità citoplasmatica

Oltre a codificare i componenti chiave della catena respiratoria e del proprio apparato di sintesi proteica, il genoma mitocondriale in alcuni casi è coinvolto nella formazione di alcune caratteristiche morfologiche e fisiologiche. Questi tratti includono la sindrome NCS (striscia non cromosomica, macchia fogliare codificata non cromosomica) e la sterilità maschile citoplasmatica (CMS), caratteristica di un certo numero di specie di piante superiori, che porta all'interruzione del normale sviluppo del polline. La manifestazione di entrambi i segni è dovuta a cambiamenti nella struttura del mtDNA. Nella CMS si osservano riarrangiamenti dei genomi mitocondriali come risultato di eventi di ricombinazione che portano a delezioni, duplicazioni, inversioni o inserzioni di alcune sequenze nucleotidiche o di interi geni. Tali cambiamenti possono causare non solo danni ai geni esistenti, ma anche l’emergere di nuovi geni funzionanti.

L'eredità citoplasmatica, a differenza dell'eredità nucleare, non obbedisce alle leggi di Mendel. Ciò è dovuto al fatto che negli animali e nelle piante superiori i gameti di sessi diversi contengono quantità disparate di mitocondri. Quindi, nell'uovo del topo ci sono 90mila mitocondri, ma nello sperma ce ne sono solo quattro. È ovvio che nell'ovulo fecondato i mitocondri provengono prevalentemente o solo dall'individuo femminile, cioè L'ereditarietà di tutti i geni mitocondriali è materna. L'analisi genetica dell'eredità citoplasmatica è difficile a causa delle interazioni nucleo-citoplasmatiche. Nel caso della sterilità maschile citoplasmatica, il genoma mitocondriale mutante interagisce con alcuni geni nucleari, i cui alleli recessivi sono necessari per lo sviluppo del tratto. Gli alleli dominanti di questi geni, sia negli stati omo che eterozigoti, ripristinano la fertilità delle piante, indipendentemente dallo stato del genoma mitocondriale.

Lo studio dei genomi mitocondriali, della loro evoluzione, che segue le leggi specifiche della genetica delle popolazioni, e delle relazioni tra il sistema genetico nucleare e quello mitocondriale, è necessario per comprendere la complessa organizzazione gerarchica della cellula eucariotica e dell'organismo nel suo insieme.

Alcune mutazioni nel DNA mitocondriale o nei geni nucleari che controllano i mitocondri sono associate ad alcune malattie ereditarie e all’invecchiamento umano. Si stanno accumulando dati sul coinvolgimento dei difetti del mtDNA nella carcinogenesi. Pertanto, i mitocondri possono essere un bersaglio per la chemioterapia contro il cancro. Esistono fatti sulla stretta interazione dei genomi nucleari e mitocondriali nello sviluppo di una serie di patologie umane. Delezioni multiple del mtDNA sono state riscontrate in pazienti con grave debolezza muscolare, atassia, sordità e ritardo mentale, ereditati con modalità autosomica dominante. È stato accertato il dimorfismo sessuale nelle manifestazioni cliniche malattia coronarica cuore, che molto probabilmente è dovuto all'effetto materno: eredità citoplasmatica. Lo sviluppo della terapia genica dà speranza di correggere i difetti nei genomi mitocondriali nel prossimo futuro.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della Fondazione Russa ricerca di base. Progetto 01-04-48971.
L'autore è grato allo studente laureato M.K. Ivanov, che ha creato i disegni per l'articolo.

