Nuklein kislotalarning tuzilishi.

N.k. - hujayraning universal informatsion makromolekulasi bo'lib, uning asosiy vazifasi: 1) irsiy axborotni genetik kod shaklida saqlash. 2) Irsiy axborotni o'z-o'zini ko'paytirish yoki DNK replikatsiyasi orqali ko'paytirish. 3) Oqsil biosintezi jarayonida irsiy axborotni amalga oshirish. N. ga birinchi boʻlib yiringli hujayralar yadrolaridan olingan. Kimyoviy tahlil shuni ko'rsatdiki, DNKning ikki turi mavjud: 1) DNK, 2) RNK. DNK yadro, mitoxondriya va sentriolalarda joylashgan. RNKlar yadro, yadrochalar, ribosomalar va mitoxondriyalarda joylashgan. Kimyoviy jihatdan n.k. polinukleotid zanjirlaridan tashkil topgan polimerlar, monomer n.k. Men nukleotidman. DNKda ularning 4 turi mavjud: A, T, G, C. RNKda timin o'rniga Uratsil mavjud. Tuzilishiga ko'ra, Adenin va Guanin purin asoslari hisoblanadi

DNKning xossalari va vazifalari.

Kimyoviy tahlil DNKning ikki turi mavjudligini ko'rsatdi: 1) DNK, 2) RNK. DNK yadro, mitoxondriya va sentriolalarda joylashgan. RNKlar yadro, yadrochalar, ribosomalar va mitoxondriyalarda joylashgan. Kimyoviy jihatdan nc polinukleotid zanjirlaridan tashkil topgan polimerlar, monomer n.k. Men nukleotidman. DNKda ularning 4 turi mavjud: A, T, G, C. RNKda timin o'rniga Uratsil mavjud. Tuzilishiga ko'ra, Adenin va Guanin purin asoslari hisoblanadi

1 ta benzol halqasi) T,C,U (pirimidin asoslari - 2 ta benzol halqasi). DNK ikki polinukleotid zanjiridan tashkil topgan spiraldir. Polinukleotid zanjirlari vodorod aloqalari orqali bir-biriga bog'langan nukleotidlardan iborat bo'lib, ular bir-birini to'ldiruvchi juftlarni hosil qiladi. DNKda A=T, G=C (Chargaff qoidasi 1951 yil). Har bir DNK zanjiridagi nukleotidlar bir-biriga shunday bog'langanki, oldingi nukleotidning 5-shakar uglerodi keyingisining 3-shakar uglerodiga ulanadi. Ushbu bog'lanishlar tufayli DNK molekulasining ikkita uchi bor. LNC spiralining diametri 2 nm. Spiralning bir burilishi 3,4 nm. Nukleotidlar orasidagi masofa 0,34 nm. Spiralning har bir aylanishida 10 juft nukleotidlar mavjud. DNKning bir necha tashkiliy darajalari mavjud: 1) Birlamchi struktura nukleotidlarning komplementar zanjirlarda joylashish tartibidir. 2) Ikkilamchi struktura - DNK qo'sh spiral. 3) Uchlamchi - xromosomalardagi DNK.

Mitoxondriyal DNK tuzilishining xususiyatlari.

Mitoxondriyal DNK (mtDNK) - mitoxondriyalarda, eukaryotik hujayralar organellalarida lokalizatsiya qilingan DNK (yadro DNKsidan farqli o'laroq).

Ko'pgina o'rganilgan organizmlarda mitoxondriyalar faqat doiraviy DNK molekulalarini o'z ichiga oladi, ba'zi o'simliklarda aylana va chiziqli molekulalar bir vaqtning o'zida mavjud bo'lib, bir qator protistlarda (masalan, kiprikli) faqat chiziqli molekulalar mavjud. Sutemizuvchilar mitoxondriyalari odatda dumaloq DNK molekulalarining ikki dan o'ngacha bir xil nusxalarini o'z ichiga oladi. O'simliklarda har bir mitoxondriya bir nechta DNK molekulalarini o'z ichiga oladi turli o'lchamlar, ular rekombinatsiyaga qodir bo'lgan kinetoplastidlar tartibidagi protistlarda (masalan, tripanosomalarda) mitoxondriyaning maxsus qismi (kinetoplast) ikki turdagi DNK molekulalarini o'z ichiga oladi - bir xil maxi-halqalar (20-50 dona) taxminan 21. kb uzunlikda. va mini-uzuklar (20 000 - 55 000 dona, taxminan 300 nav, o'rtacha uzunligi taxminan 1000 bp). Barcha halqalar bitta tarmoqqa (katenanlar) ulanadi, ular har bir replikatsiya siklida yo'q qilinadi va tiklanadi. Maxi-halqalar boshqa organizmlarning mitoxondrial DNKsiga gomologikdir. Har bir mini-ringda to'rtta o'xshash saqlangan mintaqa va to'rtta noyob gipero'zgaruvchan mintaqa mavjud. Kichik doiralar maksikulyar genlardan transkripsiyalangan RNKni tahrir qiluvchi qisqa yo'naltiruvchi RNK molekulalarini (guideRNK) kodlaydi. Mitoxondriyal DNK (mtDNK) hujayra organellalari - mitoxondriyalarning genomidir. Ushbu organellalarning endosimbiotik kelib chiqishi mitoxondrial genetik tizimning yarim avtonom mavjudligini belgilaydi. Shunday qilib, mitoxondriyadagi DNK sintezi yadroviy DNK sintezidan mustaqil ravishda sodir bo'ladi va bu sitoplazmatik genetik strukturaning merosxo'rligi - mitoxondrial xromosoma - odatda onaning chizig'i orqali sodir bo'ladi. Bu mualliflarga shartli ravishda mitoxondrial genlar to'plamini va har qanday replikatsiya qiluvchi mtDNK fragmentlarini populyatsiyaning alohida genetik resursi - mitoxondriyal genofondga aniqlash uchun asos beradi. Mitoxondriyadagi DNK o'z ichiga olgan tuzilmalar 60-yillarda aniqlangan. O'tgan chorak asrda odam va ko'plab hayvonlar turlarining mitoxondrial genomining strukturaviy va funktsional tashkil etilishi batafsil o'rganildi. Mitoxondriyal xromosoma dumaloq ikki zanjirli DNK molekulasi bilan ifodalanadi, u organellada mitoxondriyaning ichki membranasi bilan bog'langan kovalent yopiq o'ta o'ralgan shaklda mavjud. Har bir organellada 1 dan 8 gacha DNK molekulalari mavjud bo'lib, ular har bir hujayra uchun 1000-8000 nusxani tashkil qiladi. Qoida tariqasida, bitta organizm mtDNK ning yagona shakliga ega, ya'ni. onalik chizig'i orqali meros qilib olingan bitta haplotip.

Hujayralardagi RNK turlari.

Hujayralarda uch xil RNK mavjud: 1) I-RNK (xabarchi yoki xabarchi RNK).

2) R-RNK (ribosoma RNK).

3) T-RNK (transfer RNK)

Messenger RNK sintezlanadi va DNKga transkripsiya qilinadi va oqsil sintezi uchun ma'lumotlarni olib yuradi. R-RNK va T-RNK yadro yadrolarida sintezlanadi. Yadrocha - bu sun'iy yo'ldoshlarga ega bo'lgan xromosomalar bo'limi. Nukleolyar DNKda R-RNK va T-RNK sintez qilinadigan genlar mavjud. R-RNKlar ribosomalarda (kichik va katta subbirliklarda) joylashgan. Maqsad: kichik bo'linma orqali AK ATP orqali T-RNKga biriktiriladi. DNK va RNK o'rtasidagi farq: 1) RNK bitta zanjirdan iborat. 2) RNKda qand-riboza mavjud. 3) RNK DNKdan qisqaroq. 4) T-RNK uchinchi darajali tuzilish shakliga ega. Xabarchi (axborot) RNK - RNK, DNKda kodlangan ma'lumotni ribosomalarga, tirik organizmdagi oqsillarni sintez qiluvchi molekulyar mashinalarga uzatishda vositachi bo'lib xizmat qiladi. mRNKning kodlash ketma-ketligi oqsil polipeptid zanjirining aminokislotalar ketma-ketligini aniqlaydi.

Transport (tRNK) - bu konservativ uchinchi tuzilishga ega bo'lgan taxminan 80 ta nukleotiddan iborat kichik molekulalar. Ular o'ziga xos aminokislotalarni sintez joyiga olib boradilar peptid aloqasi ribosomada. Har bir tRNKda aminokislotalarni biriktirish joyi va mRNK kodonlarini tanib olish va biriktirish uchun antikodon mavjud. Ribosomal RNK (rRNK) ribosomalarning katalitik komponentidir. Eukaryotik ribosomalarda to'rt turdagi rRNK molekulalari mavjud: 18S, 5.8S, 28S va 5S. To'rt turdagi rRNKning uchtasi yadroda sintezlanadi. Sitoplazmada ribosoma RNKlari ribosoma oqsillari bilan birlashib, ribosoma deb ataladigan nukleoprotein hosil qiladi. Ribosoma mRNKga birikadi va oqsilni sintez qiladi. rRNK eukaryotik hujayra sitoplazmasida joylashgan RNKning 80% ni tashkil qiladi.

