OCright La genética mitocondrial es el estudio de la genética de la DNA contenida en las mitocondrias . Las mitocondrias son pequeñas estructuras en las células que generan la energía para que la célula utilice, y por lo tanto se refieren como el " powerhouses" de la célula.

la DNA mitocondrial (mtDNA) no se transmite a través de la DNA nuclear (nDNA), y en la mayoría de los organismos multicelulares, virtualmente todas las mitocondrias se hereda del huevo de la madre, pues las células de esperma no contribuyen ninguna mitocondrias.

La herencia mitocondrial es por lo tanto el no-Mendeliano, pues la herencia mendeliana presume que la mitad del material genético de un huevo fertilizado ( Zygote ) deriva de cada padre.

El ochenta por ciento de mitocondrial de la DNA cifra para las proteínas mitocondriales funcionales, y por lo tanto la mayoría de las mutaciones mitocondriales de la DNA llevan a los problemas funcionales, que se pueden manifestar como desordenes del músculo (myopathies ).

La comprensión de las mutaciones genéticas que afectan a las mitocondrias pueden ayudarnos a entender los funcionamientos internos de células y de organismos, así como la ayuda sugerir los métodos para la reproducción terapéutica acertada del tejido y del órgano, y a los tratamientos o cura posiblemente para muchos desordenes musculares de la devastación.

Función y genoma mitocondriales

Porque proporcionan 36 moléculas de ATP por la molécula de la glucosa en contraste con las 2 moléculas del ATP producidas por la glicolisis, las mitocondrias son esenciales para todos los organismos más altos para la vida de mantenimiento. Las enfermedades mitocondriales son los desordenes genéticos llevados específicamente en la DNA mitocondrial; los problemas leves con de las enzimas numerosas usadas por las mitocondrias pueden ser devastadores a la célula, y alternadamente, al organismo.

Complejos de la membrana

Los procesos realizados por la cadena de transporte del electrón son mediados por los complejos de la proteína (nombrados Complexes IV, DHO-QO, ETF-QO, y HORMIGA). Complejo I, o NADH: óxidorreductasa, aplicaciones de la coenzima Q la energía en el NADH de bombear los protones en el espacio del intermembrane del mitochondrion, bombeando 2 protones por electrón y pasando 2 electrones vía la coenzima Q al complejo III o la coenzima Q: óxidorreductasa del citocromo c. Complejo II o succcinato: la óxidorreductasa de la coenzima Q acepta energía del succcinato producido en el ciclo del ácido cítrico y la pasa vía la coenzima Q a los protones de las bombas 1 del complejo III del complejo III. por electrón y pasa 1 electrón vía el citocromo c a los protones de las bombas 1 del complejo IV del complejo IV. en el espacio entre las dos membranas de los mitochondrion antes de pasar el electrón a O₂ que reaccione al agua de la forma. V complejo (synthase del ATP) es un complejo rotatorio que permite que aproximadamente (determinando el número real es muy difícil) 10 protones incorporen la matriz mitocondrial a lo largo de sus gradientes de concentración. Utiliza la energía del gradiente para formar el enlace entre el ADP y el grupo del fosfato para crear el ATP. El Flavoprotein de la transferencia del electrón: la óxidorreductasa de la coenzima Q es también una molécula de electrón-transporte y está implicada en la avería de los ácidos grasos y de los aminoácidos . La HORMIGA (translocator del nucleótido de la adenina) también está implicada en la fosforilación oxidativa como molécula que lleva de la energía. Cada uno de estos juegos de ocho complejos un papel vital en la salud de la célula y cualquier mutación leve en de las proteínas que componen estos complejos puede llevar a la muerte celular o a la tensión, que pueden alternadamente llevar a un número de enfermedades.

Genoma

considera también:

mitocondrial de la DNA

la DNA mitocondrial (mtDNA) está presente en mitocondrias como molécula circular y en la mayoría de los códigos de la especie para 13 o 14 proteínas implicadas en la cadena de la transferencia del electrón, 2 subunidades RRNA y 22 moléculas TRNA (todo de necesario para la síntesis de la proteína). El número de proteínas implicadas en la cadena de la transferencia del electrón es mucho más grande de 13 o 14, pero los otros son cifrados por la DNA nuclear.