Letteratura

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Il DNA nei mitocondri è rappresentato da molecole cicliche che non formano legami con gli istoni; sotto questo aspetto assomigliano ai cromosomi batterici.
Nell'uomo, il DNA mitocondriale contiene 16,5 mila bp, è completamente decifrato. Si è scoperto che il DNA mitocondriale di vari oggetti è molto omogeneo; la loro differenza sta solo nella dimensione degli introni e delle regioni non trascritte. Tutto il DNA mitocondriale è rappresentato da copie multiple, raccolte in gruppi o cluster. Pertanto, un mitocondrio di fegato di ratto può contenere da 1 a 50 molecole di DNA ciclico. La quantità totale di DNA mitocondriale per cellula è di circa l'1%. La sintesi del DNA mitocondriale non è associata alla sintesi del DNA nel nucleo. Proprio come nei batteri, il DNA mitocondriale viene raccolto in una zona separata: il nucleoide, la sua dimensione è di circa 0,4 micron di diametro. I mitocondri lunghi possono avere da 1 a 10 nucleoidi. Quando un lungo mitocondrio si divide, da esso viene separata una sezione contenente un nucleoide (simile alla fissione binaria dei batteri). La quantità di DNA nei singoli nucleoidi mitocondriali può variare fino a 10 volte a seconda del tipo di cellula. Quando i mitocondri si fondono, i loro componenti interni possono essere scambiati.
L'rRNA e i ribosomi dei mitocondri sono nettamente diversi da quelli del citoplasma. Se nel citoplasma si trovano ribosomi degli anni '80, i ribosomi dei mitocondri delle cellule vegetali appartengono ai ribosomi degli anni '70 (sono costituiti da subunità degli anni '30 e '50, contengono RNA 16s e 23s, caratteristico delle cellule procariotiche), e ribosomi più piccoli (circa 50) si trovano in i mitocondri delle cellule animali. Nel mitoplasma la sintesi proteica avviene sui ribosomi. A differenza della sintesi sui ribosomi citoplasmatici, si arresta sotto l'azione dell'antibiotico cloramfenicolo, che sopprime la sintesi proteica nei batteri.
Gli RNA di trasferimento vengono sintetizzati anche nel genoma mitocondriale; vengono sintetizzati in totale 22 tRNA. Il codice tripletta del sistema sintetico mitocondriale è diverso da quello utilizzato nell'ialoplasma. Nonostante la presenza di quasi tutti i componenti necessari per la sintesi proteica, le piccole molecole di DNA mitocondriale non possono codificare tutte le proteine mitocondriali, ma solo una piccola parte di esse. Quindi il DNA ha una dimensione di 15mila bp. può codificare proteine con un peso molecolare totale di circa 6x105. Allo stesso tempo, il peso molecolare totale delle proteine di una particella dell'intero insieme respiratorio dei mitocondri raggiunge un valore di circa 2x106.

Riso. Dimensioni relative dei mitocondri in diversi organismi.

È interessante osservare il destino dei mitocondri nelle cellule di lievito. In condizioni aerobiche, le cellule di lievito hanno mitocondri tipici con creste chiaramente definite. Quando le cellule vengono trasferite in condizioni anaerobiche (ad esempio, quando vengono sottocoltivate o trasferite in un'atmosfera di azoto), i mitocondri tipici non vengono rilevati nel loro citoplasma e sono invece visibili piccole vescicole di membrana. Si è scoperto che in condizioni anaerobiche, le cellule di lievito non contengono una catena respiratoria completa (sono assenti i citocromi b e a). Quando la coltura viene aerata, si verifica una rapida induzione della biosintesi degli enzimi respiratori, un forte aumento del consumo di ossigeno e nel citoplasma compaiono mitocondri normali.
Insediamento delle persone sulla Terra

Articolo principale: DNA mitocondriale

Il DNA mitocondriale situato nella matrice è una molecola circolare chiusa a doppio filamento, che nelle cellule umane ha una dimensione di 16569 coppie di nucleotidi, che è circa 10 5 volte più piccola del DNA localizzato nel nucleo. In totale, il DNA mitocondriale codifica 2 rRNA, 22 tRNA e 13 subunità di enzimi della catena respiratoria, che rappresentano non più della metà delle proteine presenti in esso. In particolare, sotto il controllo del genoma mitocondriale, vengono codificate sette subunità dell'ATP sintetasi, tre subunità del citocromo ossidasi e una subunità dell'ubichinolo-citocromo. Con-riduttasi. In questo caso, tutte le proteine tranne uno, due ribosomiali e sei RNA di trasferimento vengono trascritte dalla catena più pesante (esterna) del DNA, mentre altri 14 tRNA e una proteina vengono trascritti dalla catena più leggera (interna).