Mitoxondriyadagi DNK bu jihatdan gistonlar bilan bog'lanmaydigan tsiklik molekulalar bilan ifodalanadi, ular bakterial xromosomalarga o'xshaydi;
Odamlarda mitoxondriyal DNK 16,5 ming bp ni o'z ichiga oladi, u butunlay dekodlanadi. Turli ob'ektlarning mitoxondriyal DNKsi juda bir xil ekanligi aniqlandi, ularning farqi faqat intronlar va transkripsiyalanmagan hududlarning o'lchamida yotadi; Barcha mitoxondriyal DNK guruhlar yoki klasterlarda to'plangan bir nechta nusxalar bilan ifodalanadi. Shunday qilib, bitta kalamush jigari mitoxondriyasida 1 dan 50 gacha siklik DNK molekulalari bo'lishi mumkin. Har bir hujayradagi mitoxondriyal DNKning umumiy miqdori taxminan bir foizni tashkil qiladi. Mitoxondriyal DNK sintezi yadrodagi DNK sintezi bilan bog'liq emas. Xuddi bakteriyalarda bo'lgani kabi, mitoxondriyal DNK alohida zonada - nukleoidda to'planadi, uning o'lchami taxminan 0,4 mikron diametrga ega. Uzoq mitoxondriyalar 1 dan 10 gacha nukleoidlarga ega bo'lishi mumkin. Uzun mitoxondriya boʻlinganda undan tarkibida nukleoid boʻlgan qism ajratiladi (bakteriyalarning ikkilik boʻlinishiga oʻxshash). Alohida mitoxondriyal nukleoidlardagi DNK miqdori hujayra turiga qarab 10 martagacha o'zgarishi mumkin. Mitoxondriyalar birlashganda, ularning ichki qismlari almashinishi mumkin.
Mitoxondriyaning rRNK va ribosomalari sitoplazmadagidan keskin farq qiladi. Agar sitoplazmada 80-yillarning ribosomalari topilgan boʻlsa, u holda oʻsimlik hujayrasi mitoxondriyalarining ribosomalari 70-yillar ribosomalariga (30-50-yillar subbirliklaridan iborat boʻlib, prokaryotik hujayralarga xos boʻlgan 16 va 23s RNKni oʻz ichiga oladi), kichikroq ribosomalar esa 50-yillarda topiladi. hayvon hujayralarining mitoxondriyalari. Mitoplazmada oqsil sintezi ribosomalarda sodir bo'ladi. Bakteriyalarda oqsil sintezini bostiradigan antibiotik xloramfenikol ta'sirida sitoplazmatik ribosomalardagi sintezdan farqli o'laroq to'xtaydi.
Transfer RNKlari ham mitoxondriyal genomda sintezlanadi, jami 22 tRNK sintezlanadi; Mitoxondrial sintetik tizimning triplet kodi gialoplazmada ishlatiladiganidan farq qiladi. Protein sintezi uchun zarur bo'lgan barcha komponentlar mavjudligiga qaramay, kichik mitoxondriyal DNK molekulalari barcha mitoxondriyal oqsillarni, faqat ularning kichik qismini kodlay olmaydi. Shunday qilib, DNK hajmi 15 ming bp. umumiy molekulyar og'irligi taxminan 6x105 bo'lgan oqsillarni kodlashi mumkin. Shu bilan birga, mitoxondriyaning to'liq nafas olish ansambli zarrasi oqsillarining umumiy molekulyar og'irligi taxminan 2x106 qiymatga etadi.

Guruch. Turli organizmlardagi mitoxondriyalarning nisbiy kattaliklari.

Xamirturush hujayralarida mitoxondriyalarning taqdirini kuzatish qiziq. Aerobik sharoitda xamirturush hujayralari aniq belgilangan kristalarga ega tipik mitoxondriyalarga ega. Hujayralar anaerob sharoitga o'tkazilganda (masalan, ular subkulturatsiyalanganda yoki azotli atmosferaga o'tkazilganda) ularning sitoplazmasida tipik mitoxondriyalar aniqlanmaydi va ularning o'rniga kichik membrana pufakchalari ko'rinadi. Ma'lum bo'lishicha, anaerob sharoitda xamirturush hujayralari to'liq nafas olish zanjirini o'z ichiga olmaydi (b va a sitoxromlari mavjud emas). Kultura gazlanganda nafas olish fermentlarining biosintezi tez induksiyalanadi, kislorod iste'moli keskin oshadi va sitoplazmada normal mitoxondriyalar paydo bo'ladi.
Er yuzida odamlarning joylashishi

Mitoxondriyal DNK nima?

Mitoxondriyal DNK (mtDNK) mitoxondriyalarda joylashgan DNK, eukaryotik hujayralar ichidagi hujayra organellalari bo'lib, ular oziq-ovqatdan olingan kimyoviy energiyani hujayralar foydalanishi mumkin bo'lgan shaklga - adenozin trifosfatga (ATP) aylantiradi. Mitoxondriyal DNK eukaryotik hujayradagi DNKning faqat kichik qismini ifodalaydi; Ko'pchilik DNK hujayra yadrosida, o'simliklar va suv o'tlarida va xloroplastlar kabi plastidlarda bo'lishi mumkin.

Odamlarda mitoxondriyal DNKning 16569 ta asosiy juftligi atigi 37 ta genni kodlaydi. Inson mitoxondrial DNKsi inson genomining ketma-ketlikdagi birinchi muhim qismi edi. Ko'pgina turlarda, shu jumladan odamlarda, mtDNK faqat onadan meros bo'lib o'tadi.

Hayvonlarning mtDNKsi yadro genetik belgilaridan tezroq evolyutsiyalanganligi sababli, u filogenetika va evolyutsion biologiyaning asosini tashkil qiladi. Bu antropologiya va biogeografiyaning muhim nuqtasiga aylandi, chunki u populyatsiyalarning o'zaro munosabatlarini o'rganish imkonini beradi.

Mitoxondriyalarning kelib chiqishi haqidagi farazlar

Yadro va mitoxondriyal DNK turli xil evolyutsion kelib chiqishiga ega, mtDNK zamonaviy eukaryotik hujayralarning dastlabki ajdodlari tomonidan so'rilgan bakteriyalarning dumaloq genomlaridan olingan. Bu nazariya endosimbiotik nazariya deb ataladi. Taxminlarga ko'ra, har bir mitoxondriyada 2-10 mtDNK nusxalari mavjud. Tirik organizmlar hujayralarida mitoxondriyalarda mavjud bo'lgan oqsillarning katta qismi (sut emizuvchilarda 1500 ga yaqin turli xil turlari) yadro DNKsi tomonidan kodlangan, ammo ularning ba'zilari uchun genlar, agar ko'p bo'lmasa, dastlab bakterial va evolyutsiya jarayonida eukaryotik yadroga o'tgan.

Mitoxondriyaning ma'lum genlarni saqlab qolish sabablari muhokama qilinadi. Mitoxondriyal kelib chiqishining ayrim turlarida genomsiz organellalarning mavjudligi genlarning to'liq yo'qolishi mumkinligini ko'rsatadi va mitoxondriyal genlarni yadroga o'tkazish bir qator afzalliklarga ega. Mitoxondriyadagi uzoqdan ishlab chiqarilgan hidrofobik protein mahsulotlarini yo'naltirish qiyinligi, nima uchun ba'zi genlar mtDNKda saqlanib qolganligi haqidagi farazlardan biridir. Oksidlanish-qaytarilishni tartibga solish uchun birgalikda mahalliylashtirish mitoxondriyal mexanizmlarni mahalliylashtirilgan nazorat qilish maqsadga muvofiqligini ta'kidlagan yana bir nazariyadir. Mitoxondriyal genomlarning keng doirasini yaqinda tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, bu ikkala funktsiya mitoxondriyal genlarni ushlab turishni talab qilishi mumkin.

MtDNKning genetik tekshiruvi

Ko'p hujayrali organizmlarda mtDNK onadan meros bo'lib o'tadi (ona nasli). Buning mexanizmlari orasida oddiy suyultirish (tuxum o'rtacha 200 000 mtDNK molekulasini o'z ichiga oladi, sog'lom odam spermasi esa o'rtacha 5 molekulani o'z ichiga oladi), sperma mtDNK ning erkak jinsiy tizimida, urug'lantirilgan tuxumda va kamida bir nechta organizmlar, muvaffaqiyatsizlik Spermatozoidning mtDNKsi tuxum ichiga kirib boradi. Mexanizm qanday bo'lishidan qat'iy nazar, bu bir qutbli meros - mtDNKning meros bo'lib, ko'pchilik hayvonlar, o'simliklar va qo'ziqorinlarda uchraydi.

Onalik merosi

Jinsiy ko'payishda mitoxondriyalar odatda faqat onadan meros bo'lib o'tadi; Sutemizuvchilar spermatozoididagi mitoxondriyalar odatda urug'lantirilgandan keyin tuxum tomonidan yo'q qilinadi. Bundan tashqari, ko'pchilik mitoxondriyalar sperma dumining tagida joylashgan bo'lib, sperma hujayralari harakati uchun ishlatiladi; ba'zida urug'lantirish paytida quyruq yo'qoladi. 1999 yilda otaning sperma mitoxondriyalari (mtDNK o'z ichiga olgan) embrion ichida keyinchalik yo'q qilish uchun ubiquitin bilan belgilanganligi xabar qilingan. Ba'zi in vitro urug'lantirish usullari, xususan, oositga sperma in'ektsiyasi bunga xalaqit berishi mumkin.

Mitoxondriyal DNKning onalik nasli orqali meros bo'lib qolganligi genealogik tadqiqotchilarga onalik chizig'ini o'tmishda kuzatish imkonini beradi. (Y-xromosoma DNKsi otadan meros bo'lib, patrilineal tarixni aniqlash uchun xuddi shunday tarzda ishlatiladi.) Bu odatda odamning mitoxondriyal DNKsida gipero'zgaruvchan nazorat mintaqasini (HVR1 yoki HVR2), ba'zan esa butun mitoxondriyal DNK molekulasini ketma-ketlashtirish orqali amalga oshiriladi. DNK genealogiyasi testi. Masalan, HVR1 taxminan 440 ta asosiy juftlikdan iborat. Keyinchalik, bu 440 juftlik onaning nasl-nasabini aniqlash uchun boshqa shaxslarning (yoki ma'lumotlar bazasidagi aniq shaxslar yoki sub'ektlar) nazorat joylari bilan taqqoslanadi. Eng keng tarqalgan taqqoslash - Qayta ko'rib chiqilgan Kembrij Reference Sequence bilan. Vila va boshqalar. uy itlari va bo'rilarning matrilineal o'xshashligi bo'yicha tadqiqotlar nashr etilgan. Mitoxondriyal Momo Havo kontseptsiyasi bir xil turdagi tahlillarga asoslanadi, insoniyatning kelib chiqishini kashf etishga urinishlar, o'tmishda kelib chiqishini izlaydi.

mtDNK yuqori darajada saqlanadi va uning mutatsiya tezligi (mikrosatellitlar kabi DNKning boshqa hududlari bilan solishtirganda) nisbatan sekinroq bo'lib, uni evolyutsion munosabatlarni - organizmlarning filogeniyasini o'rganish uchun foydali qiladi. Biologlar mtDNK ketma-ketligini aniqlashlari va keyin solishtirishlari mumkin turli xil turlari va o'rganilayotgan turlar uchun evolyutsion daraxtlarni qurish uchun taqqoslashlardan foydalaning. Biroq, mutatsiya tezligining sekinligi sababli, ko'pincha bir-biriga yaqin turlarni har qanday darajada ajratish qiyin, shuning uchun boshqa tahlil usullaridan foydalanish kerak.

