عمومية
الحمض النووي الميتوكوندري ، أو mtDNA ، هو حمض ديوكسيريبونوكلييك موجود داخل الميتوكوندريا ، أي العضيات للخلايا حقيقية النواة المسؤولة عن العملية الخلوية الهامة جدا للفسفرة المؤكسدة.
ومع ذلك ، فإنه يقدم أيضا بعض الخصوصيات ، الهيكلية والوظيفية ، التي تجعلها فريدة من نوعها. وتشمل هذه الخصوصيات: دائرية من حبلا النيوكليوتيد المزدوج ، ومحتوى الجينات (الذي هو فقط 37 العناصر) والغياب التام تقريبا من تسلسل النيوكليوتيدات غير الترميز.
يلعب الحمض النووي للميتوكوندريا وظيفة أساسية لبقاء الخلية: فهو ينتج الإنزيمات الضرورية لتحقيق الفسفرة التأكسدية.
ما هو الحمض النووي الميتوكوندريا؟
الحمض النووي للميتوكوندريا ، أو mtDNA ، هو الحمض النووي الموجود داخل الميتوكوندريا .
الميتوكوندريا هي تلك العضيات الخلوية الكبيرة ، النموذجية للكائنات حقيقية النواة ، التي تحول الطاقة الكيمائية الموجودة في الغذاء إلى ATP ، وهو شكل من أشكال الطاقة التي يمكن أن تستغلها الخلايا.
يتذكر هيكل وأثر MITOCONDRI
الأنبوبية ، الخيطية أو الحبيبية ، والميتوكوندريا تكمن في السيتوبلازم ، وتحتل ما يقرب من 25 ٪ من حجم هذا الأخير.
لديهم اثنين من الأغشية طبقة مزدوجة phospholipid ، واحد أكثر خارجي واحد داخلي أكثر.
يمثل الغشاء الخارجي ، والمعروف باسم غشاء الميتوكوندريا الخارجي ، محيط كل من الميتوكوندريا ويمتلك بروتينات نقل (أملاح و ليس فقط) ، مما يجعله منفذاً لجزيئات من 5000 دالتون أو أقل.
يحتوي الغشاء الأعمق ، والمعروف باسم غشاء الميتوكوندريا الداخلية ، على جميع الأنزيمات (أو الإنزيمات) والمكونات الأنزيمية اللازمة لتخليق ATP ، ويحدد مساحة مركزية ، تسمى المصفوفة .
على عكس الغشاء الخارجي ، يعرض الغشاء الداخلي للميتوكوندريا العديد من حالات الانجذاب - ما يسمى الحواف - التي تزيد من مساحتها الكلية.
بين الأغنيتين الميتوكوندريا ، وهناك مساحة ما يقرب من 60-80 أنغستروم (أ). هذه المساحة تأخذ اسم مساحة بين الأغشية . الفضاء بين الغشاء له تكوين مشابه جدا لتلك السيتوبلازم.
إن تخليق ATP ، الذي تقوم به الميتوكوندريا ، هو عملية معقدة للغاية ، يعرفها علماء الأحياء مع مصطلح فسفرة التأكسد .
مكتب دقيق للحمض النووي MITOCHONDRIAL وكمية
الرقم: الميتوكوندريا البشرية.
يكمن الحمض النووي للميتوكوندريا في مصفوفة الميتوكوندريا ، أي في المساحة التي يحددها غشاء الميتوكوندريا الداخلي.
استنادًا إلى دراسات علمية موثوقة ، يمكن أن تحتوي كل متقدرات على 2 إلى 12 نسخة من DNA الميتوكوندريا.
وبالنظر إلى حقيقة أنه في جسم الإنسان ، قد تحتوي بعض الخلايا على عدة آلاف من الميتوكوندريا داخلها ، فإن العدد الإجمالي لنسخ الدنا الميتوكوندري ، في خلية بشرية واحدة ، يمكن أن يصل حتى إلى 20 ألف وحدة.
ملاحظة: يختلف عدد الميتوكوندريا في الخلايا البشرية حسب نوع الخلية. على سبيل المثال ، قد تحتوي الخلايا الكبدية (أي خلايا الكبد) على ما بين 1000 و 2000 من الميتوكوندريا ، في حين أن خلايا الدم الحمراء (أي خلايا الدم الحمراء) خالية تمامًا منها.