Avendo un proprio apparato genetico, il mitocondrio possiede anche un proprio sistema di sintesi proteica, la cui caratteristica nelle cellule animali e fungine sono i ribosomi molto piccoli, caratterizzati da un coefficiente di sedimentazione di 55S, che è addirittura inferiore a quello dei ribosomi 70S delle cellule procariotiche tipo. Inoltre, anche i due grandi RNA ribosomiali sono di dimensioni più piccole rispetto ai procarioti e il piccolo rRNA è del tutto assente. Nei mitocondri vegetali, al contrario, i ribosomi sono più simili a quelli procariotici per dimensioni e struttura.

Proteine mitocondriali[modifica | modifica testo sorgente]

Il numero di proteine tradotte dall'mRNA mitocondriale che formano le subunità di grandi complessi enzimatici è limitato. Una porzione significativa di proteine è codificata nel nucleo e sintetizzata sui ribosomi citoplasmatici 80S. In particolare, è così che si formano alcune proteine: trasportatori di elettroni, traslocasi mitocondriali, componenti del trasporto proteico nei mitocondri, nonché fattori necessari per la trascrizione, la traduzione e la replicazione del DNA mitocondriale. Inoltre, tali proteine al loro N-terminale hanno speciali peptidi segnale, la cui dimensione varia da 12 a 80 residui aminoacidici. Queste aree formano riccioli anfifilici e forniscono un contatto specifico delle proteine con i domini leganti dei recettori di riconoscimento mitocondriali localizzati sulla membrana esterna. Queste proteine vengono trasportate alla membrana mitocondriale esterna in uno stato parzialmente spiegato in associazione con le proteine chaperone (in particolare hsp70). Dopo il trasferimento attraverso le membrane esterna ed interna nei punti di contatto, le proteine che entrano nel mitocondrio contattano nuovamente gli accompagnatori, ma di loro origine mitocondriale, che raccolgono la proteina che attraversa la membrana, ne promuovono la retrazione nel mitocondrio e controllano anche il processo di corretto ripiegamento della catena polipeptidica. La maggior parte degli chaperoni ha attività ATPasi, per cui sia il trasporto delle proteine nel mitocondrio che la formazione delle loro forme funzionalmente attive sono processi dipendenti dall'energia.

05.05.2015 13.10.2015

Tutte le informazioni sulla struttura del corpo umano e sulla sua predisposizione alle malattie sono crittografate sotto forma di molecole di DNA. Le informazioni principali si trovano nei nuclei delle cellule. Tuttavia, il 5% del DNA è localizzato nei mitocondri.

Come si chiamano i mitocondri?

I mitocondri sono organelli cellulari degli eucarioti necessari per convertire l'energia contenuta nei nutrienti in composti che possono essere assorbiti dalle cellule. Pertanto, vengono spesso chiamate "stazioni energetiche", perché senza di esse l'esistenza del corpo è impossibile.
Questi organelli hanno acquisito le proprie informazioni genetiche perché in precedenza erano batteri. Dopo essere entrati nelle cellule dell'organismo ospite, non sono stati in grado di trattenere il proprio genoma, mentre hanno trasferito parte del proprio genoma nel nucleo della cellula dell'organismo ospite. Pertanto ora il loro DNA (mtDNA) contiene solo una parte, cioè 37 geni, della quantità originale. Principalmente crittografano il meccanismo di trasformazione del glucosio in composti - anidride carbonica e acqua con produzione di energia (ATP e NADP), senza i quali l'esistenza dell'organismo ospite è impossibile.

Cosa rende unico il mtDNA?

La principale proprietà inerente al DNA mitocondriale è che può essere ereditato solo attraverso la linea materna. In questo caso, tutti i bambini (uomini o donne) possono ricevere i mitocondri dall'ovulo. Ciò è dovuto al fatto che gli ovuli femminili contengono un numero maggiore di questi organelli (fino a 1000 volte) rispetto allo sperma maschile. Di conseguenza, l'organismo figlia li riceve solo da sua madre. Pertanto, la loro eredità dalla cellula paterna è del tutto impossibile.
È noto che i geni mitocondriali ci sono stati trasmessi da un lontano passato - dalla nostra madre - "Eva mitocondriale", che è l'antenato comune di tutte le persone del pianeta dal lato materno. Pertanto, queste molecole sono considerate l'oggetto più ideale per gli esami genetici per stabilire la parentela materna.

