Chapter 6: DNA Replication

Back to chapter

6.13:

Hayvan Mitokondrisi Genetiği

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Animal Mitochondrial Genetics

Previous Video
6.12: Non-nuclear Inheritance

Next Video
6.14: Comparing Mitochondrial, Chloroplast, and Prokaryotic Genomes

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Mitokondri, enerji bakımından zengin ATP molekülleri üretir ve hayvan hücresinde kendi genetik sistemine sahip tek organeldir. Günümüz mitokondrisinin, avcısıyla karşılıklı olarak yararlı veya simbiyotik bir ilişki kuran, aerobik bir bakteriden evrimleştiği düşünülmektedir. Zamanla, bu bakteriden birçok gen, konakçı hücrenin çekirdek DNA’sına aktarılmış ve diğer genler kaybedilerek, geride küçük ama bağımsız bir mitokondriyal DNA bırakmıştır.Kas hücreleri gibi bazı hücreler yüzlerce mitokondri içerebilir. Kırmızı kan hücreleri gibi bazı hücreler ise hiç mitokondri içermez. Her mitokondride, mitokondriyal DNA’nın en fazla 10 kopyası bulunabilir.Mitokondriyal DNA, kapalı ve dairesel bir moleküldür;çekirdek DNA’sında bulunan milyonlarca baz çiftine kıyasla hayvan hücrelerinde 14.000 ila 20.000 baz çifti arasında değişen uzunluğa sahiptir. Bu mitokondriyal DNA, oldukça az sayıda biyomolekül kodlar:16S ve 12S ribozomal RNA’ları, en fazla 25 adet transfer RNA ve 13 adet solunum zinciri proteini. Mitokondriyal işlev için gerekli olan proteinlerin kalanını, çekirdek DNA’sı kodlar.Mitokondriyal DNA’nın yaklaşık 93’ü proteinleri kodlar, çekirdek DNA’sının ise yalnızca 1’i kodlama bölgeleridir. Bunun nedeni kısmen, ökaryotik DNA’nın değişmez bir özelliği olan intronların mitokondriyal DNA’da bulunmamasıdır. Genetik kodun birçok dizisi, DNA tipine bağlı olarak farklı şekilde transle edilir Örneğin, mitokondriyal DNA’da kodon UGA, triptofan için kodlar.Çekirdek DNA’sında ise bir durma kodonudur. Mitokondriyal DNA’daki mutasyon oranının on kat daha yüksek olması nedeniyle, mitokondriyal DNA, çekirdek DNA’sından daha hızlı evrimleşir. Bunun nedeni, mitokondriyal DNA’nın çekirdek DNA’sı gibi histonlar tarafından korunmaması ve mitokondriyal reaksiyonlar sırasında üretilen reaktif oksijen türlerine maruz kalmasıdır.Ayrıca, DNA onarım mekanizmaları da daha az verimlidir. Mitokondriyal DNA’nın transferi her zaman anneden çocuğa gerçekleşir. Bu, anasal kalıtım olarak adlandırılır.Döllenmeden sonra spermde bulunan az sayıdaki mitokondrinin parçalanması nedeniyle anasal kalıtım oluşur. Yumurtadaki birçok mitokondri ise, embriyoda varlığını korur ve yavrudaki tüm hücrelere aktarılır.

6.13:

Hayvan Mitokondrisi Genetiği

Bir hayvan hücresindeki tüm organeller arasında, sadece mitokondrinin kendi bağımsız genomları vardır. Hayvan mitokondriyal DNA, yaklaşık 20.000 baz çiftine sahip çift sarmallı, kapalı dairesel bir moleküldür. Mitokondriyal DNA, iki iplikçiğinden biri olan ağır veya H iplikçiğinin guanin bakımından zengin olması, tamamlayıcı iplikçiğin sitozin bakımından zengin olması ve hafif veya L iplikçik olarak adlandırılması bakımından benzersizdir. Nükleer DNA ile karşılaştırıldığında, mitokondriyal DNA kodlamayan bölgelerin çok düşük bir yüzdesine sahiptir ve intronların tamamen yokluğu ile işaretlenir. Ayrıca, genleri çok yakın aralıklıdır ve hatta bazılarının üst üste binen bölgeleri vardır.D-loop, H-strand için replikasyonun kökenini de içeren mitokondriyal DNA'nın kodlamayan en önemli düzenleyici bölgesidir. Mitokondriyal genetik kod, birkaç kodona göre nükleer DNA kodundan farklıdır. Örneğin, kodon UGA, AUA ve AGA / AGG, nükleer DNA'da sırasıyla durdurma kodonu, izolösin ve arginin için kodlar, aynı kodonlar ise hayvan mitokondriyal DNA'sında sırasıyla triptofan, metiyonin ve durdurma kodonu için kodlar.

Nükleer DNA'nın replikasyonu hücre döngüsü ile koordine edilir ve hücre bölünmesi gerçekleşmeden önce bitirilmelidir. Mitokondriyal genomun bir başka karakteristik özelliği, nükleer DNA'nın aksine, replikasyonun hücre döngüsünden bağımsız olduğu ve hücre bölünmesinden sonra bile yavru hücrelerinde devam edebileceği rahat DNA replikasyonudur.

Maternal Kalıtım

Memelilerde, mitokondriyal DNA, spermde bulunan mitokondri, zigotta ubikuitin aracılı bir yol tarafından seçici olarak bozulduğu için sadece annenin oositinden miras alınır. Mitokondriyal genlerdeki mutasyonlar Leber'in kalıtsal optik nöropatisi veya Leigh sendromu gibi hastalıklara neden olabilir; bu nedenle, eğer anne bu mutasyonları taşıyorsa, yavruları bu hastalıkları miras alabilir. Son zamanlarda, mitokondriyal yer değiştirme gibi yeni tedaviler, etkilenmemiş bir çocuğun etkilenen bir anneden doğumuna izin verebilir. Annenin oosit çekirdeği, döllenmeden önce normal mitokondri ile sağlıklı bir donörün enükle edilmiş bir oositine aktarılır. Bu teknik, annenin mitokondriyal hastalığını devralmayan "üç ebeveyn bebeği" olarak adlandırılmasına yol açmıştır.

Suggested Reading

Chinnery, Patrick Francis, and Gavin Hudson. "Mitochondrial genetics." British Medical Bulletin 106, no. 1 (2013): 135-159.
DiMauro, Salvatore, and Guido Davidzon. "Mitochondrial DNA and disease." Annals of Medicine 37, no. 3 (2005): 222-232.
Zhang, Xiaoxue, and Si Wang. "From the first human gene-editing to the birth of three-parent baby." Science China Life Sciences 59, no. 12 (2016): 1341-1342.