هيكل
يتذكر الهيكل العام لجزيء الحمض النووي للميتوكوندريا البنية العامة للدنا النووي ، أي التراث الجيني الموجود داخل نواة الخلايا حقيقية النواة.
في الواقع ، مماثل للحمض النووي النووي:
- الحمض النووي الميتوكوندري هو عبارة عن بوليمر بيولوجي يتكون من خيوطين نوكليوتيتين طويلتين. النيوكليوتيدات عبارة عن جزيئات عضوية ناتجة عن اتحاد ثلاثة عناصر: سكر مع 5 ذرات كربون (في حالة الحمض النووي ، ديوكسيريبوز ) ، وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات .
- يرتبط كل نوكليوتيد من دنا الميتوكوندريا بالنوكليوتيد التالي لنفس الشعيرة ، عن طريق رابطة فسفودية بين الكربون 3 من ديوكسيريبوز ومجموعة الفوسفات من النوكليوتيدات التالية مباشرة.
- ويمتلك خطان الحمض النووي للميتوكوندريا اتجاها معاكسا ، حيث يتفاعل رأس أحدهما مع الطرف الآخر والعكس بالعكس. يُعرف هذا الترتيب الخاص بترتيب مضاد للطفيق (أو اتجاه مضاد للطرق ).
- يتفاعل خطان الحمض النووي المتقدري مع بعضهما البعض ، باستخدام القواعد النيتروجينية .
على وجه التحديد ، كل قاعدة نيتروجينية لكل خيوط تنشئ روابط هيدروجينية ذات قاعدة نيتروجينية واحدة فقط ، موجودة على الشعيرة الأخرى.
يسمى هذا النوع من التفاعل "الاقتران بالقواعد النيتروجينية" أو "زوج من القواعد النيتروجينية".
- القواعد النيتروجينية للدنا الميتوكوندريا هي الأدينين ، الثايمين ، السيتوزين والجوانين .
إن الاقتران الذي ترتفع فيه هذه القواعد النيتروجينية ليس عشوائياً ، ولكنه محدد جداً: يتفاعل الأدينين فقط مع الثايمين ، في حين أن السيتوزين يتفاعل فقط مع الغوانين.
- الحمض النووي للميتوكوندريا هو موطن للجينات (أو تسلسل الجينات). الجينات هي سلاسل من النيوكليوتيدات الطويلة أو الطويلة ، ذات معنى بيولوجي محدد. في معظم الحالات ، فإنها تؤدي إلى بروتينات.
تفاصيل هيكلية من الحمض النووي MITOCHONDRIAL
إلى جانب المقارنات المذكورة أعلاه ، يقدم الحمض النووي للإنسان الميتوكوندري بعض الخصائص البنيوية ، التي تميزه بشكل كبير عن الحمض النووي النووي البشري.
أولاً ، إنه جزيء دائري ، في حين أن الحمض النووي النووي هو جزيء خطي.
وبالتالي ، فإن لديها 16،569 زوج من القواعد النيتروجينية ، في حين تمتلك DNA النووي جمال 3.3 مليار.
يحتوي على 37 جينًا ، في حين يبدو أن الحمض النووي النووي يحتوي على ما يتراوح بين 20000 و 25000.
لا يتم تنظيمه في الكروموسومات ، في حين ينقسم الدنا النووي إلى 23 كروموسومات وأشكال ، مع بعض البروتينات المحددة ، وهي مادة تدعى الكروماتين.
وأخيرًا ، يشتمل على سلسلة من النيوكليوتيدات التي تشارك في جينين في وقت واحد ، بينما يحتوي DNA النووي على جينات ذات تعريفات نيوكليوتيد محددة ومميزة بشكل جيد عن بعضها البعض.
الأصل
من المحتمل جدا أن يكون الحمض النووي للميتوكوندريا أصل بكتيري .
في الواقع ، استنادًا إلى العديد من الدراسات المستقلة ، يعتقد علماء الأحياء الجزيئية أن الوجود الخلوي للحمض النووي للميتوكوندريا هو نتيجة للتأليف ، من خلال خلايا حقيقية النواة من الأجداد ، كائنات حية بكتيرية مستقلة ، تشبه إلى حد كبير الميتوكوندريا.
هذا الاكتشاف الفاحش أدهش المجتمع العلمي في جزء منه ، لأن الحمض النووي الموجود في البكتيريا هو عادة خيوط من النيوكليوتيدات الدائرية ، مثل الحمض النووي الميتوكوندريا.
