☵ Mitochondriale DNA. Mitochondriale DNA und Familiengeschichte Mitochondriale Genome

DNA in Mitochondrien wird durch zyklische Moleküle repräsentiert, die keine Bindungen mit Histonen eingehen; in dieser Hinsicht ähneln sie bakteriellen Chromosomen.
Beim Menschen enthält mitochondriale DNA 16,5 Tausend bp, sie ist vollständig entschlüsselt. Es wurde festgestellt, dass die mitochondriale DNA verschiedener Objekte sehr homogen ist; ihr Unterschied liegt nur in der Größe von Introns und nicht transkribierten Regionen. Die gesamte mitochondriale DNA wird durch mehrere Kopien repräsentiert, die in Gruppen oder Clustern gesammelt werden. Somit kann ein Rattenleber-Mitochondrium 1 bis 50 zyklische DNA-Moleküle enthalten. Die Gesamtmenge an mitochondrialer DNA pro Zelle beträgt etwa ein Prozent. Die mitochondriale DNA-Synthese ist nicht mit der DNA-Synthese im Zellkern verbunden. Genau wie bei Bakterien wird mitochondriale DNA in einer separaten Zone gesammelt – dem Nukleoid, dessen Größe etwa 0,4 Mikrometer im Durchmesser beträgt. Lange Mitochondrien können 1 bis 10 Nukleoide haben. Wenn sich ein langes Mitochondrium teilt, wird ein Abschnitt mit einem Nukleoid von ihm abgetrennt (ähnlich der binären Spaltung von Bakterien). Die DNA-Menge in einzelnen mitochondrialen Nukleoiden kann je nach Zelltyp bis zum Zehnfachen schwanken. Wenn Mitochondrien verschmelzen, können ihre inneren Bestandteile ausgetauscht werden.
Die rRNA und Ribosomen der Mitochondrien unterscheiden sich deutlich von denen im Zytoplasma. Wenn 80er-Ribosomen im Zytoplasma gefunden werden, dann gehören die Ribosomen der Mitochondrien pflanzlicher Zellen zu den 70er-Ribosomen (bestehen aus 30er- und 50er-Untereinheiten, enthalten 16er- und 23er-RNA, charakteristisch für prokaryotische Zellen), und kleinere Ribosomen (ca. 50er-Ribosomen) werden gefunden die Mitochondrien tierischer Zellen. Im Mitoplasma findet die Proteinsynthese an Ribosomen statt. Im Gegensatz zur Synthese an zytoplasmatischen Ribosomen stoppt es unter der Wirkung des Antibiotikums Chloramphenicol, das die Proteinsynthese in Bakterien unterdrückt.
Transfer-RNAs werden auch auf dem mitochondrialen Genom synthetisiert; insgesamt werden 22 tRNAs synthetisiert. Der Triplett-Code des mitochondrialen Synthesesystems unterscheidet sich von dem im Hyaloplasma verwendeten. Obwohl scheinbar alle für die Proteinsynthese notwendigen Komponenten vorhanden sind, können kleine mitochondriale DNA-Moleküle nicht alle mitochondrialen Proteine kodieren, sondern nur einen kleinen Teil davon. Die DNA ist also 15.000 bp groß. kann Proteine mit einem Gesamtmolekulargewicht von etwa 6x105 kodieren. Gleichzeitig erreicht das Gesamtmolekulargewicht der Proteine eines Partikels des gesamten respiratorischen Ensembles der Mitochondrien einen Wert von etwa 2x106.

Reis. Relative Größen von Mitochondrien in verschiedenen Organismen.

Es ist interessant, das Schicksal der Mitochondrien in Hefezellen zu beobachten. Unter aeroben Bedingungen besitzen Hefezellen typische Mitochondrien mit klar definierten Cristae. Wenn Zellen in anaerobe Bedingungen überführt werden (z. B. wenn sie subkultiviert werden oder wenn sie in eine Stickstoffatmosphäre überführt werden), werden in ihrem Zytoplasma keine typischen Mitochondrien nachgewiesen, sondern stattdessen kleine Membranvesikel sichtbar. Es stellte sich heraus, dass Hefezellen unter anaeroben Bedingungen keine vollständige Atmungskette enthalten (Cytochrome b und a fehlen). Wenn die Kultur belüftet wird, kommt es zu einer schnellen Induktion der Biosynthese von Atmungsenzymen, einem starken Anstieg des Sauerstoffverbrauchs und dem Auftreten normaler Mitochondrien im Zytoplasma.
Ansiedlung von Menschen auf der Erde

05.05.2015 13.10.2015

Alle Informationen über den Aufbau des menschlichen Körpers und seine Veranlagung für Krankheiten werden in Form von DNA-Molekülen verschlüsselt. Die Hauptinformationen befinden sich in den Zellkernen. Allerdings sind 5 % der DNA in Mitochondrien lokalisiert.

Wie heißen Mitochondrien?

Mitochondrien sind Zellorganellen von Eukaryoten, die benötigt werden, um die in Nährstoffen enthaltene Energie in Verbindungen umzuwandeln, die von Zellen aufgenommen werden können. Daher werden sie oft als „Energiestationen“ bezeichnet, da ohne sie die Existenz des Körpers unmöglich ist.
Diese Organellen erhielten ihre eigene genetische Information aufgrund der Tatsache, dass sie früher Bakterien waren. Nachdem sie in die Zellen des Wirtsorganismus eingedrungen waren, konnten sie ihr Genom nicht mehr behalten, während sie einen Teil ihres eigenen Genoms in den Zellkern des Wirtsorganismus übertrugen. Daher enthält ihre DNA (mtDNA) nur noch einen Teil, nämlich 37 Gene, der ursprünglichen Menge. Sie verschlüsseln hauptsächlich den Mechanismus der Umwandlung von Glukose in Verbindungen – Kohlendioxid und Wasser – unter Erzeugung von Energie (ATP und NADP), ohne die die Existenz des Wirtsorganismus unmöglich ist.

Was ist das Besondere an mtDNA?

Die Haupteigenschaft der mitochondrialen DNA besteht darin, dass sie nur über die mütterliche Linie vererbt werden kann. In diesem Fall können alle Kinder (Männer oder Frauen) Mitochondrien aus der Eizelle erhalten. Dies liegt daran, dass weibliche Eizellen eine höhere Anzahl dieser Organellen enthalten (bis zu 1000-mal) als männliche Spermien. Dadurch erhält der Tochterorganismus sie nur von seiner Mutter. Daher ist ihre Vererbung von der väterlichen Zelle völlig unmöglich.
Es ist bekannt, dass mitochondriale Gene aus der fernen Vergangenheit an uns weitergegeben wurden – von unserer Promoterin – der „mitochondrialen Eva“, die mütterlicherseits die gemeinsame Vorfahrin aller Menschen auf dem Planeten ist. Daher gelten diese Moleküle als das idealste Objekt für genetische Untersuchungen zur Feststellung der mütterlichen Verwandtschaft.

Wie wird die Verwandtschaft festgestellt?

