Tierische Mitochondriale Genetik

Mitochondrien produzieren energiereiche ATP-Moleküle und sind die einzigen Organellen in der tierischen Zelle, die über ein eigenes genetisches System verfügen.

Es wird angenommen, dass sich das heutige Mitochondrium aus einem aeroben Bakterium entwickelt hat, das eine für beide Seiten vorteilhafte oder symbiotische Verbindung mit seinem Räuber einging.

Im Laufe der Zeit wurden viele Gene dieses Bakteriums auf die Kern-DNA der Wirtszelle übertragen und andere Gene gingen verloren, so dass eine kleine, aber unabhängige mitochondriale DNA zurückblieb

.

Einige Zellen, wie Muskelzellen, können Hunderte von Mitochondrien enthalten, während andere, wie rote Blutkörperchen, keine enthalten. Jedes Mitochondrium kann bis zu 10 Kopien der mitochondrialen DNA enthalten.

Mitochondriale DNA ist ein geschlossenes, zirkuläres Molekül, das in tierischen Zellen zwischen 14.000 und 20.000 bps lang ist, verglichen mit Millionen von Basenpaaren, die in der Kern-DNA vorhanden sind.

Diese mitochondriale DNA kodiert nur für eine kleine Anzahl von Biomolekülen: die 16S- und 12S-rRNAs, bis zu 25 tRNAs und 13 Proteine der Atmungskette. Die Kern-DNA kodiert für die verbleibenden Proteine, die für die Funktion der Mitochondrien benötigt werden.

Etwa 93 % der mitochondrialen DNA kodieren für Proteine, im Gegensatz zur Kern-DNA, wo nur etwa 1 Prozent kodierende Regionen sind. Dies liegt zum Teil daran, dass Introns, die ein regelmäßiges Merkmal der eukaryotischen DNA sind, in der mitochondrialen DNA fehlen.

Mehrere Sequenzen des genetischen Codes werden je nach Art der DNA unterschiedlich übersetzt. Zum Beispiel kodiert das Codon UGA für Tryptophan in der mitochondrialen DNA, während es in der Kern-DNA ein Stoppcodon ist.

Die mitochondriale DNA hat eine schnellere Evolutionsrate als die der Kern-DNA, da die Mutationsrate in der mitochondrialen DNA mehr als 10-mal höher ist.

Dies liegt daran, dass die mitochondriale DNA nicht wie die der Kern-DNA durch Histone geschützt ist und reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt ist, die bei mitochondrialen Reaktionen entstehen. Darüber hinaus verfügt es auch über weniger effiziente DNA-Reparaturmaschinen.

Der Transfer der mitochondrialen DNA erfolgt immer von der Mutter auf die Nachkommen. Dies wird als mütterliche Erbschaft bezeichnet.

Die

mütterliche Vererbung tritt auf, weil nach der Befruchtung die wenigen Mitochondrien, die in den Spermien vorhanden sind, abgebaut werden, während die vielen Mitochondrien in der Eizelle im Embryo vorhanden bleiben und an alle Zellen der Nachkommen weitergegeben werden.