Mitoxondriyal DNK mutatsiyalari

Bir tomonlama merosga ega bo'lgan va kam yoki umuman rekombinatsiyaga ega bo'lmagan shaxslar Myuller ratchetiga, ya'ni funksionallik yo'qolguncha zararli mutatsiyalarning to'planishiga duchor bo'lishini kutish mumkin. Hayvonlarning mitoxondrial populyatsiyalari mtDNK bo'g'ozi deb nomlanuvchi rivojlanish jarayoni tufayli bu to'planishdan qochadi. Darboğaz organizmning rivojlanishi davomida mutant yuklanishning hujayradan hujayraga o'zgaruvchanligini oshirish uchun hujayradagi stoxastik jarayonlardan foydalanadi, shuning uchun mutant mtDNKning ma'lum bir nisbati bo'lgan bitta tuxum hujayrasi turli hujayralar turli mutant yuklarga ega bo'lgan embrionni yaratadi. Keyinchalik hujayra darajasi bu hujayralarni ko'proq mutant mtDNK bilan olib tashlash uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin, natijada avlodlar orasidagi mutant yukni barqarorlashtirish yoki kamaytirish mumkin. Darboğazning asosiy mexanizmi yaqinda matematik va eksperimental metastaz bilan muhokama qilinadi va mtDNK ning hujayra bo'linmalariga tasodifiy bo'linishi va hujayra ichidagi mtDNK molekulalarining tasodifiy almashinuvi kombinatsiyasi uchun dalillarni taqdim etadi.

Otalik merosi

Ikki pallalilarda mtDNKning ikki tomonlama bir tomonlama irsiylanishi kuzatiladi. Bu turlarda urgʻochilarda faqat bir turdagi mtDNK (F) mavjud, erkaklarda esa somatik hujayralarida F tipidagi mtDNK, germline hujayralarida esa M tipidagi mtDNK (30% gacha boʻlishi mumkin). Meva chivinlari, asalarilar va davriy sikadalar kabi ba'zi hasharotlarda ona tomonidan meros qilib olingan mitoxondriyalar qo'shimcha ravishda xabar qilingan.

Erkak mitoxondrial irsiyat yaqinda Plimut Rok tovuqlarida topilgan. Dalillar ba'zi sutemizuvchilarda erkaklar mitoxondrial irsiyatining kamdan-kam holatlarini tasdiqlaydi. Xususan, erkak mitoxondriyalar keyinchalik rad etilgan sichqonlar uchun hujjatlashtirilgan holatlar mavjud. Bundan tashqari, u qo'ylarda, shuningdek, klonlangan yirik hayvonlarda topilgan qoramol. Bir marta erkakning tanasida topilgan.

Garchi bu holatlarning aksariyati embrionni klonlash yoki keyinchalik ota mitoxondriyalarini rad etish bilan bog'liq bo'lsa-da, boshqalari in vitro in vitroda meros va qat'iylikni hujjatlashtiradi.

Mitoxondriyal donorlik

Mitoxondriyal donorlik yoki mitoxondrial almashtirish terapiyasi (MRT) deb nomlanuvchi IVF natijasida ayol donorlardan mtDNK va ona va otadan yadro DNKsi mavjud bo'ladi. Shpindelni o'tkazish protsedurasida yadrosi olib tashlangan, ammo ayol donorning mtDNKsini o'z ichiga olgan ayol donordan tuxum yadrosi tuxum sitoplazmasiga kiritiladi. Keyin kompozitsion tuxum erkakning spermasi tomonidan urug'lantiriladi. Ushbu protsedura genetik jihatdan nuqsonli mitoxondriyaga ega bo'lgan ayol sog'lom mitoxondriyali nasl tug'dirmoqchi bo'lganida qo'llaniladi. Mitoxondriyal donorlik natijasida dunyoga kelgan birinchi bola 2016-yil 6-aprelda Meksikada iordaniyalik er-xotinda tug‘ilgan o‘g‘il bola edi.

Mitoxondriyal DNK tuzilishi

Ko'p hujayrali organizmlarda mtDNK - yoki mitogenom - dumaloq, dumaloq yopiq, ikki zanjirli DNK shaklida tashkil etilgan. Ammo ko'pgina bir hujayrali organizmlarda (masalan, tetrahymena yoki yashil suv o'tlari Chlamydomonas reinhardtii) va kamdan-kam hollarda ko'p hujayrali organizmlarda (masalan, cnidarianlarning ayrim turlari) mtDNK chiziqli tashkil etilgan DNK sifatida topiladi. Ushbu chiziqli mtDNKlarning aksariyati telomerazadan mustaqil telomerlarga (ya'ni, chiziqli DNKning uchlari) turli xil replikatsiya usullariga ega, bu ularni qiziqarli o'rganish ob'ektiga aylantirdi, chunki chiziqli mtDNKga ega bu bir hujayrali organizmlarning ko'pchiligi ma'lum patogenlardir.

Odamning mitoxondriyal DNKsi uchun (va ehtimol metazoanlar uchun) mtDNKning 100-10 000 ta individual nusxalari odatda somatik hujayrada mavjud (tuxum va sperma bundan mustasno). Sutemizuvchilarda har bir ikki zanjirli dumaloq mtDNK molekulasi 15000-17000 ta asos juftidan iborat. MtDNK ning ikkita zanjiri nukleotidlar tarkibiga ko'ra farqlanadi, guanidga boy zanjir og'ir zanjir (yoki H- ip) va sinozinga boy zanjir - engil zanjir (yoki L- ip) deb ataladi. Og'ir zanjir 28 genni, engil zanjir esa 9 genni, jami 37 genni kodlaydi. 37 gendan 13 tasi oqsillar (polipeptidlar), 22 tasi RNK (tRNK) koʻchirish uchun, ikkitasi esa ribosoma RNKning (rRNK) kichik va katta boʻlinmalari uchun. Odam mitogenomida bir-biriga o'xshash genlar mavjud (ATP8 va ATP6 va ND4L va ND4: mitoxondriyalarning inson genom xaritasiga qarang), bu hayvonlar genomlarida kam uchraydi. 37-gen namunasi ko'pchilik metazoanlar orasida ham uchraydi, garchi ba'zi hollarda bu genlarning biri yoki bir nechtasi yo'q va mtDNK o'lchamlari diapazoni kattaroqdir. Zamburug'lar va o'simliklar orasida mtDNK genlarining mazmuni va hajmida yanada ko'proq o'zgarishlar mavjud bo'lsa-da, barcha eukaryotlarda mavjud bo'lgan asosiy genlar to'plami mavjud bo'lib ko'rinadi (mitoxondriyalari umuman bo'lmagan bir nechtasi bundan mustasno). Ba'zi o'simlik turlari juda katta mtDNKga ega (har bir mtDNK molekulasida 2,500,000 ta baza jufti), lekin ajablanarlisi shundaki, hatto bu ulkan mtDNK ham juda kichikroq mtDNKga ega bo'lgan o'simliklar bilan bir xil miqdordagi va genlarni o'z ichiga oladi.

Bodring (Cucumis Sativus) mitoxondrial genomi uchta aylana xromosomadan (uzunligi 1556, 84 va 45 kb) iborat bo'lib, ular replikatsiyaga nisbatan to'liq yoki katta darajada avtonomdir.

Mitoxondriyal genomlarda oltita asosiy genom turlari mavjud. Ushbu turdagi genomlar Kolesnikov va Gerasimov (2012) tomonidan tasniflangan va farqlanadi. turli yo'llar bilan masalan, dumaloq va chiziqli genom, genom hajmi, intronlar yoki plazmidga o'xshash tuzilmalar mavjudligi va genetik material aniq molekula yoki bir hil yoki heterojen molekulalar to'plamimi.

Hayvon genomini dekodlash

Hayvon hujayralarida mitoxondriyal genomning faqat bitta turi mavjud. Ushbu genomda 11-28 kb/s gacha bo'lgan genetik material (1-toifa) bo'lgan bitta dumaloq molekula mavjud.

O'simlik genomini dekodlash

Uchtasi bor har xil turlari o'simliklar va zamburug'lar tarkibidagi genom. Birinchi tur - uzunligi 19 dan 1000 kbit / s gacha bo'lgan intronlarga ega (2-toifa) aylana genom. Genomning ikkinchi turi aylanali genomdir (taxminan 20-1000 kbp), u ham plazmid tuzilishga ega (1kb) (3-toifa). O'simliklar va zamburug'larda topilishi mumkin bo'lgan oxirgi genom turi bir hil DNK molekulalaridan tashkil topgan chiziqli genomdir (5-toifa).

Protist genomini dekodlash

Protistlar turli xil mitoxondrial genomlarni o'z ichiga oladi, ular besh xil turni o'z ichiga oladi. O'simlik va qo'ziqorin genomlarida qayd etilgan 2-toifa, 3-toifa va 5-turlar, shuningdek, ayrim protozoalarda, shuningdek, ikkita noyob genom turida mavjud. Ulardan birinchisi dumaloq DNK molekulalarining heterojen to'plamidir (4-toifa), protistlarda topilgan oxirgi genom turi esa chiziqli molekulalarning heterojen to'plamidir (6-tur). 4 va 6 genom turlari 1 dan 200 kb gacha.

Mitoxondriyal genomda kodlangan genlarning asosan hujayra genomi tomonidan o'tkaziladigan endosimbiotik genlarni o'tkazish jarayoni, ehtimol, nima uchun murakkabroq organizmlar, masalan, odamlar, protozoa kabi oddiy organizmlarga qaraganda kichikroq mitoxondrial genomlarga ega ekanligini tushuntiradi.

Mitoxondriyal DNK replikatsiyasi

Mitoxondriyal DNK POLG geni tomonidan kodlangan 140 kDa katalitik DNK polimeraza va POLG2 geni tomonidan kodlangan ikkita 55 kDa qo'shimcha subunitdan iborat bo'lgan DNK polimeraza gamma kompleksi tomonidan replikatsiya qilinadi. Replikatsiya apparati DNK polimeraza, TWINKLE va mitoxondriyal SSB oqsillari tomonidan hosil bo'ladi. TWINKLE - bu dsDNK ning 5" dan 3" gacha bo'lgan qisqa qismlarini ochadigan spiral.