Mitochondriale Gene weisen viele Punktmutationen auf, was sie sehr variabel macht. Dadurch können wir eine Verwandtschaft herstellen. Bei der genetischen Untersuchung werden mit speziellen genetischen Analysegeräten – Sequenzern – einzelne punktuelle Nukleotidveränderungen im Genotyp, deren Ähnlichkeit oder Unterschied bestimmt. Bei Menschen, die mütterlicherseits nicht verwandt sind, unterscheiden sich die mitochondrialen Genome deutlich.
Die Bestimmung der Verwandtschaft ist dank der erstaunlichen Eigenschaften des mitochondrialen Genotyps möglich:
Sie unterliegen keiner Rekombination, daher verändern sich Moleküle nur durch den Mutationsprozess, der über ein Jahrtausend hinweg stattfinden kann;
Möglichkeit der Isolierung aus jeglichem biologischen Material;
Bei einem Mangel an Biomaterial oder einem Abbau des Kerngenoms kann mtDNA aufgrund der großen Anzahl ihrer Kopien zur einzigen Analysequelle werden;
Aufgrund der großen Anzahl an Mutationen im Vergleich zu den Kerngenen von Zellen wird eine hohe Genauigkeit bei der Analyse des genetischen Materials erreicht.

Was kann durch Gentests festgestellt werden?

Gentests von mtDNA helfen bei der Diagnose der folgenden Fälle.
1. Um eine Verwandtschaft zwischen Menschen mütterlicherseits herzustellen: zwischen einem Großvater (oder einer Großmutter) und einem Enkel, einem Bruder und einer Schwester, einem Onkel (oder einer Tante) und einem Neffen.
2. Bei der Analyse einer kleinen Menge Biomaterial. Schließlich enthält jede Zelle mtDNA in erheblichen Mengen (100 – 10.000), während die Kern-DNA nur 2 Kopien für jeweils 23 Chromosomen enthält.
3. Bei der Identifizierung von altem Biomaterial – eine Haltbarkeit von mehr als tausend Jahren. Dank dieser Eigenschaft konnten Wissenschaftler genetisches Material aus den Überresten von Mitgliedern der Familie Romanov identifizieren.
4. Wenn kein anderes Material vorhanden ist, enthält sogar ein Haar eine erhebliche Menge an mtDNA.
5. Bei der Bestimmung der Zugehörigkeit von Genen zu den genealogischen Zweigen der Menschheit (afrikanische, amerikanische, nahöstliche, europäische Haplogruppe und andere), dank derer es möglich ist, die Herkunft einer Person zu bestimmen.

Mitochondriale Erkrankungen und ihre Diagnose

Mitochondriale Erkrankungen äußern sich hauptsächlich durch Defekte in der mtDNA von Zellen, die mit einer erheblichen Anfälligkeit dieser Organellen für Mutationen einhergehen. Heute gibt es bereits etwa 400 Krankheiten, die mit ihren Defekten einhergehen.
Normalerweise kann jede Zelle sowohl normale Mitochondrien als auch solche mit bestimmten Störungen umfassen. Oftmals treten Krankheitssymptome überhaupt nicht auf. Wenn jedoch der Prozess der Energiesynthese schwächer wird, wird bei ihnen die Manifestation solcher Krankheiten beobachtet. Diese Erkrankungen gehen vor allem mit Störungen des Muskel- oder Nervensystems einher. Bei solchen Erkrankungen kommt es in der Regel zu einem späten klinischen Manifestationsbeginn. Die Inzidenz dieser Erkrankungen liegt bei 1:200 Personen. Es ist bekannt, dass das Vorhandensein mitochondrialer Mutationen während der Schwangerschaft ein nephrotisches Syndrom und sogar einen plötzlichen Tod des Säuglings verursachen kann. Daher unternehmen Forscher aktive Versuche, diese Probleme im Zusammenhang mit der Behandlung und Übertragung genetischer Erkrankungen dieser Art von der Mutter auf das Kind zu lösen.

Wie hängt das Altern mit den Mitochondrien zusammen?

Die Reorganisation des Genoms dieser Organellen wurde auch bei der Analyse des Alterungsmechanismus des Körpers entdeckt. Forscher der Hopkins University veröffentlichten Ergebnisse aus der Überwachung der Blutspiegel von 16.000 älteren Amerikanern und zeigten, dass die Abnahme der mtDNA-Menge in direktem Zusammenhang mit dem Alter der Patienten stand.

Die meisten der heute betrachteten Themen sind zur Grundlage einer neuen Wissenschaft geworden – der „Mitochondrialen Medizin“, die im 20. Jahrhundert als eigenständige Richtung gegründet wurde. Die Vorhersage und Behandlung von Krankheiten, die mit Störungen des mitochondrialen Genoms einhergehen, sowie die genetische Diagnostik sind seine Hauptaufgaben.

Ein erheblicher Teil der Leser meiner Blogs hat natürlich bis zu einem gewissen Grad eine Vorstellung vom Wesen und der Natur der Vererbung der mitochondrialen DNA. Dank der Verfügbarkeit kommerzieller Tests haben viele meiner (Mehr-)Leser mitochondriale Haplotypen in einzelnen Regionen des Mitochondriums identifiziert (CR, HVS1, HVS2), und einige verfügen sogar über eine vollständige mitochondriale Sequenz (alle 16571 Positionen). So konnten viele Licht auf ihre „tiefe Genealogie“ werfen, die auf den gemeinsamen Punkt der Koalition aller derzeit existierenden weiblichen genetischen Linien zurückgeht. Romantische Popgenetiker nannten diesen Punkt „mitochondriale Eva“, obwohl dieser Punkt immer noch nur eine mathematische Abstraktion ist und daher jeder Name rein konventionell ist.

Ein kurzer Ausflug für Anfänger.
Mitochondriale DNA (im Folgenden mtDNA) wird von der Mutter an das Kind weitergegeben. Da nur Frauen mtDNA an ihre Nachkommen weitergeben können, liefert der mtDNA-Test Informationen über die Mutter, ihre Mutter usw. über die direkte mütterliche Linie. Sowohl Männer als auch Frauen erhalten mtDNA von ihrer Mutter, weshalb sowohl Männer als auch Frauen an mtDNA-Tests teilnehmen können. Obwohl Mutationen in der mtDNA vorkommen, ist ihre Häufigkeit relativ gering. Im Laufe der Jahrtausende haben sich diese Mutationen angesammelt und aus diesem Grund unterscheidet sich die weibliche Linie in einer Familie genetisch von einer anderen. Nachdem sich die Menschheit über den Planeten ausgebreitet hatte, traten weiterhin zufällig Mutationen in Populationen auf, die durch Entfernungen von der einst vereinten Menschheit getrennt waren. Aus diesem Grund kann mtDNA verwendet werden, um die geografische Herkunft einer bestimmten Familiengruppe zu bestimmen. Die Ergebnisse der mtDNA-Tests werden mit der sogenannten „Cambridge Standard Sequence“ (CRS) verglichen – der ersten mtDNA-Sequenz, die 1981 in Cambridge etabliert wurde (*Hinweis: Die Verwendung von CRS als Referenz-Mitosequenz wird derzeit geprüft). Als Ergebnis stellen Wissenschaftler den Haplotyp der untersuchten Person fest. Ein Haplotyp ist Ihr individuelles genetisches Merkmal. Wenn Sie es betrachten, ist mtDNA Ihr Satz von Abweichungen von der „Cambridge-Standardsequenz“. Nach dem Vergleich Ihrer Sequenz mit Sequenzen aus der Datenbank wird Ihre Haplogruppe bestimmt. Eine Haplogruppe ist ein genetisches Merkmal einer bestimmten Gemeinschaft von Menschen, die eine gemeinsame „Urgroßmutter“ hatten, die jünger ist als die „mitochondriale Eva“. Ihre alten Vorfahren zogen bei Wanderungen oft in derselben Gruppe umher. Die Haplogruppe zeigt, zu welchem genealogischen Zweig der Menschheit Sie gehören. Sie werden durch Buchstaben des Alphabets von A bis Z sowie zahlreiche Untergruppen bezeichnet. Zum Beispiel europäische Haplogruppen – H, J, K, T, U, V, X. Nahöstliche – N und M. Asiatische – A, B, C, D, F, G, M, Y, Z. Afrikanische – L1 , L2 , L3 und M1. Polynesier – B. Amerikanische Indianer – A, B, C, D und selten X. Kürzlich wurden N1, U4, U5 und W zu den europäischen Haplogruppen hinzugefügt.