En total, los anfitriones del mitochondrion cerca de 3000 proteínas, pero solamente cerca de 37 de ellas se cifran en la DNA mitocondrial. La mayor parte de los 3000 genes están implicados en una variedad de procesos con excepción de la producción del ATP, tal como síntesis de la porfirina . El solamente cerca de 3% de ellos código para las proteínas de la producción del ATP. Esto significa que la mayor parte de la codificación genética de la información para el maquillaje de la proteína de mitocondrias está en la DNA cromosómica y que está implicada en procesos con excepción de síntesis del ATP. Esto aumenta las ocasiones que una mutación que afectará a un mitochondrion ocurrirá en la DNA cromosómica, que se hereda en un patrón mendeliano. Otro resultado es que una mutación cromosómica afectará a un tejido específico debido a sus necesidades específicas, si ésas pueden ser altas necesidades energéticas o una necesidad del catabolismo o del anabolism de un neurotransmisor específico o de un ácido nucléico. Porque varias copias del genoma mitocondrial son llevadas por cada mitochondrion (2-10 en seres humanos), las mutaciones mitocondriales se pueden heredar maternal por las mutaciones del mtDNA que están presentes en mitocondrias dentro del Oocyte antes de la fertilización, o (como se declaró anteriormente) con mutaciones en los cromosomas.

En seres humanos, el filamento pesado del mtDNA lleva 28 genes y el filamento ligero del mtDNA lleva solamente 9 genes. Ocho de los 9 genes en el código ligero del filamento para las moléculas mitocondriales del tRNA. El mtDNA humano consiste en 16.569 pares del nucleótido. La molécula entera es regulada por solamente una región reguladora que contenga los orígenes de la réplica de filamentos pesados y ligeros. Se ha trazado la molécula mitocondrial humana entera de la DNA. El índice de la mutación en mtDNA se calcula para ser cerca de diez veces mayor que el de la DNA nuclear, posiblemente debido a una falta de los mecanismos de la reparación de la DNA. Esta alta tarifa de la mutación lleva a una alta variación entre las mitocondrias, no sólo entre diversa especie pero incluso dentro de la misma especie. Se calcula que si eligen a dos seres humanos aleatoriamente y se prueba su mtDNA, tendrán un promedio entre de cincuenta y setenta diversos nucleótidos. Esto puede no parecer como mucho, pero cuando está comparada al número total de nucleótidos de una molécula mitocondrial humana de la DNA (16.42% del mtDNA varía entre dos personas.

Variantes del código genético

El código genético es, en general, universal, con pocas excepciones: la genética mitocondrial incluye algunos de éstos. Para la mayoría de los organismos el " Quot de los codones de parada ; son el “UAA”, “UAG”, y “UGA”. En las mitocondrias vertebradas “AGA” y “AGG” están también los codones de parada, pero no “UGA”, que cifra para el triptófano en lugar de otro. Códigos del “AUA” para la isoleucina en la mayoría de los organismos pero para la metionina en el mRNA/el tRNA mitocondriales vertebrados.

Hay muchas otras variaciones entre los códigos usados por el otro m/tRNA mitocondrial, que sucedieron no ser dañoso a sus organismos, y que se puede utilizar como herramienta (junto con otras mutaciones entre el mtDNA/RNA de diversas especies) para determinar proximidad relativa de la ascendencia común de la especie relacionada. (Las dos especies más relacionadas son, más mutaciones de mtDNA/RNA estarán iguales en su genoma mitocondrial).

Usar estas técnicas, se estima que el primer mitochondrion se desarrolló, fue consumido, o convertido hace alrededor 1.5 mil millones años, como Prokaryote aerobio en una relación simbiótica dentro de un eucariota anaerobio .

