動物のミトコンドリア遺伝学

ミトコンドリアは、エネルギーが豊富なATP分子を産生し、動物細胞内で独自の遺伝子システムを持つ唯一のオルガネラです。

現在のミトコンドリアは、好気性細菌から進化したと考えられており、好気性細菌は捕食者と相互に有益な、または共生的な関係を形成しました。

時間の経過とともに、この細菌からの多くの遺伝子が宿主細胞の核DNAに移され、他の遺伝子は失われ、小さいながらも独立したミトコンドリアDNAが残りました。

筋肉細胞のように、数百個のミトコンドリアを含む細胞もあれば、赤血球のようにミトコンドリアを含まない細胞もあります。各ミトコンドリアには、ミトコンドリアDNAの最大10コピーを含めることができます。

ミトコンドリアDNAは、核DNAに存在する数百万の塩基対と比較して、動物細胞では14,000〜20,000 bpsの長さが異なる閉鎖した環状分子です。

このミトコンドリアDNAは、16Sおよび12S rRNA、最大25のtRNA、および13の呼吸鎖タンパク質という少数の生体分子のみをコードしています。核DNAは、ミトコンドリアの機能に必要な残りのタンパク質をコードしています。

ミトコンドリアDNAの約93%はタンパク質をコードしていますが、核DNAは約1%しかコードしていない領域です。これは、真核生物のDNAの規則的な特徴であるイントロンがミトコンドリアDNAに存在しないことが一因です。

遺伝暗号のいくつかの配列は、DNAの種類によって翻訳が異なります。例えば、コドンUGAはミトコンドリアDNAのトリプトファンをコードしているのに対し、核DNAの終止コドンです。

ミトコンドリアDNAは、ミトコンドリアDNAの突然変異率が10倍以上高いため、核DNAよりも進化速度が速いです。

これは、ミトコンドリアDNAが核DNAのようなヒストンに守られておらず、ミトコンドリア反応で発生する活性酸素種にさらされているためです。さらに、DNA修復機械の効率も劣ります。

ミトコンドリアDNAの移行は、常に母親から子孫に行われます。これは母方の相続として知られています。

母系遺伝は、受精後、精子に存在する少数のミトコンドリアが分解される一方で、卵子の多くのミトコンドリアが胚に残り、子孫のすべての細胞に受け継がれるために発生します。