Konzentrieren wir uns auf europäische Mitohaplogruppen – H, J, K, T, U, V, X, N1, U4, U5 und W. Die meisten von ihnen wiederum spalten sich in Tochterunterklassen auf (Tochterzweige, zum Beispiel die Tochterunterklasse der Haplogruppe U5 – Unterklasse U5b1 („Ursula“), deren Verbreitungshöhepunkt in den baltischen Staaten und Finnland liegt. Es ist erwähnenswert, dass Matriarchen weiblicher Linien werden oft einfach mit weiblichen Namen bezeichnet. Den Grundstein für diese Tradition legte der Autor des Buches „Seven Daughters of Eve“, Brian Sykes, der Namen für die vermeintlichen Vorfahren des Großteils der europäischen Bevölkerung erfand – Ursula (Haplogruppe U), Ksenia (X), Elena (H), Velda (V), Tara (T), Catherine (K) und Jasmine (J). Sie können die Hauptstraßen verfolgen und kartieren, auf denen sie und der Rest unserer Ururgroßmütter in Zeit und Raum unterwegs waren, und die geschätzte Zeit für jede Gabelung berechnen – das Auftreten einer neuen Mutation, beginnend mit den ersten „Töchtern Evas“. ” zu den jüngsten - Haplogruppen I und V, die „nur“ etwa 15.000 Jahre alt sind.

Ich stelle oft die Frage: Wie unterscheidet sich Kern-DNA von mtDNA? Nach modernen wissenschaftlichen Konzepten waren Mitochondrien vor Milliarden von Jahren eigenständige Bakterien, die sich in den Zellen primitiver eukaryotischer (mit einem Zellkern mit linearen Chromosomen) Organismen ansiedelten und in den Wirtszellen die Funktion der Wärme- und Energieerzeugung „übernahmen“. Während ihres gemeinsamen Lebens verloren sie einige ihrer Gene als unnötig, während sie mit allem bereit lebten, einige wurden auf Kernchromosomen übertragen, und jetzt besteht der Doppelring der menschlichen mtDNA nur noch aus 16.569 Nukleotidbasenpaaren. Der Großteil des mitochondrialen Genoms ist mit 37 Genen besetzt. Aufgrund der hohen Konzentration an freien Sauerstoffradikalen (Nebenprodukte der Glukoseoxidation) und der Schwäche des Mechanismus zur Reparatur von Fehlern beim DNA-Kopieren treten Mutationen in mtDNA um eine Größenordnung häufiger auf als in Kernchromosomen. Der Ersatz, Verlust oder die Hinzufügung eines Nukleotids erfolgt hier etwa alle 100 Generationen – etwa 2500 Jahre. Mutationen in mitochondrialen Genen – Störungen in der Funktion zellulärer Energiepflanzen – verursachen sehr häufig Erbkrankheiten. Die einzige Funktion der Mitochondrien ist die Oxidation von Glukose zu Kohlendioxid und Wasser und die Synthese unter Verwendung der Energie des bei diesem Prozess freigesetzten Zellbrennstoffs – ATP und des universellen Reduktionsmittels (Protonenträgers) NADH. (NADH ist Nicotinamidadenindinukleotid – versuchen Sie es ohne zu zögern auszusprechen.) Selbst diese einfache Aufgabe erfordert Dutzende von Enzymen, aber die meisten Proteingene, die für die Arbeit und den Erhalt der Mitochondrien notwendig sind, wurden schon lange auf die Chromosomen des „Wirts“ übertragen. Zellen. In der mtDNA verbleiben nur die Transfer-RNA-Gene, die den Ribosomen, die Proteine synthetisieren, Aminosäuren liefern (angezeigt durch einbuchstabige lateinische Symbole der entsprechenden Aminosäuren), sowie zwei ribosomale RNA-Gene – 12s-RNA und 16s-RNA (die Gene für mitochondriale Ribosomenproteine). befinden sich im Zellkern) und einige (nicht alle) Gene, Proteine der wichtigsten mitochondrialen Enzyme – NADH-Dehydrogenase-Komplex (ND1-ND6, ND4L), Cytochrom-C-Oxidase (COI-III), Cytochrom B (CYTb) und zwei Proteinuntereinheiten des ATP-Synthetase-Enzyms (ATPase8 und 6). Für die Bedürfnisse der molekularen oder DNA-Genealogie wird eine nichtkodierende Region verwendet – D-Schleife, bestehend aus zwei hypervariablen Regionen mit niedriger und hoher Auflösung – HVR1 (GVS1) und HVR2 (GVS2).

Es lohnt sich, ein paar Worte über die Bedeutung der Untersuchung von mtDNA aus Sicht der medizinischen Genetik zu sagen.
Natürlich wurden bereits Studien zum Zusammenhang bestimmter Krankheiten mit einzelnen weiblichen genetischen Linien durchgeführt. Beispielsweise deutete eine Studie darauf hin, dass der Abbau der oxidativen Phosphorylierung von Mitochlorionen, die mit dem SNP verbunden sind, der die J(Asmine)-Haplogruppe definiert, eine erhöhte Körpertemperatur im Phänotyp von Trägern dieser Haplogruppe verursacht. Dies hängt mit der zunehmenden Präsenz dieser Haplogruppe in Nordeuropa, insbesondere in Norwegen, zusammen. Darüber hinaus erkranken Menschen mit der mitochondrialen Haplogruppe J einer anderen Studie zufolge schneller an AIDS und sterben schneller als andere HIV-infizierte Menschen. Die Studien zeigten, dass phylogenetisch bedeutsame mitochondriale Mutationen das Muster der Genexpression im Phänotyp mit sich brachten.