نظرية أن الميتوكوندريا والحمض النووي للميتوكوندريا لها أصل بكتيري يسمى " نظرية endosymbiotic " ، من كلمة " endosymbiosis ". باختصار ، في مصطلح علم الأحياء ، يشير مصطلح "التعايش الداخلي" إلى التعاون بين كائنين ، والذي يتضمن دمج واحد في الآخر ، من أجل الحصول على ميزة معينة.
فضول
وفقا لدراسات علمية موثوقة ، في سياق التطور ، فإن العديد من الجينات البكتيرية ، الموجودة على دنا الميتوكوندريا في المستقبل ، قد تغيرت الموقع ، وانتقلت إلى الحمض النووي النووي.
بعبارة أخرى ، في بداية التعايش الداخلي ، وجدت بعض الجينات الموجودة الآن على الحمض النووي النووي في الحمض النووي لتلك الكائنات البكتيرية ، والتي أصبحت فيما بعد الميتوكوندريا.
لدعم نظرية التحول الجيني بين الحمض النووي للميتوكوندريا والحمض النووي النووي ، هو ملاحظة أن بعض الجينات تنبع من الحمض النووي للميتوكوندريا ، في بعض الأنواع ، ومن الحمض النووي النووي ، في حالات أخرى.
وظيفة
ينتج الحمض النووي للميتوكوندريا الإنزيمات (أي البروتينات) الضرورية للإدراك الصحيح للعملية الحساسة للفسفرة التأكسدية.
وتوجد التعليمات الخاصة بتوليف هذه الإنزيمات في الجينات الـ 37 التي تشكل جينوم الحمض النووي الميتوكوندري.
ما هو كود جينات الحمض النووي MITOCHONDRIAL: التفاصيل
ترمز جينات DNA mitochondria 37 إلى: البروتينات والحمض الريبي النووي النقال و rRNA.
على وجه التحديد:
- 13 تقنن 13 البروتينات المسؤولة عن تحقيق الفسفرة التأكسدية
- 22 كود لجزيئات tRNA 22
- 2 كود لجزيئات rRNA 2
جزيئات الحمض الريبي النووي النقال وجزيئات الرنا الريباسي (الرنا الريباسي) هما عنصران أساسيان لتخليق البروتينات الثلاثة عشر المذكورة ، لأنها تشكل الآلية التي تنظم إنتاجها.
وبعبارة أخرى ، فإن الحمض النووي للميتوكوندريا لديه المعلومات اللازمة لإنتاج مجموعة معينة من البروتينات والأدوات اللازمة لتوليف هذه الأخيرة.
ما هو الحمض النووي الريبي ، الحمض الريبي النووي النقال ورا الرنا الريباسي؟
الحمض النووي الريبي ، أو حمض الريبونوكلييك ، هو الحمض النووي الذي يلعب دورا أساسيا في توليد البروتينات ، بدءا من الحمض النووي.
بشكل عام ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة ، بأشكال (أو أنواع) مختلفة ، اعتمادًا على الوظيفة المحددة التي تم تفويضها لها.
الحمض الريبي النووي النقال و rRNA هما من هذه الأشكال الممكنة.
يتم استخدام الحمض الريبي النووي النقال لإضافة الأحماض الأمينية أثناء عملية إنشاء البروتين. الأحماض الأمينية هي الوحدات الجزيئية التي تشكل البروتينات.
يتكوّن الرنا الريبوزي الريبوزي الريبوسوم (الريبوسومات) ، أي التراكيب الخلوية التي يوجد فيها تخليق البروتين.
لمعرفة المزيد عن الجيش الملكي النيبالي ووظائفه ، يمكن للقراء الضغط هنا.
تفاصيل وظيفية من الحمض النووي MITOCHONDRIAL
من وجهة نظر وظيفية ، الحمض النووي للميتوكوندريا لديه بعض الخصائص الغريبة التي تميزها بوضوح من الحمض النووي النووي.
إليك ما تشتمل عليه هذه الخصائص الغريبة من:
- الحمض النووي الميتوكوندري شبه مستقل ، بمعنى أنه يتطلب تدخل بعض البروتينات المركبة من الدنا النووي.
من ناحية أخرى ، الحمض النووي النووي هو مستقل تماما وينتج لنفسه كل ما يحتاجه لأداء مهامه بشكل صحيح.
- يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا على كود وراثي يختلف قليلاً عن الشفرة النووية . وهذا يؤدي إلى عدد من الاختلافات في إنتاج البروتين: إذا كان تسلسل نوكليوتيدي معين في الحمض النووي يؤدي إلى إنشاء بروتين معين ، فإن نفس التسلسل في الحمض النووي للميتوكوندريا يؤدي إلى تكوين بروتين مختلف قليلاً.
- يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا على عدد قليل جدا من النكليوتيدات غير المشفرة ، أي أنها لا تنتج أي بروتين ، أو الحمض الريبي النووي النقال ، أو الرنا الريباسي. من حيث النسبة المئوية ، فإن 3٪ فقط من الحمض النووي للميتوكوندريا غير مشفر.
على العكس من ذلك ، فإن الحمض النووي النووي لا يحتوي إلا على 7٪ من الترميز ، وبالتالي فهو يحتوي على عدد كبير من متواليات النوكليوتيدات غير المشفرة (ما يصل إلى 93٪).
الجدول: ملخص للاختلافات بين الحمض النووي للإنسان الميتوكوندري والدنا النووي البشري. | |
دنا الميتوكوندريا | DNA النووي |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ميراث
الميراث من الحمض النووي الميتوكوندريا هو تماما الأمهات .
وهذا يعني أنه في زوجين من الوالدين ، فإن المرأة هي التي تنقل الحمض النووي للميتوكوندريا إلى النسل (أي الأطفال).
في طريقة معاكسة تمامًا لما سبق ذكره ، فإن ميراث الحمض النووي النووي هو نصف الأمهات والنصف الأبوي. وبعبارة أخرى ، يساهم كلا الوالدين بالتساوي في نقل الحمض النووي النووي في النسل.
يرجى ملاحظة: وراثة الأم من الحمض النووي الميتوكوندريا تنطوي أيضا على بنية الميتوكوندريا. وهكذا ، فإن الميتوكوندريا الموجودة في الفرد هي على أساس الأمهات.
الأمراض المرتبطة
الفرضية: الطفرة الجينية هي تغير دائم في تسلسل النيوكليوتيدات ، التي تشكل جين DNA النووي أو الميتوكوندريا.
بشكل عام ، يؤدي وجود طفرة جينية إلى تغيير أو فقد الوظيفة الطبيعية للجين المعني.
يمكن أن يحدد وجود طفرات في جينات الحمض النووي للميتوكوندريا مجموعة واسعة من الأمراض ، بما في ذلك:
- الاعتلال العصبي البصري الوراثي لليبر
- متلازمة كيرنز ساير
- متلازمة لي
- عوز سيكستروم سي أوكسيديز
- شلل العين الخارجي التقدمي
- متلازمة بيرسون
- اعتلال الدماغ في الميتوكوندريا مع الحماض اللبني والحلقات الشبيهة بالسكتة الدماغية (متلازمة ميلاس MELAS)
- مرض السكري مع الصمم انتقال الأمهات
- الصرع رمع عضلي مع الألياف الحمراء غير النظامية
فيما يتعلق بالظروف المرضية المرتبطة بواحد أو أكثر من طفرات الحامض النووي للميتوكوندريا ، يجب الإشارة إلى جانبين.
أولا ، تعتمد شدة الحالة المرضية على العلاقة الكمية بين الحمض النووي المتقدري المتحور و DNA الميتوكوندريا الطبيعي. إذا كان عدد الحمض النووي المتغاير المتحور أكثر بكثير من الحمض النووي السليم ، فإن الحالة الناتجة ستكون أكثر حدة.
وثانيا ، فإن طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا لها تأثيرات فقط على بعض أنسجة الكائن الحي ، ولا سيما تلك التي تتطلب كميات كبيرة من ATP مستمدة من عملية الفسفرة التأكسدية. وهذا أمر مفهوم تمامًا: فمعاناة أكثر من عطل في دنا الميتوكوندريا هي الخلايا الأكثر حاجة إلى الوظيفة التي يؤديها الحمض النووي للميتوكوندريا بشكل طبيعي.
نيوتروباتي البصري البولي
ينشأ الاعتلال العصبي البصري الوراثي لليبر نتيجة لطفرة ما يصل إلى أربعة جينات من الحمض النووي للميتوكوندريا. تحتوي هذه الجينات على المعلومات التي تؤدي إلى تخليق ما يسمى I المعقد (أو NADH oxide-reductase) ، وهو أحد الإنزيمات المختلفة التي تشارك في عملية الفسفرة التأكسدية.