Patrones de la herencia

Porque las enfermedades mitocondriales que (enfermedades debido al malfuncionamiento de mitocondrias) se puede heredar maternal y con herencia cromosómica, la manera de la cual él se pasa encendido de la generación a la generación puede variar grandemente dependiendo de la enfermedad. Las mutaciones genéticas mitocondriales que ocurren en la DNA nuclear pueden ocurrir en cromosomas uces de los (dependiendo de la especie). Las mutaciones heredadas a través de los cromosomas pueden ser dominantes o recesivas de un autosoma y pueden también ser dominantes o recesivas sex-linked. La herencia cromosómica sigue las leyes mendelianas normal, a pesar de que el fenotipo de la enfermedad puede ser enmascarado. Debido a las maneras complejas en las cuales mitocondriales y el " nuclear de la DNA; communicate" y la herencia interactiva, incluso aparentemente simple es dura de diagnosticar. Una mutación en la DNA cromosómica puede cambiar una proteína que regule (un aumento o una disminución) la producción de otra cierta proteína en las mitocondrias o el citoplasma y puede llevar para slight, eventualmente, síntomas sensibles. Por una parte, hay algunas mutaciones devastadoras del mtDNA que son fáciles de diagnosticar debido a su daño extenso (entre el otro alta dependiente de la energía y del metabolismo) a los tejidos musculares, de los nervios, y/o hepáticos y porque están presentes en la madre y todo el descendiente. Las mutaciones mitocondriales del genoma se pasan el 100% del tiempo de la madre a todo su descendiente. Porque las mitocondrias dentro del oocyte fertilizado son con lo que tendrá que la nueva vida comenzar (en términos de mtDNA), y porque el número de mitocondrias afectadas varía de la célula (en este caso, el oocyte fertilizado) a la célula dependiendo ambos del número que heredó de su célula de madre y factores ambientales que pueden favorecer el mutante o el Wildtype DNA mitocondrial, y porque el número de moléculas del mtDNA en las mitocondrias varía de alrededor dos a diez, el número de moléculas afectadas del mtDNA heredadas a un descendiente específico puede variar grandemente. Es posible, incluso en nacimientos gemelos, para que un bebé reciba más que a medias las moléculas del mtDNA del mutante mientras que puede el otro gemelo de recepción únicamente una fracción minúscula de las moléculas del mtDNA del mutante con respecto a wildtype (dependiendo de cómo los gemelos dividen de uno a y de cuántas mitocondrias del mutante suceden estar en cada lado de la división). En algunos casos, algunas mitocondrias o un mitochondrion de la célula de esperma inscribe el oocyte pero las mitocondrias paternales se descomponen activamente.

Réplica, reparación, transcripción, y traducción

La réplica mitocondrial es controlada por los genes nucleares y adaptada específicamente para hacer tantas mitocondrias como que la célula particular necesite en ese entonces. La DNA mitocondrial humana (mtDNA) tiene tres promotores, H1, H2, y L (filamento pesado 1, filamento pesado 2, y promotores ligeros del filamento). El promotor H1 transcribe el filamento pesado entero y el L promotor transcribe el filamento ligero entero. El promotor H2 causa la transcripción de las dos moléculas mitocondriales del rRNA. Cuando la transcripción ocurre en el filamento pesado se crea una transcripción policistrónico. El filamento ligero produce cualquier pequeñas transcripciones, que se pueden utilizar como cartillas, o una transcripción larga. La producción de cartillas ocurre procesando de las transcripciones ligeras del filamento con la ARNasa mitocondrial MRP (ARN mitocondrial que procesa). El requisito de la transcripción de producir acoplamientos de las cartillas el proceso de la transcripción a la réplica del mtDNA. Las transcripciones integrales se cortan en tRNA, rRNA, y moléculas funcionales del mRNA. El proceso de la iniciación de la transcripción en mitocondrias implica tres tipos de proteínas: la polimerasa de ARN mitocondrial (POLRMT), factor mitocondrial A (TFAM) de la transcripción, y factores mitocondriales B1 y B2 (TFB1M, TFB2M) de la transcripción. POLRMT, TFAM, y TFB1M o TFB2M montan en los promotores mitocondriales y comienzan la transcripción. Los acontecimientos moleculares reales que están implicados en la iniciación son desconocidos, pero estos factores componen la maquinaria básica de la transcripción y se han demostrado a la función in vitro. La traducción mitocondrial todavía no se entiende muy bien. Las traducciones ines vitro todavía no han sido acertadas, probablemente debido a la dificultad de aislar suficiente mt mRNA, rRNA funcional del mt, y posiblemente debido a los cambios complicados que el mRNA experimenta antes de que se traduzca.

Polimerasa de DNA mitocondrial

La polimerasa de DNA mitocondrial (gamma del político) se utiliza en el copiado del mtDNA durante la réplica. Porque los dos (el pesado y el ligero) filamentos en la molécula circular del mtDNA tienen diversos orígenes de la réplica, repliega en un modo del D-lazo. Un filamento comienza a replegar primero, desplazando el otro filamento. Esto continúa hasta que la réplica alcance el origen de la réplica en el otro filamento, en cuyo punto los otros seres del filamento que repliegan en la dirección opuesta. Esto da lugar a dos nuevas moléculas del mtDNA. Cada las mitocondrias tienen varias copias de la molécula del mtDNA y el número de moléculas del mtDNA es un factor de limitación en la fisión mitocondrial. Después de que el mitochondrion tenga bastante mtDNA, área de la membrana, y proteínas de la membrana, puede experimentar la fisión (muy similar a la que uso de las bacterias) para convertirse en dos mitocondrias. La evidencia sugiere que las mitocondrias puedan también experimentar la fusión e intercambiar (en una forma de la cruce ) el material genético entre uno a. Las mitocondrias forman a veces las matrices grandes en las cuales la fusión, la fisión, y los intercambios de la proteína están ocurriendo constantemente. mtDNA compartido entre las mitocondrias (a pesar de que pueden experimentar la fusión).