Darüber hinaus ist die mitochondriale Schwester-Haplogruppe T von J mit einer verminderten Spermienmotilität bei Männern verbunden. Laut einer Veröffentlichung der Abteilung für Biochemie und Molekulare Zellbiologie der Universität Saragossa stellt die Haplogruppe T eine schwache genetische Veranlagung für Asthenozoospermie dar. Einigen Studien zufolge ist das Vorhandensein der Haplogruppe T mit einem erhöhten Risiko einer koronaren Herzkrankheit verbunden. Laut einer anderen Studie entwickeln T-Träger seltener Diabetes. Mehrere medizinische Pilotstudien haben gezeigt, dass die Haplogruppe T mit einem verringerten Risiko für Parkinson- und Alzheimer-Erkrankungen verbunden ist.

Das nächste Beispiel zeigt jedoch, dass die Ergebnisse der Analyse des Zusammenhangs zwischen weiblichen genetischen Linien und Krankheiten häufig widersprüchlich sind. Beispielsweise sind Träger der ältesten europäischen Mitohaplogruppe UK kaum anfällig für das erworbene Immunschwächesyndrom. Gleichzeitig gilt eine Untergruppe, U5a, als besonders anfällig für das erworbene Immunschwächesyndrom.

Frühere Studien haben einen positiven Zusammenhang zwischen der Zugehörigkeit zur Haplogruppe U und dem Risiko für Prostata- und Darmkrebs gezeigt. Die Haplogruppe K (Catherine), die vom Vereinigten Königreich über die Subklasse U8 abstammt, sowie ihre Elternlinien sind durch ein erhöhtes Risiko für Schlaganfälle und chronisch fortschreitende Ophthalmoplegie gekennzeichnet.

Männer der dominanten weiblichen Linie H (Helen, ein Zweig der kombinierten H-Gruppe in Europa) zeichnen sich durch das geringste Risiko für Asthenozoospermie (eine Krankheit, bei der die Beweglichkeit der Spermien abnimmt) aus. Diese Haplogruppe zeichnet sich auch durch eine hohe Körperresistenz und Widerstandskraft aus zum Fortschreiten von AIDS. Gleichzeitig ist H durch ein hohes Risiko gekennzeichnet, an der Alzheimer-Krankheit zu erkranken. Im Vergleich dazu ist das Risiko, an der Parkinson-Krankheit zu erkranken, bei Trägern der weiblichen genetischen Linie H (Helen) viel höher als bei ähnlichen Risiko bei Vertretern der Linie (JT). Darüber hinaus weisen Vertreter von Lynn H die höchste Resistenz gegen Sepsis auf.

Vertreter der mitochondrialen Linien I, J1c, J2, K1a, U4, U5a1 und T haben ein (im Vergleich zum Durchschnitt) verringertes Risiko, an Parkinson zu erkranken. Frauen der genetischen Linien I (Irene), J (Jasmine) und T ( Tara) brachte von allen Hundertjährigen mehr zur Welt, weshalb Popgenetiker diese Mitohaplogruppen scherzhaft als Haplogruppen von Hundertjährigen bezeichnen. Aber nicht alles ist so gut. Einige Mitglieder der Unterklassen der Haplogruppen J und T (insbesondere J2) leiden an einer seltenen genetisch bedingten Krankheit (Lebersche hereditäre Optikusneuropathie), die mit der Expression eines Gens verbunden ist, das für mütterlich vererbte Blindheit verantwortlich ist.

Die Zugehörigkeit zur Mitohaplogruppe N ist ein Faktor bei der Entstehung von Brustkrebs. Gleiches gilt jedoch auch für andere europäische Mitohaplogruppen (H, T, U, V, W, X), mit Ausnahme von K. Schließlich weisen Träger der weiblichen Mitochondrienlinie X („Ksenia“) eine Mutation in den Mitochondrien auf erhöht das Risiko, an Diabetes II Typ, Kardiomyopathie und Endometriumkrebs zu erkranken. Vertreter der kombinierten Makromitohaplogruppe IWX weisen die höchste Resistenz gegen die Entwicklung von AIDS auf.

Mitochondrien spielen auch in der erst vor relativ kurzer Zeit entstandenen Sportgenetik eine wichtige Rolle.

Beim Lesen von Beschreibungen von Sportmedikamenten und Nahrungsergänzungsmitteln stieß ich oft auf die Erwähnung, dass das eine oder andere aktive Element des Arzneimittels den Stoffwechsel oder den Transport bestimmter Verbindungen in die Mitochondrien beschleunigt. Dies betrifft vor allem L-Carnitin, Kreatin und BCAA. Da das Mitochondrium als Energiegenerator in der Zelle fungiert, erscheinen mir diese Beobachtungen logisch und plausibel.

Betrachten wir dieses Thema daher genauer.

Nach Ansicht einiger Wissenschaftler führt Energiemangel zu einer vorzeitigen Alterung des Körpers. Je weniger Energie in den Zellen vorhanden ist, desto weniger Aufwand wird für die Wiederherstellung und Entfernung von Giftstoffen aufgewendet. Wie sie sagen: „Mir ist Fett egal, ich wünschte, ich wäre am Leben.“ Aber es gibt immer einen Ausweg:Eine gesunde Ernährung und kleine biochemische Veränderungen können die Zellkraftwerke wieder in Schwung bringen. Und das erste, woran Sie sich erinnern sollten, ist Carnitin.

Ab dem Erwachsenenalter beginnen die Mitochondrien, die Zellkraftwerke, langsamer zu werden, was zu einer Verringerung der Energieproduktion führt. Die Zelle bewegt sich in Richtung Sparmaßnahmen, wobei der „Nachbrenner“-Modus nicht einmal einen Traum wert ist. Energiemangel führt zu Funktionsstörungen anderer Zellorganellen und beeinträchtigt wiederum die Mitochondrien. Teufelskreis. Das ist Altern, oder genauer gesagt, seine innere Manifestation.

„Du bist nur so jung wie deine Mitochondrien“, sagt der Ernährungswissenschaftler Robert Crichon gerne. Nachdem er sich viele Jahre lang mit der Biochemie von Zellen beschäftigt hatte, fand er eine Möglichkeit, die Energieproduktion der Mitochondrien zu beeinflussen: das Altern. Bei dieser Methode handelt es sich um Carnitin und seine aktive Form L-Carnitin.

Carnitin ist keine Aminosäure, da es keine Aminogruppe (NH2) enthält. Es ähnelt eher einem Coenzym oder, wenn Sie es vorziehen, einer wasserlöslichen, vitaminähnlichen Verbindung. Warum erregt Carnitin die Aufmerksamkeit von Ernährungswissenschaftlern?

Wie Sie wissen, sind Fettsäuren der Hauptbrennstoff für die Muskeln, insbesondere für das Myokard. Etwa 70 % der Energie werden in den Muskeln durch die Fettverbrennung erzeugt. Carnitin transportiert langkettige Fettsäuren durch die Mitochondrienmembran. Eine kleine Menge Carnitin (ca. 25 %) wird vom Körper aus der Aminosäure Lysin synthetisiert. Die restlichen 75 % müssen wir über die Nahrung aufnehmen.