Embriogenez jarayonida mtDNK replikatsiyasi urug'lantirilgan oositdan preimplantatsiya embrioni orqali qattiq tartibga solinadi. Har bir hujayradagi hujayralar sonini samarali ravishda kamaytiradigan mtDNK mitoxondriyal bo'g'ozda rol o'ynaydi, bu esa zararli mutatsiyalarning merosini yaxshilash uchun hujayradan hujayraga o'zgaruvchanlikdan foydalanadi. Blastositlar bosqichida mtDNK replikatsiyasining boshlanishi troftokoder hujayralariga xosdir. Bundan farqli o'laroq, ichki hujayra massasi hujayralari ma'lum hujayra turlarini ajratish uchun signallarni qabul qilmaguncha mtDNK replikatsiyasini cheklaydi.

Mitoxondriyal DNK transkripsiyasi

Hayvon mitoxondriyalarida DNKning har bir zanjiri uzluksiz transkripsiyalanadi va polikistronik RNK molekulasini hosil qiladi. Aksariyat (ammo hammasi emas) oqsil kodlash hududlari orasida tRNKlar mavjud (qarang: Inson mitoxondriyalari genomining xaritasi). Transkripsiya jarayonida tRNK o'ziga xos L-shaklga ega bo'lib, u o'ziga xos fermentlar tomonidan tan olinadi va parchalanadi. Mitoxondriyal RNK qayta ishlanganda birlamchi transkriptdan mRNK, rRNK va tRNK ning alohida fragmentlari ajralib chiqadi. Shunday qilib, katlanmış tRNKlar kichik tinish belgilari sifatida ishlaydi.

Mitoxondriyal kasalliklar

MtDNKning yaqinligi tufayli nafas olish zanjiri tomonidan hosil bo'lgan reaktiv kislorod turlariga ayniqsa sezgir ekanligi haqidagi tushuncha munozarali bo'lib qolmoqda. mtDNK yadro DNKsiga qaraganda ko'proq oksidlovchi asos to'plamaydi. Hech bo'lmaganda ba'zi oksidlovchi DNK shikastlanishlari yadroga qaraganda mitoxondriyalarda samaraliroq tiklanadi. mtDNK yadroviy xromatin oqsillari kabi himoya qiluvchi oqsillar bilan o'ralgan. Bundan tashqari, mitoxondriyalar haddan tashqari shikastlangan genomlarni parchalab, so'ngra buzilmagan/ta'mirlangan mtDNK replikatsiyasi orqali mtDNK yaxlitligini saqlaydigan noyob mexanizmni ishlab chiqdi. Bu mexanizm yadroda yo'q va mitoxondriyalarda mavjud bo'lgan mtDNKning bir nechta nusxalari bilan faollashadi. MtDNKdagi mutatsiyaning natijasi ma'lum oqsillarni kodlash ko'rsatmalarining o'zgarishi bo'lishi mumkin, bu organizmning metabolizmi va/yoki fitnesiga ta'sir qilishi mumkin.

Mitoxondriyal DNK mutatsiyalari bir qator kasalliklarga olib kelishi mumkin, jumladan, jismoniy mashqlarga toqat qilmaslik va Kearns-Sayre sindromi (KSS), bu odamning yurak, ko'z va mushak harakatlarining to'liq funktsiyasini yo'qotishiga olib keladi. Ba'zi dalillar, ular qarish jarayoniga va yoshga bog'liq patologiyalarga sezilarli hissa qo'shishi mumkinligini ko'rsatadi. Xususan, kasallik kontekstida hujayradagi mutant mtDNK molekulalarining nisbati geteroplazma deb ataladi. Geteroplazmaning hujayralar ichida va hujayralar orasidagi tarqalishi kasallikning boshlanishi va og'irligini belgilaydi va hujayra ichidagi va rivojlanish jarayonida murakkab stokastik jarayonlarga ta'sir qiladi.

Mitoxondriyal tRNKlardagi mutatsiyalar MELAS va MERRF sindromlari kabi og'ir kasalliklar uchun javobgar bo'lishi mumkin.

Mitoxondriyadan foydalanadigan oqsillarni kodlovchi yadro genlaridagi mutatsiyalar ham mitoxondriyal kasalliklarga hissa qo'shishi mumkin. Bu kasalliklar mitoxondrial irsiyat naqshlariga amal qilmaydi, aksincha, merosning Mendel naqshlariga amal qiladi.

IN Yaqinda mtDNKdagi mutatsiyalar biopsiya manfiy bemorlarda prostata saratonini tashxislashda yordam berish uchun ishlatilgan.

Qarish mexanizmi

Bu fikr munozarali bo'lsa-da, ba'zi dalillar qarish va genomdagi mitoxondrial disfunktsiya o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi. Asosan, mtDNKdagi mutatsiyalar reaktiv kislorod ishlab chiqarish (ROS) va enzimatik ROS ishlab chiqarish (superoksid dismutaza, katalaza, glutatyon peroksidaza va boshqalar kabi fermentlar tomonidan) muvozanatini buzadi. Biroq, ROS ishlab chiqarishni oshiradigan ba'zi mutatsiyalar (masalan, kamaytirish orqali antioksidant himoya) chuvalchanglarda ularning umr ko'rish davomiyligi pasaymasdan ko'payadi. Bundan tashqari, yalang'och kuya kalamushlari, sichqoncha kattaligidagi kemiruvchilar, sichqonlarga qaraganda antioksidant mudofaa kamayganiga va biomolekulalarning oksidlovchi shikastlanishi kuchayganiga qaramay, sichqonlarga qaraganda taxminan sakkiz baravar ko'proq yashaydi.

Bir paytlar ishda yaxshi teskari aloqa davri ("Vicious Cycle") borligiga ishonishgan; mitoxondriyal DNK erkin radikallar keltirib chiqaradigan genetik zararni to'plaganligi sababli, mitoxondriyalar funktsiyasini yo'qotadi va sitozolda erkin radikallarni chiqaradi. Mitoxondriyal funktsiyaning pasayishi umumiy metabolik samaradorlikni pasaytiradi. Biroq, sichqonlar mtDNK mutatsiyalarini muddatidan oldin to'plash uchun genetik jihatdan o'zgartirilganligi, ammo "Vicious Cycle" gipotezasida bashorat qilinganidek, ularning to'qimalari ko'proq ROS ishlab chiqarmasligi isbotlanganida, bu kontseptsiya nihoyat rad etildi. Uzoq umr ko'rish va mitoxondrial DNK o'rtasidagi bog'liqlikni qo'llab-quvvatlagan holda, ba'zi tadqiqotlar mitoxondriyal DNKning biokimyoviy xususiyatlari va turlarning uzoq umr ko'rishi o'rtasidagi bog'liqlikni aniqladi. Ushbu aloqani va qarishga qarshi muolajalarni yanada o'rganish uchun keng qamrovli tadqiqotlar olib borilmoqda. Hozirgi vaqtda gen terapiyasi va ozuqaviy qo'shimchalar davom etayotgan tadqiqotlarning mashhur yo'nalishlari hisoblanadi. Bjelakovich va boshqalar. 1977 yildan 2012 yilgacha jami 296 707 ishtirokchini qamrab olgan 78 ta tadqiqot natijalarini tahlil qildi va antioksidant qo'shimchalar hech qanday sabablarga ko'ra o'limni kamaytirmaydi yoki umr ko'rish davomiyligini uzaytirmaydi degan xulosaga keldi, shu bilan birga ularning ba'zilari, masalan, beta-karotin, E vitamini va undan yuqori. A vitaminining dozalari o'limni oshirishi mumkin.

O'chirishning to'xtash nuqtalari ko'pincha kanonik bo'lmagan (B bo'lmagan) konformatsiyalarga ega bo'lgan hududlarda yoki ularga tutash joylarda, ya'ni soch turmagi, xoch va yoncaga o'xshash elementlarda sodir bo'ladi. Bundan tashqari, spiral buzilish egri chiziqli hududlar va uzun G-tetradlar beqarorlik hodisalarini aniqlashda ishtirok etishi haqida dalillar mavjud. Bundan tashqari, yuqori zichlik nuqtalari doimiy ravishda GC egri bo'lgan hududlarda va YMMYMNNMMHM degeneratsiyalangan ketma-ketlik fragmentiga yaqin joyda kuzatilgan.

Mitoxondriyal DNK yadro DNKsidan qanday farq qiladi?

Ikkala ota-onadan meros bo'lib qolgan va rekombinatsiya jarayonida genlar qayta tashkil etilgan yadro DNKsidan farqli o'laroq, mtDNKda odatda ota-onadan naslga o'tadigan o'zgarish bo'lmaydi. Garchi mtDNK ham rekombinatsiya qilsa-da, u xuddi shu mitoxondriyadagi o'z nusxalari bilan amalga oshiriladi. Shu sababli, hayvonlar mtDNKsining mutatsiya tezligi yadro DNKsiga qaraganda yuqori. mtDNK matriliniyani kuzatish uchun kuchli vositadir va bu rolda yuzlab avlodlar oldin ko'plab turlarning nasl-nasabini kuzatish uchun ishlatilgan.

Mutatsiyaning tez sur'ati (hayvonlarda) mtDNKni tur ichidagi individlar yoki guruhlarning genetik munosabatlarini baholash va turli turlar orasidagi filogeniyalarni (evolyutsion munosabatlarni) aniqlash va miqdorini aniqlash uchun foydali qiladi. Buning uchun biologlar turli shaxslar yoki turlarning mtDNK ketma-ketligini aniqlaydilar va keyin solishtiradilar. Taqqoslash ma'lumotlari mtDNK olingan shaxslar yoki turlar o'rtasidagi munosabatlarni baholashni ta'minlaydigan ketma-ketliklar o'rtasidagi munosabatlar tarmog'ini qurish uchun ishlatiladi. mtDNK yaqin va uzoq turlar o'rtasidagi munosabatlarni baholash uchun ishlatilishi mumkin. Sababli yuqori chastotali Hayvonlardagi mtDNK mutatsiyalari, 3-pozitsiyadagi kodonlar nisbatan tez o'zgaradi va shu bilan yaqindan bog'liq shaxslar yoki turlar orasidagi genetik masofalar haqida ma'lumot beradi. Boshqa tomondan, mt oqsillarining almashinish tezligi juda past, shuning uchun aminokislotalarning o'zgarishi sekin (1 va 2-kodon pozitsiyalarida mos sekin o'zgarishlar bilan) to'planadi va shu bilan ular uzoq qarindoshlarning genetik masofalari haqida ma'lumot beradi. Kodon pozitsiyalari orasidagi almashinish tezligini alohida ko'rib chiqadigan statistik modellar shuning uchun bir vaqtning o'zida bir-biriga yaqin turlarni va uzoq turlarni o'z ichiga olgan filogeniyalarni baholash uchun ishlatilishi mumkin.