تتكون مظاهر المرض من التنكس التدريجي للعصب البصري وفقدان البصر تدريجياً.
KEARNS-SAYRE SYNDROME
تظهر متلازمة كيرنز ساير بسبب عدم وجود جزء منفصل من دنا الميتوكوندريا (ملاحظة: عدم وجود تسلسل نوكليوتيد معين يسمى الحذف ).
أولئك الذين يعانون من متلازمة كيرنز-ساير يتطور لديهم شلل العين (أي شلل كلي أو جزئي للعضلات العضلية) ، وهو شكل من أشكال اعتلال الشبكية وشذوذات في إيقاع القلب (كتلة الأذينية البطينية).
متلازمة LEIGH SYNDROME
تحدث متلازمة ليه بعد طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا ، والتي قد تؤثر على بروتين سينزاز ATP-synthase (ويسمى أيضًا معقد V) و / أو بعض الـ tRNAs.
متلازمة لي هي مرض عصبي تقدمي يحدث أثناء الطفولة أو الطفولة ، وهو مسؤول عن: التأخر في النمو ، ضعف العضلات ، الاعتلال العصبي المحيطي ، اضطرابات الحركة ، صعوبات التنفس و شلل العين.
عجز CITOCROMO C OSSIDASI
يظهر نقص سيكسوكروم سي أوكسيديز بسبب طفرة ما لا يقل عن 3 جينات من دنا الميتوكوندريا. هذه الجينات ضرورية للتوليف الصحيح للإنزيم السيتوكروم C oxidase (أو المركب IV) ، الذي يشارك في عملية الفسفرة التأكسدية.
المظاهر النموذجية لنقص السيتوكروم C تتكون من: خلل في العضلات العظمية ، اختلال وظيفي في القلب ، خلل وظيفي في الكلى وخلل في وظائف الكبد.
التطور الخارجي الخارجي
تنشأ شلل العين الخارجي التدريجي من عدم وجود عدد كبير من النيوكليوتيدات الحمض النووي الميتوكوندري (الحذف)
من الطابع التدريجي (كما يمكنك تخمين من الاسم) ، يسبب هذا المرض الشلل للعضلات العضلية ، مما يؤدي إلى تدلي الجفون ومشاكل بصرية كبيرة.
PEARSON SYNDROME
تظهر متلازمة بيرسون بعد حذف واضح من الحمض النووي للميتوكوندريا ، على غرار شلل العين الخارجي التدريجي ومتلازمة كيرنز ساير.
المظاهر النموذجية لمتلازمة بيرسون تتكون من: فقر الدم sideroblastic ، اختلال وظيفي في البنكرياس (مثل مرض السكري المعتمد على الأنسولين) ، والعجز العصبي والاضطرابات العضلية.
عادة ، تتسبب متلازمة بيرسون في وفاة الشخص المصاب في سن مبكرة. نادرًا ما يصل المتأثرون بهذه الأمراض إلى مرحلة البلوغ.
ميلاس SYNDROME
تحدث متلازمة ميلاس (MELAS) ، والمعروفة أيضًا باسم اعتلال الدماغ في الميتوكوندريا مع الحماض اللبني والحلقات الشبيهة بالسكتة الدماغية ، نتيجة لطفرة ما لا يقل عن 5 جينات من دنا الميتوكوندريا.
تساهم هذه الجينات في تركيب NADH oxide-reductase ، أو معقدة I ، وبعض tRNAs.
تتضمن متلازمة ميلاس وجود اضطرابات عصبية ، واضطرابات عضلية ، وتراكم غير عادي لحمض اللاكتيك في الأنسجة (مع جميع الأعراض التي تليها) ، ومشاكل في الجهاز التنفسي ، وفقدان السيطرة على وظائف الأمعاء ، والتعب المتكرر ، ومشاكل في الكلى ، ومشاكل في القلب ، ومرض السكري والصرع وقلة التنسيق.
أمراض أخرى
وفقا لعدة دراسات علمية ، حتى الأمراض مثل القيء الدوري ، التهاب الشبكية الصباغي ، ترنح ، مرض باركنسون ومرض الزهايمر ، من شأنها أن ترى تدخل الحمض النووي للميتوكوندريا وبعض من طفراته.