Aber heute bekommen wir zu wenig Carnitin. Es wird gesagt, dass unsere Vorfahren täglich mindestens 500 mg Carnitin zu sich nahmen. Der durchschnittliche Mensch in der modernen Gesellschaft nimmt nur 30-50 mg pro Tag über die Nahrung auf...

Carnitinmangel führt zu verminderter Energieproduktion und Degeneration. Weniger Energie bedeutet geringere physiologische Reserven. Das klassische Bild zeigt ältere Menschen, deren Körper eine „Energiekrise“ durchlebt. Wenn der Körper über genügend Energie verfügte, konnte er erfolgreich Zellmembranen aufbauen und erneuern, die Integrität der Zellstrukturen aufrechterhalten und genetische Informationen schützen. Auch unser Immunsystem ist auf eine ausreichende Energieproduktion angewiesen.

Robert Crichon glaubt, dass wir mehr Carnitin benötigen, wenn der Körper abnimmt. Dies ist ein Schritt zur Verjüngung und Energieversorgung der Zellen, damit diese besser funktionieren und sich vor freien Radikalen und Krankheitserregern schützen können. [ Übrigens habe ich vor anderthalb Jahren bei einem Physiologen eine Pilotuntersuchung zur Bestimmung des biologischen Alters durchgeführt. Laut Tabelle des Physiologen entsprachen die Messergebnisse am genauesten dem biologischen Alter von 28 Jahren. Wenn Herr Robert Crichon recht hat, dann sind meine Mitochondrien 7 Jahre jünger als mein Passalter)). Aber viele meiner Altersgenossen leben bereits in Schulden gegenüber der Natur (wiederum auf Kosten ihrer Mitochondrien).

Fleisch, Fisch, Milch, Eier, Käse und andere tierische Produkte enthalten im Allgemeinen ausreichend Carnitin. Hammel- und Lammfleisch sind besonders wirksame Quellen. Avocado und Tempeh sind die am meisten bevorzugten pflanzlichen Quellen.

Natürlich grasten Tiere früher auf Weiden und fraßen Gras. Das war großartig, denn in diesem Fall enthielten tierische Produkte große Mengen an Carnitin und gesunden Omega-3-Fettsäuren, die sich gegenseitig ergänzen. Dies ermöglichte es dem Körper unserer Vorfahren, effektiv Fett zu verbrennen und einen starken Körper zu haben. Heutzutage werden Rinder mit Getreide gefüttert, das von Omega-6-Fettsäuren dominiert wird, die entzündungsfördernd wirken, und der Carnitinspiegel ist gesunken. Deshalb ist der tägliche Verzehr von rotem Fleisch mittlerweile keine gesunde Alternative mehr. Aber lassen Sie uns hier aufhören.

Es gibt noch einen weiteren Punkt, der erwähnenswert ist. Es wäre naiv zu behaupten, dass Carnitin einen Menschen ein für alle Mal vor dem Altern bewahren kann. Nein, es wäre zu einfach für die Menschheit, auch wenn viele es gerne glauben würden.

Carnitin ist, wie andere stoffwechselaktivierende Stoffe, nur einer von vielen Helfern. Allerdings ist es nicht in der Lage, die Zelluhr radikal zu stoppen, wohl aber in der Lage, sie zu verlangsamen.

Es wurde festgestellt, dass die Arbeit des ischämischen Myokards aufhört, wenn die zellulären Ressourcen an Kreatinphosphorsäure erschöpft sind, obwohl ca. 90 % Adenosintriphosphat. Dies zeigte, dass Adenosintriphosphat ungleichmäßig in der Zelle verteilt ist. Dabei wird nicht das gesamte in der Muskelzelle vorkommende Adenosintriphosphat genutzt, sondern nur ein bestimmter Teil davon, konzentriert in den Myofibrillen. Die Ergebnisse weiterer Experimente zeigten, dass die Verbindung zwischen den zellulären Adenosintriphosphatspeichern durch Kreatinphosphorsäure und Kreatinkinase-Isoenzyme erfolgt. Unter normalen Bedingungen überträgt das in den Mitochondrien synthetisierte Adenosintriphosphatmolekül Energie auf Kreatin, das unter dem Einfluss des Isoenzyms Kreatinkinase in Kreatinphosphorsäure umgewandelt wird. Kreatin-Phosphorsäure bewegt sich zur Lokalisierung von Kreatin-Kinase-Reaktionen, wo andere Kreatin-Kinase-Isoenzyme für die Regeneration von Adenosintriphosphat aus Kreatin-Phosphorsäure und Adenosindiphosphat sorgen. Das dabei freigesetzte Kreatin gelangt in die Mitochondrien und Adenosintriphosphat wird zur Energiegewinnung u.a. genutzt. bei Muskelverspannungen. Die Intensität der Energiezirkulation in der Zelle entlang des Kreatin-Phosphor-Weges ist viel größer als die Penetrationsrate von Adenosintriphosphat in das Zytoplasma. Dies ist der Grund für den Abfall der Kreatinphosphorsäurekonzentration in der Zelle und führt zu einer Verringerung der Muskelspannung, selbst wenn die Hauptzellversorgung mit Adenosintriphosphat nicht beeinträchtigt ist.

Leider schenken Menschen, die sich mit Sportgenetik beschäftigen, den Mitochondrien nur sehr wenig Aufmerksamkeit. Ich habe noch keine Studie über die Ergebnisse von Bodybuildern gesehen, die aufgrund ihrer Zugehörigkeit zu mitochondrialen Gruppen in Kontrollgruppen eingeteilt wurden (vorausgesetzt, dass ihre anderen „Indikatoren“ dieselben sind). Der Versuchsaufbau könnte beispielsweise so aussehen: Wir wählen Bodybuilder gleichen Alters, gleichen Gewichts, gleicher Größe, gleicher Muskelzusammensetzung und gleicher Erfahrung aus. Wir laden sie ein, eine Reihe identischer Kraftübungen durchzuführen (z. B. die maximale Anzahl an Sätzen Bankdrücken mit einem Gewicht von 95–100 kg). Wir vergleichen die Ergebnisse und analysieren sie auf der Grundlage von A-priori-Informationen über die Mitogruppen der Sportler . Anschließend geben wir den Sportlern eine Kombinationsdiät aus Kreatin, Levocarnitin, Glutamin und Aminosäuren. Nach einiger Zeit wiederholen wir den Test, vergleichen die Ergebnisse und ziehen Rückschlüsse auf das Vorhandensein/Fehlen einer Korrelation mit dem mtDNA-Typ.

Ich denke, dass meine Amateurforschung über Mitochondrien letztendlich die Menschheit aufklären kann. Allerdings interessiere ich mich nicht nur für Mitochondrien und nicht so sehr für Genealogie und medizinische Fragen, sondern für Fragen der Psychogenetik, insbesondere für Aspekte der Interaktion zwischen Menschen verschiedener Mitohapogruppen. Ich habe mir erlaubt, diesen Forschungsbereich Psychosozionik zu nennen. Als ich die seltene Gelegenheit nutzte, (4 Jahre lang) die Interaktion von Menschen verschiedener Mitohaplogruppen in mindestens 5 englischsprachigen Foren und 2 russischsprachigen Foren zu beobachten, bemerkte ich einen interessanten Trend. Leider hatte ich keine Zeit, dieses Muster in den diskursiven Begriffen der Wissenschaftssprache der Popgenetik klar zu artikulieren; alles befindet sich noch auf der Ebene von Vorbemerkungen. Aber vielleicht, wenn ich meine Beobachtung formulieren kann, wird sie in die Geschichte der Populationsgenetik eingehen Verenich-Saporozhchenko-Gesetz.