MtDNKning kashf etilishi tarixi

Mitoxondrial DNK 1960-yillarda Margit M.K. Nas va Silvan Nas tomonidan mitoxondriya ichidagi DNazga sezgir zanjirlar sifatida elektron mikroskop yordamida va Ellen Xasbrunner, Xans Tappi va Gottfrid Schatz tomonidan yuqori darajada tozalangan mitoxning biokimyoviy tahlillari natijasida kashf etilgan.

Mitoxondriyal DNK birinchi marta 1996 yilda Tennessi Pol Uorga qarshi o'yin davomida tan olingan. 1998 yilda Pensilvaniya Hamdo'stligi Patrisiya Lin Rorerga qarshi sud ishida mitoxondriyal DNK birinchi marta Pensilvaniya shtatida dalil sifatida qabul qilindi. Ish True Drama Sud-tibbiy sud ishi seriyasining 5-mavsumining 55-qismida (5-mavsumda) tasvirlangan.

Mitoxondrial DNK birinchi marta Kaliforniyada Devid Vesterfildni 2002 yilda San-Diegoda 7 yoshli Danielle van Damni o'g'irlab ketish va o'ldirish uchun muvaffaqiyatli sudlash paytida tan olingan va u odamlar va itlarni aniqlash uchun ishlatilgan. Bu AQShda itlarning DNKsini aniqlash uchun birinchi sinov edi.

mtDNK ma'lumotlar bazalari

Mitoxondriyal genom ketma-ketliklari va boshqa ma'lumotlarni to'plash uchun bir nechta maxsus ma'lumotlar bazalari yaratilgan. Ularning ko'pchiligi ketma-ketlik ma'lumotlariga e'tibor qaratgan bo'lsa-da, ba'zilari filogenetik yoki funktsional ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

• MitoSatPlant: mitoxondriyal viridiplantlarning mikrosatellit ma'lumotlar bazasi.

• MitoBreak: Mitoxondrial DNK uzilish nuqtasi ma'lumotlar bazasi.

• MitoFish va MitoAnnotator: baliq mitoxondriyal genom ma'lumotlar bazasi. Shuningdek qarang: Cawthorn va boshqalar.

• MitoZoa 2.0: mitoxondriyal genomlarning qiyosiy va evolyutsion tahlili uchun ma'lumotlar bazasi (endi mavjud emas)

• InterMitoBase: inson mitoxondriyalari uchun izohli ma'lumotlar bazasi va oqsil-oqsil o'zaro ta'sirini tahlil qilish platformasi (oxirgi marta 2010 yilda yangilangan, ammo hali ham mavjud emas)

• Mitom: metazoanlarning qiyosiy mitoxondrial genomikasi uchun ma'lumotlar bazasi (endi mavjud emas)

• MitoRes: yadroviy kodlangan mitoxondrial genlar va ularning metazoalardagi mahsulotlari uchun resurs (endi yangilanmagan)

Odamning mitoxondriyal DNKsidagi polimorfizmlar va mutatsiyalar hamda ularning patogenligini baholash haqida xabar beruvchi bir qancha maxsus ma'lumotlar bazalari mavjud.

• MITOMAP: inson mitoxondriyal DNKsidagi polimorfizmlar va mutatsiyalar to'plami.

• MitImpact: Inson mitoxondrial oqsil kodlovchi genlarida sinonim bo'lmagan almashtirishlarni keltirib chiqaradigan barcha nukleotid o'zgarishlari uchun taxmin qilingan patogenlik bashoratlari to'plami.

Evolyutsiya jarayonida "hujayraning energiya stantsiyalarida" qolgan genlar boshqaruv muammolaridan qochishga yordam beradi: agar mitoxondriyada biror narsa buzilsa, u "markazdan" ruxsatni kutmasdan, uni o'zi tuzatishi mumkin.

Bizning hujayralarimiz energiyani ko'pincha hujayraning energiya stantsiyalari deb ataladigan mitoxondriya deb ataladigan maxsus organellalar yordamida oladi. Tashqi tomondan, ular er-xotin devorli tanklarga o'xshaydi va ichki devor juda notekis, ko'plab kuchli chuqurchaga ega.

Yadro (rangli ko'k) va mitoxondriya (qizil rangli) bo'lgan hujayra. (NICHD/Flickr.com surati)

Kesimdagi mitoxondriyalar, ichki membrananing o'simtalari uzunlamasına ichki chiziqlar shaklida ko'rinadi. (Visuals Unlimited/Corbis tomonidan olingan surat.)

Mitoxondriyalarda juda ko'p biokimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi, ular davomida "oziq-ovqat" molekulalari asta-sekin oksidlanadi va parchalanadi va ularning kimyoviy bog'lanish energiyasi hujayra uchun qulay shaklda saqlanadi. Ammo, qo'shimcha ravishda, bu "energiya stantsiyalari" genlar bilan o'zlarining DNKlariga ega, ular RNK sintezini ta'minlaydigan o'zlarining molekulyar mashinalari tomonidan xizmat qiladi, so'ngra oqsil sintezi.

Juda uzoq o'tmishda mitoxondriyalar boshqa bir hujayrali mavjudotlar (ehtimol, arxeya) tomonidan iste'mol qilingan mustaqil bakteriyalar bo'lgan deb ishoniladi. Ammo bir kuni "yirtqichlar" to'satdan yutib yuborilgan protomitoxondriyalarni hazm qilishni to'xtatib, ularni o'zlarida saqlab qolishdi. Simbiontlarning bir-biri bilan uzoq ishqalanishi boshlandi; Natijada, yutib yuborilganlar o'zlarining tuzilishini sezilarli darajada soddalashtirdilar va hujayra ichidagi organellalarga aylandilar va ularning "xo'jayinlari" yanada samarali energiya tufayli o'simliklar va hayvonlargacha bo'lgan hayotning tobora murakkab shakllariga aylana oldilar.

Bir vaqtlar mitoxondriyalar mustaqil bo'lganligi ularning genetik apparati qoldiqlari bilan tasdiqlanadi. Albatta, agar siz ichkarida hamma narsa tayyor bo'lsa, o'z genlaringizni o'z ichiga olish zarurati yo'qoladi: inson hujayralaridagi zamonaviy mitoxondriyalarning DNKsi atigi 37 genni o'z ichiga oladi - yadro DNKidagi 20-25 mingga qarshi. Millionlab yillar davomida evolyutsiya davomida ko'plab mitoxondrial genlar hujayra yadrosiga o'tdi: ular kodlagan oqsillar sitoplazmada sintezlanadi va keyin mitoxondriyalarga ko'chiriladi. Biroq, darhol savol tug'iladi: nega 37 gen hali ham o'z joyida qoldi?

Mitoxondriyalar, takrorlaymiz, barcha eukaryotik organizmlarda, ya'ni hayvonlar, o'simliklar, zamburug'lar va oddiygina organizmlarda mavjud. Ian Jonston ( Iain Jonston) Birmingem va Ben Uilyams universitetidan ( Ben P. Uilyams) Whitehead institutidan turli eukaryotlardan olingan 2000 dan ortiq mitoxondrial genomlarni tahlil qildi. Maxsus matematik model yordamida tadqiqotchilar evolyutsiya davrida mitoxondriyalarda qaysi genlar qolish ehtimoli ko‘proq ekanligini tushunishga muvaffaq bo‘lishdi.

© G.M. Dymshits

Mitoxondriyal genomning kutilmagan hodisalari

G.M. Dymshits

Grigoriy Moiseevich Dymshits, Biologiya fanlari doktori, Novosibirsk davlat universiteti molekulyar biologiya kafedrasi professori, Rossiya Fanlar akademiyasining Sibir filiali Sitologiya va genetika instituti genom tuzilishi laboratoriyasi mudiri. Umumiy biologiya bo'yicha to'rtta maktab darsligining hammuallifi va muharriri.

Mitoxondriyadagi DNK molekulalari kashf etilganidan buyon chorak asr o‘tdi, ular bilan nafaqat molekulyar biologlar va sitologlar, balki genetiklar, evolyutsionistlar, shuningdek, paleontologlar va kriminologlar, tarixchilar va tilshunoslar ham qiziqa boshladi. Bunday keng tarqalgan qiziqish Kaliforniya universitetidan A. Uilsonning ishi bilan qo'zg'atildi. 1987 yilda u besh qit'ada yashovchi barcha inson irqlari turli etnik guruhlarning 147 vakilidan olingan mitoxondriyal DNKning qiyosiy tahlili natijalarini e'lon qildi. Alohida mutatsiyalarning turi, joylashuvi va sonidan kelib chiqqan holda, barcha mitoxondriyal DNK ajdodlarning bir nukleotid ketma-ketligidan divergensiya orqali paydo bo'lganligi aniqlandi. Soxta ilmiy matbuotda bu xulosa juda soddalashtirilgan tarzda talqin qilingan - butun insoniyat Shimoliy-Sharqiy Afrikada taxminan 200 yil yashagan mitoxondrial Momo Havo (ikkala qizlari ham, o'g'illari ham mitoxondriyalarni faqat onalaridan oladi) deb nomlangan bitta ayoldan kelib chiqqan. ming yil oldin. Yana 10 yil o'tgach, neandertal qoldiqlaridan ajratilgan mitoxondriyal DNK parchasini ochish va odamlar va neandertallarning so'nggi umumiy ajdodi 500 ming yil oldin mavjudligini taxmin qilish mumkin edi.

Bugungi kunda inson mitoxondrial genetikasi ham populyatsiyada, ham tibbiy jihatdan jadal rivojlanmoqda. Bir qator og'ir irsiy kasalliklar va mitoxondriyal DNKdagi nuqsonlar o'rtasida bog'liqlik o'rnatildi. Qarish bilan bog'liq genetik o'zgarishlar mitoxondriyalarda eng aniq namoyon bo'ladi. Odam va boshqa hayvonlarda o‘simliklar, zamburug‘lar va oddiy hayvonlarnikidan kattaligi, shakli va genetik qobiliyatiga ko‘ra farq qiluvchi mitoxondrial genom nima? Mitoxondriyal genom qanday ishlaydi va u turli taksonlarda qanday paydo bo'lgan? Bu bizning maqolamizda muhokama qilinadi.

