Genetyka mitochondrialna zwierząt

Mitochondria wytwarzają bogate w energię cząsteczki ATP i są jedynymi organellami w komórce zwierzęcej, które mają własny system genetyczny.

Uważa się, że dzisiejsze mitochondrium wyewoluowało z bakterii tlenowej, która utworzyła wzajemnie korzystny lub symbiotyczny związek ze swoim drapieżnikiem.

Z biegiem czasu wiele genów z tej bakterii zostało przeniesionych do jądrowego DNA komórki gospodarza, a inne geny zostały utracone, pozostawiając małe, ale niezależne mitochondrialne DNA.

Niektóre komórki, takie jak komórki mięśniowe, mogą zawierać setki mitochondriów, podczas gdy inne, takie jak czerwone krwinki, nie zawierają żadnych. Każde mitochondrium może zawierać do 10 kopii mitochondrialnego DNA.

Mitochondrialne DNA jest zamkniętą, okrągłą cząsteczką o długości od 14 000 do 20 000 bps w komórkach zwierzęcych, w porównaniu z milionami par zasad obecnych w jądrowym DNA.

To mitochondrialne DNA koduje tylko niewielką liczbę biomolekuł: 16S i 12S rRNA, do 25 tRNA i 13 białek łańcucha oddechowego. Jądrowe kody DNA dla pozostałych białek wymaganych do funkcjonowania mitochondriów.

Około 93% mitochondrialnego DNA koduje białka, w przeciwieństwie do DNA jądrowego, gdzie tylko około 1 procent to regiony kodujące. Dzieje się tak częściowo dlatego, że introny, które są regularną cechą eukariotycznego DNA, są nieobecne w mitochondrialnym DNA.

Kilka sekwencji kodu genetycznego ulega translacji w różny sposób w zależności od rodzaju DNA. Na przykład kodon UGA koduje tryptofan w mitochondrialnym DNA, podczas gdy jest kodonem stop w jądrowym DNA.

Mitochondrialne DNA ma szybsze tempo ewolucji niż DNA jądrowe, ponieważ szybkość mutacji w mitochondrialnym DNA jest ponad 10 razy wyższa.

Dzieje się tak, ponieważ mitochondrialne DNA nie jest chronione przez histony, takie jak DNA jądrowe, i jest wystawione na działanie reaktywnych form tlenu powstających podczas reakcji mitochondrialnych. Dodatkowo ma również mniej wydajną maszynerię do naprawy DNA.

Transfer mitochondrialnego DNA zawsze odbywa się z matki na potomstwo. Nazywa się to dziedziczeniem matczynym.

Dziedziczenie matczyne następuje, ponieważ po zapłodnieniu kilka mitochondriów obecnych w plemnikach ulega degradacji, podczas gdy wiele mitochondriów w komórce jajowej pozostaje obecnych w zarodku i jest przekazywanych do wszystkich komórek potomstwa.