Meine Beobachtungen basieren auf der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den drei wichtigsten europäischen zusammenfassenden Mitohaplogruppen (JT, HV, UK). Leider wurden die europäischen Mitohaplogruppen I, W, X (sowie exotische und kleinere Mitogruppen) aufgrund der Nichtrepräsentativität der Stichprobe nicht in den Bereich meiner Forschung einbezogen. Kurz gesagt lassen sich diese Beobachtungen auf die folgenden Punkte zusammenfassen:

1) Die dichteste und produktivste Interaktion wird zwischen Vertretern einer kombinierten Haplogruppe beobachtet (zum Beispiel zwischen Vertretern verschiedener Unterklassen J und T). Vielleicht kann diese Tatsache durch einen evolutionären Mechanismus erklärt werden, der auf genetischer Ebene (ich möchte Sie daran erinnern, dass MitoDNA ausschließlich über die mütterliche Linie vererbt wird) die Bindung eines Kindes an seine Mutter in einem frühen Alter bestimmt. Clark-Stewart, in ihr Bei der Untersuchung dreigliedriger Beziehungen in vielen Familien wurde festgestellt, dass der Einfluss der Mutter auf das Kind direkter Natur ist, während der Vater das Baby oft indirekt beeinflusst – über die Mutter (Clarke-Stewart K.A., 1978). Dieser Einfluss wird anschließend auf die Interaktion mit Vertretern ähnlicher Mitohaplogruppen interpoliert (die psychogenetische Grundlage dieses Einflusses ist wissenschaftlich noch nicht geklärt). Daher ist es nicht verwunderlich, dass Menschen unter ihren Haplogruppenkollegen die zuverlässigsten Gleichgesinnten finden

2) Vertreter von JT und HV sind Antipoden zueinander – zwischen ihnen wird die antagonistischste Wechselwirkung beobachtet, die oft zu Konflikten führt. Die Gründe für den Antagonismus müssen noch untersucht werden

3) Vertreter der britischen Mitogruppe zeichnen sich in der Regel durch eine neutrale Haltung gegenüber JT und HV aus. Die Beziehungen zu beiden Gruppen sind rein geschäftsmäßig, neutral-freundlich.

Da mich die Gründe für eine so offensichtliche Aufteilung interessierten, wandte ich mich um Rat an Valery Zaporozhchenko, den weltweit führenden Spezialisten für mtDNA (er ist der Autor eines der effektivsten phylogenetischen Programme MURKA, verfügt über die weltweit größte private Sammlung von Mitohaplotypen und vollständige Genomsequenzen und ist Co-Autor mehrerer wichtiger Veröffentlichungen zu MitoDNA).Valery gab eine etwas ungewöhnliche, aber wenn man darüber nachdenkt, logische Antwort.Der Kern seiner Antwort war, dass der Antagonismus zwischen JT und HV durch das „genetische Gedächtnis“ erklärt werden könne. Tatsache ist, dass die Haplogruppe HV irgendwo an der Wende vom Mesolithikum zum Neolithikum über die Nordroute nach Europa eingedrungen ist.Parallel zu dieser Haplogruppe gelangte die weibliche Gattung JT nach Europa, die Migrationsroute verlief jedoch etwas südlich. Höchstwahrscheinlich gab es eine gewisse Konkurrenz zwischen beiden Gruppen (JT und HV), da sowohl JT als auch HV dieselbe Nische besetzten (neolithische Bauern). ZUÜbrigens erklärt die gleiche historische Selbstbeobachtung die Neutralität der britischen Mitogruppe gegenüber HV und JT. Wie heute allgemein angenommen wird, befand sich Großbritannien (als älteste Mitogruppe Europas) zu Beginn der neolithischen Revolution und dem Aufkommen des oben erwähnten NeolithikumsDiese Gruppen waren hauptsächlich unter europäischen mesolithischen Jägern und Sammlern vertreten. Da sie eine völlig andere Nische besetzten, hatten die britischen Vertreter einfach nichts mit HV und JT zu teilen.

Das beste Beispiel für einen Mito-Konflikt ist der fünf Jahre alte Konflikt zwischen zwei brillanten Köpfen der Amateurgenetik und Anthropologie – Dienek Pontikos (dessen Mitogruppe T2 ist) und David „Polako“ Veselovsky (dessen Mitogruppe als H7 definiert ist). Dies ist keine Bestätigung des Konfliktpotentials der Interaktion zwischen den JT- und HV-Mitogruppen. Dies ähnelt dem bekannten Experiment mit 1 g Eisenpulver bzw. -pulver und 2 g trockenem Kaliumnitrat, zuvor im Mörser zermahlen. Sobald sie nebeneinander platziert werden, beginnt eine heftige Reaktion mit Funkenbildung, bräunlichem Rauch und starker Erhitzung. In diesem Fall ähnelt das Aussehen der Mischung rotglühender Lava. Bei der Reaktion von Kaliumnitrat mit Eisen entstehen Kaliumferrat und gasförmiges Stickstoffmonoxid, das bei Oxidation an der Luft braunes Gas – Stickstoffdioxid – erzeugt. Wenn der feste Rückstand nach Beendigung der Reaktion in ein Glas kaltes kochendes Wasser gegeben wird, erhält man eine rotviolette Lösung von Kaliumferrat, die sich in wenigen Minuten zersetzt.))

Welche praktischen Konsequenzen haben diese Beobachtungen? Derzeit entwickelt sich rasant einer der Zweige der sogenannten Konfliktologie, der sich mit der Beurteilung der Kompatibilität von Einzelpersonen in einer Gruppe befasst. Natürlich findet diese Branche ihren praktischsten Ausdruck in der Lösung praktischer Probleme (z. B. Besetzung oder Personalauswahl). Selbstverständlich werden eingestellte Mitarbeiter vor allem anhand ihrer Fachkenntnisse, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Berufserfahrung beurteilt. Ein wichtiger Faktor ist jedoch die Beurteilung der Kompatibilität der Rekruten mit dem bereits etablierten Team und Management. Eine apriorische Einschätzung dieses Faktors ist schwierig, und diese Einschätzung erfolgt mittlerweile hauptsächlich mit Hilfe psychologischer Tests, für deren Entwicklung und Prüfung große Konzerne und Institutionen (zum Beispiel die NASA bei der Auswahl eines Astronautenteams) große Summen ausgeben Geld. Doch jetzt, an der Schwelle zur Entwicklung der Psychogenetik, können diese Tests durch eine Analyse der genetisch bedingten Verträglichkeit ersetzt werden.