Mitoxondriyalar hujayraning energiya stantsiyalari deb ataladi. Tashqi silliq membranadan tashqari ular ko'p sonli burmalarni hosil qiluvchi ichki membranaga ega - krista. Ular nafas olish zanjirining o'rnatilgan oqsil komponentlarini o'z ichiga oladi - oksidlangan ozuqa moddalarining kimyoviy bog'lanish energiyasini adenozin trifosfor kislotasi (ATP) molekulalarining energiyasiga aylantirishda ishtirok etadigan fermentlar. Ushbu "konvertatsiya qilinadigan valyuta" bilan hujayra barcha energiya ehtiyojlarini to'laydi. Yashil o'simliklar hujayralarida mitoxondriyalardan tashqari, boshqa energiya stantsiyalari - xloroplastlar ham mavjud. Ular "quyosh batareyalarida" ishlaydi, ammo ADP va fosfatdan ATP hosil qiladi. Mitoxondriyalar singari, xloroplastlar - avtonom tarzda ko'payadigan organellalar ham ikkita membranaga ega va DNKni o'z ichiga oladi.

Mitoxondriyal matritsada DNKdan tashqari, endoplazmatik retikulum membranalarida joylashgan eukaryotik ribosomalardan ko'p xususiyatlari bilan farq qiluvchi o'ziga xos ribosomalar ham mavjud. Biroq, ularning tarkibiga kiradigan barcha oqsillarning 5% dan ko'pi mitoxondriya ribosomalarida hosil bo'ladi. Mitoxondriyaning strukturaviy va funksional komponentlarini tashkil etuvchi oqsillarning aksariyati yadro genomi tomonidan kodlanadi, endoplazmatik retikulum ribosomalarida sintezlanadi va uning kanallari orqali yig'ilish joyiga etkaziladi. Shunday qilib, mitoxondriyalar ikkita genom va ikkita transkripsiya va tarjima apparatlarining birgalikdagi harakatlarining natijasidir. Mitoxondrial nafas olish zanjirining ba'zi subunit fermentlari turli polipeptidlardan iborat bo'lib, ularning bir qismi yadro genomi, ba'zilari esa mitoxondriyal genom tomonidan kodlangan. Masalan, oksidlovchi fosforlanishning asosiy fermenti, xamirturushdagi sitoxrom c oksidaza mitoxondriyalarda kodlangan va sintezlangan uchta subbirlikdan va hujayra yadrosida kodlangan va sitoplazmada sintezlangan to'rtta subbirlikdan iborat. Aksariyat mitoxondrial genlarning ifodalanishi maxsus yadro genlari tomonidan boshqariladi.

Mitoxondriyal genomlarning o'lchamlari va shakllari

Bugungi kunga qadar 100 dan ortiq turli xil mitoxondrial genomlar o'qilgan. Nukleotidlar ketma-ketligi to'liq aniqlangan mitoxondrial DNKdagi ularning genlari to'plami va soni hayvonlar, o'simliklar, zamburug'lar va oddiy hayvonlarning turli turlarida juda katta farq qiladi. Eng ko'p genlar flagellatli protozoalarning mitoxondrial genomida topilgan. Rectinomonas americana- 97 gen, shu jumladan boshqa organizmlarning mtDNKsida topilgan barcha protein kodlovchi genlar. Ko‘pgina yuqori hayvonlarda mitoxondriyal genomda 37 ta gen mavjud: nafas olish zanjiri oqsillari uchun 13 ta, tRNK uchun 22 ta va rRNK uchun ikkita (katta ribosoma bo‘linmasi 16S rRNK va kichik 12S rRNK uchun). O'simliklar va protozoalarda, hayvonlar va ko'pchilik zamburug'lardan farqli o'laroq, mitoxondriyal genom ushbu organellalarning ribosomalarini tashkil etuvchi ba'zi oqsillarni ham kodlaydi. Shablonli polinukleotid sintezining asosiy fermentlari, masalan, DNK polimeraza (mitoxondriyal DNKni replikatsiya qiluvchi) va RNK polimeraza (mitoxondriyal genomni transkripsiya qiluvchi) yadroda shifrlangan va sitoplazmadagi ribosomalarda sintezlanadi. Bu fakt eukaryotik hujayraning murakkab ierarxiyasida mitoxondrial avtonomiyaning nisbiyligini ko'rsatadi.

Turli xil turlarning mitoxondrial genomlari nafaqat genlar to'plami, ularning joylashishi va ifodalanish tartibi, balki DNKning hajmi va shakli bilan ham farqlanadi. Bugungi kunda tasvirlangan mitoxondrial genomlarning aksariyati dumaloq o'ta o'ralgan ikki zanjirli DNK molekulalaridir. Ba'zi o'simliklarda aylana shakllari bilan bir qatorda chiziqli shakllar ham mavjud va ba'zi oddiy hayvonlarda, masalan, siliatlarda, mitoxondriyalarda faqat chiziqli DNK mavjud.

Odatda, har bir mitoxondriya o'z genomining bir nechta nusxalarini o'z ichiga oladi. Shunday qilib, inson jigar hujayralarida 2 mingga yaqin mitoxondriya mavjud bo'lib, ularning har birida 10 ta bir xil genom mavjud. Sichqoncha fibroblastlarida ikkita genomni o'z ichiga olgan 500 ta mitoxondriya va xamirturush hujayralarida S.cerevisiae- har biri to'rtta genomga ega bo'lgan 22 tagacha mitoxondriya.

O'simliklarning mitoxondrial genomi odatda har xil o'lchamdagi bir nechta molekulalardan iborat. Ulardan biri, ya'ni "asosiy xromosoma" genlarning ko'p qismini o'z ichiga oladi va bir-biri bilan ham, asosiy xromosoma bilan ham dinamik muvozanatda bo'lgan kichikroq doiraviy shakllar hujayra ichidagi va molekulalararo rekombinatsiya natijasida hosil bo'ladi. takroriy ketma-ketliklarning mavjudligi (1-rasm).

1-rasm. O'simlik mitoxondriyalarida turli o'lchamdagi dumaloq DNK molekulalarining hosil bo'lish sxemasi.
Rekombinatsiya takroriy hududlar bo'ylab sodir bo'ladi (ko'k rang bilan ko'rsatilgan).

2-rasm. Chiziqli (A), aylana (B), zanjir (C) mtDNK oligomerlarining hosil bo'lish sxemasi.
ori DNK replikatsiyasi boshlanadigan hududdir.

Turli organizmlarning mitoxondrial genomining kattaligi falciparum plazmodiumidagi 6 ming tayanch juftidan (ikkita rRNK genidan tashqari u faqat uchta protein kodlovchi genni o'z ichiga oladi) quruqlikdagi o'simliklardagi yuz minglab asosiy juftlarga (uchun) o'zgarib turadi. misol, Arabidopsis thaliana xochga mixlangan oiladan 366924 juft nukleotid). Bundan tashqari, yuqori o'simliklarning mtDNK hajmidagi 7-8 baravar farqlar hatto bir oilada ham uchraydi. Umurtqali hayvonlarning mtDNK uzunligi biroz farq qiladi: odamlarda - 16569 juft nukleotid, cho'chqalarda - 16350, delfinlarda - 16330, tirnoqli qurbaqalarda Xenopus laevis- 17533, sazanda - 16400. Bu genomlar genlarning lokalizatsiyasi bo'yicha ham o'xshash bo'lib, ularning aksariyati uchi uchi joylashgan; ba'zi hollarda ular hatto bir-birining ustiga chiqadi, odatda bitta nukleotid, shuning uchun bir genning oxirgi nukleotidi keyingisida birinchi bo'ladi. Umurtqali hayvonlardan farqli o'laroq, o'simliklar, zamburug'lar va protozoalarda mtDNK 80% gacha kodlanmaydigan ketma-ketlikni o'z ichiga oladi. Mitoxondrial genomlardagi genlarning tartibi turlarga qarab farq qiladi.

Mitoxondriyadagi reaktiv kislorod turlarining yuqori konsentratsiyasi va zaif ta'mirlash tizimi mtDNK mutatsiyalarining chastotasini yadro DNKsiga nisbatan kattalik tartibida oshiradi. Kislorod radikallari C®T (sitozin deaminatsiyasi) va G®T (guaninning oksidlovchi shikastlanishi) o'ziga xos almashtirishlarni keltirib chiqaradi, buning natijasida mtDNK AT juftlariga boy bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, barcha mtDNKlar qiziqarli xususiyatga ega - ular yadro va prokaryotik DNKdan farqli o'laroq, metillanmagan. Ma'lumki, metillanish (DNKning kodlash funktsiyasini buzmasdan nukleotidlar ketma-ketligini vaqtincha kimyoviy modifikatsiya qilish) dasturlashtirilgan gen inaktivatsiyasi mexanizmlaridan biridir.

Sutemizuvchilarning mitoxondriyal DNKsining replikatsiyasi va transkripsiyasi

Ko'pgina hayvonlarda mtDNKdagi komplementar zanjirlar o'ziga xos zichlikda sezilarli darajada farqlanadi, chunki ular teng bo'lmagan miqdorda "og'ir" purin va "engil" pirimidin nukleotidlarini o'z ichiga oladi. Shuning uchun ular deyiladi - H (og'ir - og'ir) va L (engil - engil) zanjir. MtDNK molekulasi replikatsiyasining boshida D-loop deb ataladigan shakl hosil bo'ladi (inglizcha joy almashish halqasidan - siljish halqasi). Elektron mikroskopda ko'rinadigan bu struktura ikki va bir ipli (H-zanjirning cho'zilgan qismi) mintaqadan iborat. Ikki zanjirli hudud L-zanjirning bir qismi va uni to'ldiruvchi yangi sintezlangan DNK bo'lagidan hosil bo'ladi, uzunligi 450-650 nukleotid (organizm turiga qarab), 5" uchida ribonukleotid primeriga ega bo'lib, unga mos keladi. H-zanjir sintezining boshlang'ich nuqtasiga (ori H sintezi) L-zanjir faqat qizi H-zanjir ori L nuqtasiga yetganda boshlanadi. zanjir DNK sintezi fermentlari uchun faqat bitta zanjirli holatda va shuning uchun H sintezi paytida faqat burilmagan qo'sh spiralda mavjud - zanjirlar Shunday qilib, mtDNKning qiz zanjirlari uzluksiz va asinxron ravishda sintezlanadi (3-rasm).