Come viene determinata la parentela?

I geni mitocondriali hanno molte mutazioni puntiformi, che li rendono altamente variabili. Questo ci permette di stabilire la parentela. Durante l'esame genetico, utilizzando speciali analizzatori genetici - sequenziatori, vengono determinati i cambiamenti nucleotidici puntuali nel genotipo, la loro somiglianza o differenza. Nelle persone che non sono imparentate da parte di madre, i genomi mitocondriali differiscono in modo significativo.
Determinare la parentela è possibile grazie alle sorprendenti caratteristiche del genotipo mitocondriale:
non sono soggette a ricombinazione, quindi le molecole cambiano solo attraverso il processo di mutazione, che può avvenire nell'arco di un millennio;
possibilità di isolamento da qualsiasi materiale biologico;
in caso di carenza di biomateriale o di degradazione del genoma nucleare, il mtDNA può diventare l'unica fonte di analisi a causa dell'enorme numero delle sue copie;
A causa dell'elevato numero di mutazioni rispetto ai geni nucleari delle cellule, si ottiene un'elevata precisione nell'analisi del materiale genetico.

Cosa si può determinare attraverso i test genetici?

I test genetici del mtDNA aiuteranno a diagnosticare i seguenti casi.
1. Stabilire la parentela tra persone per parte di madre: tra un nonno (o nonna) e un nipote, un fratello e una sorella, uno zio (o una zia) e un nipote.
2. Quando si analizza una piccola quantità di biomateriale. Dopotutto, ogni cellula contiene mtDNA in quantità significative (100 - 10.000), mentre il DNA nucleare ne contiene solo 2 copie per ogni 23 cromosomi.
3. Quando si identifica un biomateriale antico: una durata di conservazione di oltre mille anni. È grazie a questa proprietà che gli scienziati sono riusciti a identificare il materiale genetico dai resti dei membri della famiglia Romanov.
4. In assenza di altro materiale, anche un capello contiene una quantità significativa di mtDNA.
5. Nel determinare l'appartenenza dei geni ai rami genealogici dell'umanità (aplogruppo africano, americano, mediorientale, europeo e altri), grazie ai quali è possibile determinare l'origine di una persona.

Malattie mitocondriali e loro diagnosi

Le malattie mitocondriali si manifestano principalmente a causa di difetti nel mtDNA delle cellule associati ad una significativa suscettibilità di questi organelli alle mutazioni. Oggi esistono già circa 400 malattie associate ai loro difetti.
Normalmente, ogni cellula può includere sia mitocondri normali che quelli affetti da determinati disturbi. Spesso i segni della malattia non si manifestano affatto. Tuttavia, quando il processo di sintesi energetica si indebolisce, in essi si osserva la manifestazione di tali malattie. Queste malattie sono principalmente associate ai muscoli o sistemi nervosi. Di norma, con tali malattie si verifica una comparsa tardiva delle manifestazioni cliniche. L'incidenza di queste malattie è di 1:200 persone. È noto che la presenza di mutazioni mitocondriali può causare la sindrome nefrosica durante la gravidanza e persino la morte improvvisa del neonato. Pertanto, i ricercatori stanno tentando attivamente di risolvere questi problemi associati al trattamento e alla trasmissione di malattie genetiche di questo tipo dalle madri ai figli.

In che modo l’invecchiamento è legato ai mitocondri?

La riorganizzazione del genoma di questi organelli è stata scoperta anche analizzando il meccanismo dell'invecchiamento del corpo. I ricercatori della Hopkins University hanno pubblicato i risultati del monitoraggio dei livelli ematici di 16.000 anziani americani, dimostrando che la diminuzione della quantità di mtDNA era direttamente correlata all'età dei pazienti.

La maggior parte delle questioni considerate oggi sono diventate la base di una nuova scienza: la "medicina mitocondriale", che si è formata come direzione separata nel 20 ° secolo. I suoi compiti principali sono la previsione e il trattamento delle malattie associate ai disturbi del genoma mitocondriale e la diagnostica genetica.

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