Nehmen wir zum Beispiel an, dass wir über eine bestimmte Gruppe rekrutierter Fachkräfte verfügen, die die formalen Voraussetzungen für eine Anstellung erfüllen und über die entsprechende Kompetenz verfügen. Es gibt ein Team, in dem beispielsweise alle drei Makrogruppen JT, HV vorhanden sindund Großbritannien. Wenn ich eine Führungskraft wäre, würden neue Mitarbeiter anhand der zugewiesenen Aufgaben bestimmten Personengruppen zugeordnet:

1) Wenn die Umsetzung einer bestimmten Aufgabe die Anwesenheit einer engen Gruppe von Gleichgesinnten erfordert, besteht die beste Option darin, eine Gruppe von Personen zu bilden, die derselben Makrohaplogruppe angehören
2) Wenn die Gruppe an der Suche nach neuen Lösungen arbeitet und Methoden wie „Brainstorming“ in ihrer Arbeit einsetzt, ist es notwendig, diese Rekruten in das Umfeld von Antagonisten zu versetzen (JT zu HV und umgekehrt).

3) Wenn die Arbeitsprinzipien der Gruppe ausschließlich auf geschäftlichen/formellen Beziehungen basieren, sollte das Management sicherstellen, dass die Gruppe über eine ausreichende Anzahl britischer Vertreter verfügt, die als Puffer zwischen widersprüchlichen JTs und HVs fungieren.

Auf Wunsch können dieselben Grundsätze auch einer „wissenschaftlich motivierten“ Auswahl des Ehepartners zugrunde gelegt werden. Zumindest wird die Beurteilung der Kompatibilität eines Partners (oder vielmehr die Beurteilung der Art der Kompatibilität) viel plausibler sein als die Beurteilung der Kompatibilität bei modernen Dating-Diensten, die auf primitiven psychologischen Tests und Astrologie basieren.K Übrigens nutzt der einzige kommerzielle DNA-Datierungsdienst ausschließlich die Haplotypen des Histokompatibilitätskomplexes aus. Die Logik besteht darin, dass Menschen, wie Wissenschaftler gezeigt haben, normalerweise Partner mit dem entgegengesetztsten HLA-Haplotyp wählen.

Verschiedene genetische Komponenten in der norwegischen Bevölkerung wurden durch die Analyse von mtDNA- und Y-Chromosomen-Polymorphismen aufgedeckt. Mitochondriale DNA-Haplogruppen beeinflussen das Fortschreiten von AIDS.

Natürliche Selektion prägte regionale mtDNA-Variation beim Menschen Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (September 2000). „Menschliche mtDNA-Haplogruppen, die mit einer hohen oder verringerten Beweglichkeit der Spermien verbunden sind.“ Bin. J.Hum. Genet. 67(3):682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.

Mitochondrium: 30 Mitochondriale Haplogruppe T wird mit koronarer Herzkrankheit in Verbindung gebracht. Träger des mitochondrialen DNA-Haplotyps „T“ sind weniger anfällig für Diabetes « Mathildas Anthropologie-Blog

„An anderer Stelle wurde berichtet, dass die Zugehörigkeit zur Haplogruppe T einen gewissen Schutz gegen die Alexander-Belovzheimer-Krankheit (Chagnon et al. 1999; Herrnstadt et al. 2002) und auch die Parkinson-Krankheit (Pyle et al. 2005) bieten könnte, aber die warnenden Worte von Pereira et al. deuten darauf hin, dass weitere Studien notwendig sein könnten, bevor man zu eindeutigen Schlussfolgerungen gelangen kann.“

Mitochondriale DNA-Haplogruppen beeinflussen das Fortschreiten von AIDS.

Natürliche Selektion prägte die regionale mtDNA-Variation beim Menschen
Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (September 2000). „Menschliche mtDNA-Haplogruppen, die mit einer hohen oder verringerten Beweglichkeit der Spermien verbunden sind.“ Bin. J.Hum. Genet. 67(3):682–96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.
Mitochondrium: 30 Mitochondriale Haplogruppe T wird mit koronarer Herzkrankheit in Verbindung gebracht
Träger des mitochondrialen DNA-Haplotyps „T“ sind weniger anfällig für Diabetes « Mathildas Anthropologie-Blog
„An anderer Stelle wurde berichtet, dass die Mitgliedschaft in der Haplogruppe T einen gewissen Schutz davor bieten könnte

Was ist mitochondriale DNA?

Mitochondriale DNA (mtDNA) ist DNA, die sich in Mitochondrien befindet, zellulären Organellen in eukaryontischen Zellen, die chemische Energie aus der Nahrung in eine Form umwandeln, die Zellen nutzen können – Adenosintriphosphat (ATP). Mitochondriale DNA stellt nur einen kleinen Teil der DNA in einer eukaryotischen Zelle dar; Die meiste DNA kommt im Zellkern, in Pflanzen und Algen sowie in Plastiden wie Chloroplasten vor.

Beim Menschen kodieren die 16.569 Basenpaare der mitochondrialen DNA nur 37 Gene. Die menschliche mitochondriale DNA war der erste bedeutende Teil des menschlichen Genoms, der sequenziert wurde. Bei den meisten Arten, einschließlich des Menschen, wird mtDNA nur von der Mutter vererbt.

Da sich tierische mtDNA schneller entwickelt als nukleare genetische Marker, stellt sie die Grundlage der Phylogenetik und Evolutionsbiologie dar. Dies ist zu einem wichtigen Punkt in der Anthropologie und Biogeographie geworden, da es die Untersuchung der Wechselbeziehungen zwischen Populationen ermöglicht.

Hypothesen zur Entstehung der Mitochondrien

Es wird angenommen, dass nukleare und mitochondriale DNA unterschiedliche evolutionäre Ursprünge haben, wobei mtDNA aus den zirkulären Genomen von Bakterien stammt, die von den frühen Vorfahren moderner eukaryotischer Zellen aufgenommen wurden. Diese Theorie wird Endosymbiotentheorie genannt. Es wird geschätzt, dass jedes Mitochondrium Kopien von 2–10 mtDNA enthält. In den Zellen lebender Organismen wird die überwiegende Mehrheit der in Mitochondrien vorhandenen Proteine (bei Säugetieren etwa 1.500 verschiedene Arten) durch Kern-DNA kodiert, aber die Gene für einige, wenn nicht die meisten davon stammen vermutlich ursprünglich aus Bakterien und Bakterien wurden seitdem im Laufe der Evolution in den eukaryontischen Kern übertragen.

Die Gründe, warum Mitochondrien bestimmte Gene behalten, werden diskutiert. Das Vorhandensein genomloser Organellen bei einigen Arten mitochondrialen Ursprungs legt nahe, dass ein vollständiger Genverlust möglich ist und die Übertragung mitochondrialer Gene in den Zellkern eine Reihe von Vorteilen hat. Die Schwierigkeit, entfernt produzierte hydrophobe Proteinprodukte in Mitochondrien auszurichten, ist eine Hypothese dafür, warum einige Gene in der mtDNA erhalten bleiben. Die Co-Lokalisierung zur Redoxregulation ist eine weitere Theorie, die darauf verweist, dass eine lokalisierte Kontrolle der mitochondrialen Maschinerie wünschenswert ist. Aktuelle Analysen einer Vielzahl mitochondrialer Genome legen nahe, dass beide Funktionen die Retention mitochondrialer Gene bestimmen können.