Daño y error de la transcripción

La DNA mitocondrial es susceptible al daño de los radicales libres del oxígeno de los errores que ocurren durante la producción de ATP a través de la cadena de transporte del electrón. Estos errores se pueden causar por desordenes genéticos, cáncer, y variaciones de la temperatura. Estos radicales pueden dañar las moléculas del mtDNA o cambiarlas, haciéndola dura para que la polimerasa mitocondrial las repliegue. Ambos casos pueden llevar a las canceladuras, a los cambios, y a otras mutaciones. La evidencia reciente ha sugerido que las mitocondrias tienen enzimas que corrijan el mtDNA y fijan las mutaciones que pueden ocurrir debido a los radicales libres. Se cree que un recombinase de la DNA encontrado en células mamíferas también está implicado en un proceso de reparación de la recombinación. Las canceladuras y las mutaciones debido a los radicales libres se han asociado al proceso del envejecimiento. Se cree que los radicales causan las mutaciones que llevan al mutante las proteínas, que alternadamente llevan a más radicales. Este proceso tarda muchos años y se asocia a algunos procesos del envejecimiento implicados en tejidos oxygen-dependent tales como cerebro, corazón, músculo, y riñón. Auto-realzando procesos tales como éstos ser causas posibles de enfermedades degenerativas incluyendo de Parkinson, de Alzheimer, y la enfermedad de la arteria coronaria .

Errores cromosómico mediados de la réplica del mtDNA

Porque el crecimiento y la fisión mitocondriales son mediados por la DNA nuclear, las mutaciones en la DNA nuclear pueden tener una amplia gama de efectos sobre la réplica del mtDNA. A pesar de que los lugares geométricos para algunas de estas mutaciones se han encontrado en los cromosomas humanos, los genes específicos y las proteínas implicados todavía no se han aislado. Las mitocondrias necesitan cierta proteína experimentar la fisión. Si esta proteína (hecha por el núcleo) no está presente, las mitocondrias crecen pero no dividen. Esto lleva a las mitocondrias gigantes, ineficaces. Los errores en genes cromosómicos o sus productos pueden también afectar a la réplica mitocondrial más directo inhibiendo la polimerasa mitocondrial y pueden incluso causar mutaciones en el mtDNA directo e indirectamente. Las mutaciones indirectas son causadas lo más a menudo posible por los radicales creados por las proteínas defectuosas hechas de la DNA nuclear.

Enfermedades mitocondriales

Gama mitocondrial de las enfermedades en severidad casi de no diagnosticable a fatal. También se extienden en causa de heredado a las mutaciones adquiridas (aunque las mutaciones adquiridas que causan enfermedad son muy raras). Cierta mutación puede causar varias diversas enfermedades dependiendo de la severidad del problema en las mitocondrias y el tejido las mitocondrias afectadas está adentro. Inversamente, varias diversas mutaciones pueden presentarse como la misma enfermedad. Esta caracterización casi paciente-específica de enfermedades mitocondriales las hace muy duras diagnosticar y remontar exactamente. Algunas enfermedades son observables en o aún antes del nacimiento (la mayoría de la muerte que causa) mientras que otros no se demuestran hasta última edad adulta. Esto es porque el número de mutante contra las mitocondrias del wildtype varía de la célula a la célula y del tejido al tejido, y está cambiando siempre. Porque las células tienen mitocondrias múltiples, diversas mitocondrias en la misma célula pueden tener diversas variaciones del genoma del mtDNA. Esta condición se refiere como heteroplasmy. Cuando cierto tejido alcanza cierta ración del mutante contra las mitocondrias del wildtype, una enfermedad se presentará. La ración varía de personal y tejido al tejido (dependiendo de su energía específica, oxígeno, y los requisitos del metabolismo, y los efectos de la mutación específica). Las enfermedades mitocondriales son muy numerosas y diferentes. Aparte de las enfermedades causadas definitivamente por anormalidades en la DNA mitocondrial, muchas enfermedades se sospechan para ser causadas en parte por la disfunción de mitocondrias, tales como diabetes mellitus, formas del cáncer y enfermedad cardiovascular, acidosis láctica, formas específicas de Myopathy, osteoporosis, enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinsons, movimiento, y mucho más. Además, las mutaciones del mtDNA se creen para desempeñar un papel en el proceso del envejecimiento.

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