3-rasm. Sutemizuvchilar mtDNK replikatsiya sxemasi.
Birinchidan, D-loop hosil bo'ladi, so'ngra qizi H-simtalanadi,
keyin qizi L-zanjirning sintezi boshlanadi.

Mitoxondriyalarda D-loopli molekulalarning umumiy soni to'liq replikatsiya qiluvchi molekulalar sonidan sezilarli darajada oshadi. Buning sababi D-pak qo'shimcha funktsiyalarga ega - mtDNKni ichki membranaga biriktirish va transkripsiyani boshlash, chunki ikkala DNK zanjirining transkripsiya promouterlari ushbu mintaqada lokalizatsiya qilingan.

Bir-biridan mustaqil ravishda transkripsiya qilingan ko'pgina eukaryotik genlardan farqli o'laroq, sutemizuvchilar mtDNK zanjirlarining har biri H- va to'ldiruvchi bu ikki uzun RNK molekulasidan tashqari, ori H mintaqasidan boshlab, bitta RNK molekulasini hosil qilish uchun transkripsiya qilinadi L-zanjirlar, ko'proq H-zanjirning bir nuqtadan boshlanib, 16S rRNK genining 3" uchida tugaydigan qisqa bo'limlari hosil bo'ladi (4-rasm). Bunday qisqa transkriptlar uzun bo'lganlarga qaraganda 10 marta ko'p. Yetilish (qayta ishlash) natijasida ulardan 12S rRNK va mitoxondriyal ribosomalar hosil boʻlishida ishtirok etuvchi 16S rRNK, shuningdek, fenilalanin va valin tRNK, qolgan tRNKlar uzun transkriptlardan ajratib olinadi va tarjima qilingan mRNKlar hosil boʻladi. poliadenil ketma-ketliklari biriktirilgan 3" uchlari. Bu mRNKlarning 5" uchlari yopilmagan, bu eukariotlar uchun odatiy holdir. Sutemizuvchilarning mitoxondrial genlarining hech birida intronlar bo'lmagani uchun qo'shilish sodir bo'lmaydi.

4-rasm. 37 genni o'z ichiga olgan inson mtDNKsining transkripsiyasi. Barcha transkriptlar ori H mintaqasida sintezlana boshlaydi, ribosoma RNKlari uzun va qisqa H-strandlardan ajratiladi. tRNK va mRNK DNKning ikkala zanjiri transkriptlaridan ishlov berish natijasida hosil bo'ladi. tRNK genlari och yashil rangda ko'rsatilgan.

Mitoxondriyal genomning kutilmagan hodisalari

Sutemizuvchilar va xamirturush mitoxondriyalarining genomlari taxminan bir xil miqdordagi genlarni o'z ichiga olishiga qaramay, xamirturush genomining hajmi 4-5 baravar katta - taxminan 80 ming tayanch juft. Xamirturushli mtDNK ning kodlash ketma-ketligi odamlarda mos keladigan ketma-ketliklarga juda o'xshash bo'lsa-da, xamirturush mRNKlari qo'shimcha ravishda ko'pchilik yadro mRNKlari kabi 5 "lider" va 3" kodlanmagan hududga ega. Bir qator genlarda intronlar ham mavjud. Shunday qilib, sitoxrom oksidaz b ni kodlovchi quti geni ikkita intronga ega. Birinchi intronning ko'p qismining nusxasi birlamchi RNK transkripsiyasidan avtokatalitik (hech qanday oqsillar ishtirokisiz) chiqariladi. Qolgan RNK qo'shilishda ishtirok etuvchi maturaza fermentini hosil qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladi. Uning aminokislotalar ketma-ketligining bir qismi intronlarning qolgan nusxalarida kodlangan. Maturaza ularni kesib, o'zining mRNKsini yo'q qiladi, ekzonlarning nusxalari birlashtiriladi va sitoxrom oksidaza b uchun mRNK hosil bo'ladi (5-rasm). Ushbu hodisaning kashf etilishi bizni intronlar g'oyasini "kodlanmagan ketma-ketliklar" sifatida qayta ko'rib chiqishga majbur qildi.

5-rasm. Xamirturush mitoxondriyalarida sitoxrom oksidaza b mRNKni qayta ishlash (etilish).
Splaysning birinchi bosqichida mRNK hosil bo'ladi, u maturaza sintez qilish uchun ishlatiladi,
ikkinchi ulash bosqichi uchun zarur.

Mitoxondriyal genlarning ifodasini o'rganishda Trypanosoma brucei molekulyar biologiyaning asosiy aksiomalaridan birining hayratlanarli og'ishini aniqladi, unda mRNKdagi nukleotidlar ketma-ketligi DNKning kodlash hududlaridagi ketma-ketlikka to'liq mos keladi. Ma'lum bo'lishicha, sitoxrom c oksidaza bo'linmalaridan birining mRNKsi tahrirlangan, ya'ni. transkripsiyadan so'ng uning asosiy tuzilishi o'zgaradi - to'rtta urasil kiritiladi. Natijada, aminokislotalar ketma-ketligi tahrir qilinmagan mRNK tomonidan kodlangan ketma-ketlik bilan hech qanday umumiylikka ega bo'lmagan fermentning qo'shimcha bo'linmasini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladigan yangi mRNK hosil bo'ladi (jadvalga qarang).

Birinchi marta tripanosoma mitoxondriyalarida kashf etilgan RNKni tahrirlash yuqori o'simliklarning xloroplastlari va mitoxondriyalarida keng tarqalgan. U sutemizuvchilarning somatik hujayralarida ham uchraydi, masalan, inson ichak epiteliyasida apolipoprotein genining mRNKsi tahrirlanadi.

Mitoxondriya 1979 yilda olimlarga eng katta ajablanib taqdim etdi. O'sha vaqtga qadar genetik kod universal bo'lib, bir xil tripletlar bakteriyalar, viruslar, zamburug'lar, o'simliklar va hayvonlardagi bir xil aminokislotalarni kodlaydi, deb hisoblar edi. Ingliz tadqiqotchisi Burrell buzoq mitoxondrial genlaridan birining tuzilishini ushbu gen tomonidan kodlangan sitoxrom oksidaza subbirligidagi aminokislotalar ketma-ketligi bilan taqqosladi. Ma'lum bo'lishicha, qoramollarda (shuningdek, odamlarda) mitoxondriyalarning genetik kodi nafaqat universaldan farq qiladi, balki u "ideal", ya'ni. quyidagi qoidaga bo'ysunadi: "agar ikkita kodon ikkita bir xil nukleotidga ega bo'lsa va uchinchi nukleotidlar bir xil sinfga tegishli bo'lsa (purin - A, G yoki pirimidin - U, C), ular bir xil aminokislotalarni kodlashadi." Universal kodda bu qoidadan ikkita istisno mavjud: AUA tripleti izolösinni va AUG kodoni metioninni kodlaydi, ideal mitoxondrial kodda esa bu tripletlarning ikkalasi ham metioninni kodlaydi; UGG tripleti faqat triptofanni, UGA tripleti esa stop kodonini kodlaydi. Umumjahon kodida ikkala og'ish ham oqsil sintezining asosiy jihatlariga taalluqlidir: AUG kodoni boshlang'ich hisoblanadi va to'xtash kodoni UGA polipeptid sintezini to'xtatadi. Ideal kod barcha tasvirlangan mitoxondriyalarga xos emas, lekin ularning hech biri universal kodga ega emas. Aytish mumkinki, mitoxondriyalar turli tillarda gaplashadi, lekin yadro tilida hech qachon gapirmaydi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, umurtqali hayvonlarning mitoxondrial genomida 22 ta tRNK genlari mavjud. Bunday to'liq bo'lmagan to'plam aminokislotalar uchun barcha 60 ta kodonga qanday xizmat qiladi (64 ta tripletning ideal kodida to'rtta to'xtash kodon mavjud, universal kodda uchta)? Gap shundaki, mitoxondriyadagi oqsil sintezi jarayonida kodon-antikodon o'zaro ta'siri soddalashtiriladi - tanib olish uchun uchta antikodon nukleotiddan ikkitasi ishlatiladi. Shunday qilib, bitta tRNK kodon oilasining barcha to'rt a'zosini taniydi, faqat uchinchi nukleotidda farqlanadi. Masalan, GAU antikodonli leytsin tRNK TsU, TsUC, TsUA va Tsug kodonlariga qarama-qarshi ribosomada joylashgan bo'lib, leysinning polipeptid zanjiriga xatosiz qo'shilishini ta'minlaydi. Yana ikkita leysin kodonlari, UUA va UUG, tRNK tomonidan AAU antikodoni bilan tan olinadi. Hammasi bo'lib, sakkiz xil tRNK molekulalari har biri to'rtta kodondan iborat sakkizta oilani taniydi va 14 tRNK har biri bitta aminokislotani kodlaydigan turli juft kodonlarni taniydi.

Aminoatsil-tRNK sintetaza fermentlarining tegishli mitoxondriyal tRNKlarga qo'shilishi uchun javob beradigan aminokislotalar hujayra yadrosida kodlanganligi va endoplazmatik retikulum ribosomalarida sintezlanishi muhimdir. Shunday qilib, umurtqali hayvonlarda mitoxondrial polipeptid sintezining barcha oqsil komponentlari yadroda shifrlangan. Bunday holda, mitoxondriyadagi oqsil sintezi eukaryotik ribosomalarning ishini bloklaydigan siklogeksimid tomonidan bostirilmaydi, ammo bakteriyalarda oqsil sintezini inhibe qiluvchi eritromitsin va xloramfenikol antibiotiklariga sezgir. Bu fakt eukaryotik hujayralarning simbiotik shakllanishi paytida mitoxondriyalarning aerob bakteriyalardan kelib chiqishi foydasiga dalillardan biri bo'lib xizmat qiladi.

Mitoxondriyalarning kelib chiqishining simbiotik nazariyasi

Hujayra ichidagi endosimbiont bakteriyalardan mitoxondriya va o'simlik plastidlarining kelib chiqishi haqidagi faraz R.Altman tomonidan 1890-yilda ifodalangan. Yarim asr avval paydo bo'lgan biokimyo, sitologiya, genetika va molekulyar biologiyaning jadal rivojlanishi asrida gipoteza shunday bo'ldi. katta miqdordagi faktik materiallarga asoslangan nazariyaga aylandi. Uning mohiyati shundan iboratki: fotosintetik bakteriyalar paydo bo'lishi bilan Yer atmosferasida to'plangan kislorod - ularning metabolizmining qo'shimcha mahsuloti. Uning konsentratsiyasi ortishi bilan anaerob geterotroflarning hayoti murakkablashdi va ularning ba'zilari energiya olish uchun kislorodsiz fermentatsiyadan oksidlovchi fosforlanishga o'tdi. Bunday aerob geterotroflar anaerob bakteriyalarga qaraganda yuqori samaradorlik bilan fotosintez natijasida hosil bo'lgan organik moddalarni parchalashi mumkin edi. Erkin yashovchi aeroblarning bir qismi anaeroblar tomonidan ushlangan, ammo "hazm qilinmagan" emas, balki energiya stantsiyalari, mitoxondriyalar sifatida saqlanadi. Mitoxondriyalarni nafas olish qobiliyatiga ega bo'lmagan hujayralarga ATP molekulalari bilan ta'minlash uchun asirga olingan qul sifatida qaramaslik kerak. Ular proterozoy davrida o'zlari va avlodlari uchun eng yaxshi boshpana topadigan "maxluqlar" bo'lib, ular eng kam kuch sarflashlari mumkin edi.

Ko'pgina faktlar simbiotik nazariya foydasiga gapiradi:

- mitoxondriyalar va erkin yashovchi aerob bakteriyalarning o'lchamlari va shakllari mos keladi; ikkalasi ham gistonlar bilan bog'lanmagan dumaloq DNK molekulalarini o'z ichiga oladi (chiziqli yadro DNKsidan farqli o'laroq);

Nukleotidlar ketma-ketligi nuqtai nazaridan mitoxondriyalarning ribosoma va transfer RNKlari yadrodan farq qiladi, shu bilan birga ba'zi aerob grammusbat eubakteriyalarning o'xshash molekulalari bilan hayratlanarli darajada o'xshashlikni namoyish etadi;

Mitoxondriyal RNK polimerazalari, garchi hujayra yadrosida kodlangan bo'lsa-da, bakterial kabi rifampitsin tomonidan inhibe qilinadi va eukaryotik RNK polimerazalari bu antibiotikga sezgir emas;

Mitoxondriya va bakteriyalarda oqsil sintezi eukariotlarning ribosomalariga ta'sir qilmaydigan bir xil antibiotiklar tomonidan bostiriladi;

Mitoxondriyaning ichki membranasi va bakterial plazmalemmaning lipid tarkibi o'xshash, ammo eukaryotik hujayralarning boshqa membranalari bilan gomologik bo'lgan mitoxondriyaning tashqi membranasidan juda farq qiladi;

Ichki mitoxondriyal membranadan hosil bo'lgan kristallar ko'plab prokariotlarning mezosomal membranalarining evolyutsion analoglari;

Bakteriyalardan (ibtidoiy amyoba) mitoxondriyalarni hosil qilish yo'lida oraliq shakllarga taqlid qiluvchi organizmlar hali ham mavjud. Pelomyxa mitoxondriyaga ega emas, lekin har doim endosimbiotik bakteriyalarni o'z ichiga oladi).

Eukariotlarning turli qirolliklarida turli ajdodlar bo'lgan va bakteriyalar endosimbiozi paydo bo'lgan degan fikr mavjud. turli bosqichlar tirik organizmlar evolyutsiyasi. Bu protozoa, zamburug'lar, o'simliklar va yuqori hayvonlarning mitoxondrial genomlari tuzilishidagi farqlardan ham dalolat beradi. Ammo barcha holatlarda promitoxondriya genlarining asosiy qismi yadroga, ehtimol mobil genetik elementlarning yordami bilan kirgan. Simbiontlardan birining genomining bir qismi boshqasining genomiga kiritilganda, simbiontlarning integratsiyasi qaytarilmas holga keladi.

Yangi genom metabolik yo'llarni yaratishi mumkin, bu esa foydali mahsulotlarning shakllanishiga olib keladi, ularni faqat ikkala sherik ham sintez qila olmaydi. Shunday qilib, buyrak usti korteksining hujayralari tomonidan steroid gormonlar sintezi murakkab reaktsiyalar zanjiri bo'lib, ularning ba'zilari mitoxondriyalarda, ba'zilari esa endoplazmatik retikulumda sodir bo'ladi. Promitoxondrial genlarni ushlash orqali yadro simbiontning funktsiyalarini ishonchli boshqarishga muvaffaq bo'ldi. Yadroda mitoxondriyaning tashqi membranasining barcha oqsillari va lipid sintezi, matritsa oqsillarining aksariyati va organellalarning ichki membranasi kodlangan. Eng muhimi, yadro mtDNK replikatsiyasi, transkripsiyasi va tarjimasi uchun fermentlarni kodlaydi va shu bilan mitoxondriyalarning o'sishi va ko'payishini nazorat qiladi. Simbioz sheriklarining o'sish tezligi taxminan bir xil bo'lishi kerak. Agar uy egasi tezroq o'sadigan bo'lsa, unda har bir avlod bilan bir kishiga simbiontlar soni kamayadi va oxir-oqibat mitoxondriyasiz avlodlar paydo bo'ladi. Bizga ma'lumki, jinsiy yo'l bilan ko'payadigan organizmning har bir hujayrasida ko'plab mitoxondriyalar mavjud bo'lib, ular uy egasining bo'linishlari orasida o'zlarining DNKlarini takrorlaydilar. Bu qiz hujayralarning har biri mitoxondriyal genomning kamida bitta nusxasini olishini ta'minlaydi.

Sitoplazmatik meros

Nafas olish zanjirining asosiy komponentlarini va o'zining oqsil sintez qilish apparatini kodlashdan tashqari, mitoxondriyal genom ba'zi hollarda ba'zi morfologik va fiziologik xususiyatlarni shakllantirishda ishtirok etadi. Bu belgilarga NCS sindromi (xromosoma bo'lmagan chiziq, xromosoma bo'lmagan kodlangan barg dog'i) va yuqori o'simliklarning bir qator turlariga xos bo'lgan sitoplazmatik erkak bepushtligi (CMS) kiradi, bu polenning normal rivojlanishining buzilishiga olib keladi. Ikkala belgining namoyon bo'lishi mtDNK tuzilishidagi o'zgarishlar bilan bog'liq. CMSda mitoxondrial genomlarning qayta tuzilishi ma'lum nukleotidlar ketma-ketligi yoki butun genlarning o'chirilishiga, dublikatsiyasiga, inversiyasiga yoki kiritilishiga olib keladigan rekombinatsiya hodisalari natijasida kuzatiladi. Bunday o'zgarishlar nafaqat mavjud genlarga zarar etkazishi, balki yangi ishlaydigan genlarning paydo bo'lishiga ham olib kelishi mumkin.

Sitoplazmatik irsiyat, yadroviy irsiyatdan farqli o'laroq, Mendel qonunlariga bo'ysunmaydi. Buning sababi, yuqori darajadagi hayvonlar va o'simliklarning turli jinsdagi gametalarida turli xil miqdordagi mitoxondriyalar mavjud. Shunday qilib, sichqon tuxumida 90 ming mitoxondriya bor, ammo spermada faqat to'rtta. Ko'rinib turibdiki, urug'langan tuxumda mitoxondriyalar asosan yoki faqat urg'ochi individdan, ya'ni. Barcha mitoxondrial genlarning merosi onalikdir. Yadro-sitoplazmatik o'zaro ta'sir tufayli sitoplazmatik merosni genetik tahlil qilish qiyin. Sitoplazmatik erkak bepushtligi holatida mutant mitoxondrial genom ma'lum yadro genlari bilan o'zaro ta'sir qiladi, ularning retsessiv allellari belgi rivojlanishi uchun zarurdir. Bu genlarning dominant allellari, ham gomo-, ham geterozigota holatda, mitoxondriyal genomning holatidan qat'i nazar, o'simliklarning unumdorligini tiklaydi.

Mitoxondriyal genomlarni, populyatsiya genetikasining o'ziga xos qonuniyatlariga amal qiladigan evolyutsiyasini, yadro va mitoxondrial genetik tizimlar o'rtasidagi munosabatlarni o'rganish eukaryotik hujayraning va butun organizmning murakkab ierarxik tashkil etilishini tushunish uchun zarurdir.

Mitoxondriyal DNK yoki mitoxondriyani boshqaradigan yadro genlaridagi ba'zi mutatsiyalar ba'zi irsiy kasalliklar va insonning qarishi bilan bog'liq. Kanserogenezda mtDNK nuqsonlarining ishtiroki haqida ma'lumotlar to'planmoqda. Shuning uchun mitoxondriya saraton kimyoterapiyasi uchun maqsad bo'lishi mumkin. Bir qator inson patologiyalarining rivojlanishida yadro va mitoxondrial genomlarning yaqin o'zaro ta'siri haqida faktlar mavjud. Mushaklarning og'ir zaifligi, ataksiya, karlik va aqliy zaiflashuvi bo'lgan bemorlarda autosomal dominant tarzda meros bo'lib o'tgan bir nechta mtDNK deletsiyalari aniqlandi. Jinsiy dimorfizm koroner yurak kasalligining klinik ko'rinishida aniqlangan, bu, ehtimol, onaning ta'siri - sitoplazmatik meros bilan bog'liq. Gen terapiyasining rivojlanishi yaqin kelajakda mitoxondriyal genomlardagi nuqsonlarni tuzatishga umid beradi.

Ushbu ish Rossiya fundamental tadqiqotlar jamg'armasi tomonidan qo'llab-quvvatlandi. Loyiha 01-04-48971.
Muallif maqola uchun chizmalarni yaratgan aspirant M.K.Ivanovga minnatdorchilik bildiradi.

Adabiyot

1. Yankovskiy N.K., Borinskaya S.A. DNKda qayd etilgan tariximiz // Tabiat. 2001 yil. № 6. B.10-18.

2. Minchenko A.G., Dudareva N.A. Mitoxondriyal genom. Novosibirsk, 1990 yil.

3. Gvozdev V.A.// Soros. ta'lim jurnali 1999 yil. 10-son. B.11-17.

4. Margelis L. Hujayra evolyutsiyasida simbiozning roli. M., 1983 yil.

5. Skulachev V.P.// Soros. ta'lim jurnali 1998 yil. 8-son. P.2-7.

6. Igamberdiev A.U.// Soros. ta'lim jurnali 2000. № 1. B.32-36.