Genetische Untersuchung von mtDNA

In den meisten mehrzelligen Organismen wird mtDNA von der Mutter geerbt (mütterliche Abstammungslinie). Zu den Mechanismen hierfür gehören die einfache Verdünnung (eine Eizelle enthält durchschnittlich 200.000 mtDNA-Moleküle, während gesunde menschliche Spermien durchschnittlich 5 Moleküle enthalten), der Abbau der mtDNA der Spermien im männlichen Fortpflanzungstrakt, in der befruchteten Eizelle und in mindestens einem wenige Organismen, Ausfall Die mtDNA des Spermiums dringt in die Eizelle ein. Was auch immer der Mechanismus ist, es handelt sich um eine unipolare Vererbung – die Vererbung von mtDNA, die bei den meisten Tieren, Pflanzen und Pilzen auftritt.

Mütterliches Erbe

Bei der sexuellen Fortpflanzung werden Mitochondrien meist ausschließlich von der Mutter vererbt; Mitochondrien in Säugetierspermien werden normalerweise nach der Befruchtung durch die Eizelle zerstört. Darüber hinaus befinden sich die meisten Mitochondrien an der Basis des Spermienschwanzes, der für die Bewegung der Spermienzellen verwendet wird. manchmal geht der Schwanz während der Befruchtung verloren. Im Jahr 1999 wurde berichtet, dass väterliche Spermienmitochondrien (die mtDNA enthalten) durch Ubiquitin für die anschließende Zerstörung im Embryo markiert werden. Einige Methoden der In-vitro-Fertilisation, insbesondere die Injektion von Spermien in die Eizelle, können dies beeinträchtigen.

Die Tatsache, dass mitochondriale DNA über die mütterliche Linie vererbt wird, ermöglicht genealogischen Forschern, die mütterliche Linie weit in die Vergangenheit zurückzuverfolgen. (Y-chromosomale DNA wird väterlicherseits vererbt und auf ähnliche Weise zur Bestimmung der patrilinearen Vorgeschichte verwendet.) Dies erfolgt normalerweise an der mitochondrialen DNA einer Person durch Sequenzierung der hypervariablen Kontrollregion (HVR1 oder HVR2) und manchmal des gesamten mitochondrialen DNA-Moleküls als DNA-Genealogie-Test. HVR1 besteht beispielsweise aus etwa 440 Basenpaaren. Diese 440 Paare werden dann mit Kontrollregionen anderer Personen (oder bestimmter Personen oder Personen in der Datenbank) verglichen, um die mütterliche Abstammungslinie zu bestimmen. Der häufigste Vergleich erfolgt mit der Revised Cambridge Reference Sequence. Vilà et al. veröffentlichte Studien zur matrilinearen Ähnlichkeit von Haushunden und Wölfen. Das Konzept der mitochondrialen Eva basiert auf der gleichen Art von Analyse, dem Versuch, die Ursprünge der Menschheit zu entdecken und den Ursprung in der Zeit zurückzuverfolgen.

mtDNA ist hochkonserviert und aufgrund ihrer relativ langsamen Mutationsraten (im Vergleich zu anderen DNA-Regionen wie Mikrosatelliten) nützlich für die Untersuchung evolutionärer Beziehungen – der Phylogenie von Organismen. Biologen können mtDNA-Sequenzen verschiedener Arten bestimmen und dann vergleichen und die Vergleiche nutzen, um einen Evolutionsbaum für die untersuchten Arten zu erstellen. Aufgrund der langsamen Mutationsraten ist es jedoch oft schwierig, eng verwandte Arten in irgendeiner Weise zu unterscheiden, sodass andere Analysemethoden verwendet werden müssen.

Mitochondriale DNA-Mutationen

Es ist zu erwarten, dass Personen, die eine unidirektionale Vererbung und eine geringe oder keine Rekombination durchlaufen, eine Müllersche Ratsche durchmachen, die Anhäufung schädlicher Mutationen, bis die Funktionalität verloren geht. Tierische Mitochondrienpopulationen vermeiden diese Anhäufung aufgrund eines Entwicklungsprozesses, der als mtDNA-Engpass bekannt ist. Der Flaschenhals nutzt stochastische Prozesse in der Zelle, um die Variabilität der Mutantenlast von Zelle zu Zelle zu erhöhen, während sich der Organismus entwickelt, sodass aus einer Eizelle mit einem gewissen Anteil an mutierter mtDNA ein Embryo entsteht, in dem verschiedene Zellen unterschiedliche Mutantenlasten aufweisen. Auf zellulärer Ebene kann dann gezielt darauf geachtet werden, diese Zellen mit mehr mutierter mtDNA zu entfernen, was zu einer Stabilisierung oder Verringerung der Mutantenlast zwischen den Generationen führt. Der dem Engpass zugrunde liegende Mechanismus wird anhand neuerer mathematischer und experimenteller Metastasen diskutiert und liefert Beweise für eine Kombination aus zufälliger Aufteilung der mtDNA in Zellteilungen und zufälligem Umsatz von mtDNA-Molekülen innerhalb der Zelle.

Väterliches Erbe

Bei Muscheln wird eine doppelte unidirektionale Vererbung der mtDNA beobachtet. Bei diesen Arten haben Weibchen nur einen mtDNA-Typ (F), während Männchen mtDNA vom Typ F in ihren Körperzellen, aber mtDNA vom Typ M (die bis zu 30 % abweichen kann) in den Keimbahnzellen haben. Auch bei einigen Insekten wie Fruchtfliegen, Bienen und periodischen Zikaden wurde über mütterlich vererbte Mitochondrien berichtet.

Kürzlich wurde bei Plymouth Rock-Hühnern eine männliche mitochondriale Vererbung entdeckt. Es gibt Hinweise auf seltene Fälle einer männlichen mitochondrialen Vererbung bei einigen Säugetieren. Es gibt insbesondere dokumentierte Fälle bei Mäusen, bei denen von Männern stammende Mitochondrien anschließend abgestoßen wurden. Darüber hinaus wurde es bei Schafen und auch bei geklonten Rindern gefunden. Einmal im Körper eines Mannes gefunden.

Obwohl viele dieser Fälle das Klonen von Embryonen oder die anschließende Abstoßung väterlicher Mitochondrien beinhalten, dokumentieren andere Fälle die Vererbung und Persistenz in vivo in vitro.

Mitochondriale Spende

IVF, bekannt als Mitochondrienspende oder Mitochondrienersatztherapie (MRT), führt zu Nachkommen, die mtDNA von weiblichen Spendern und nukleare DNA von Mutter und Vater enthalten. Beim Spindeltransferverfahren wird ein Eikern in das Zytoplasma einer Eizelle einer Spenderin eingebracht, deren Kern zwar entfernt wurde, die aber noch die mtDNA der Spenderin enthält. Die zusammengesetzte Eizelle wird dann durch das Sperma des Mannes befruchtet. Dieses Verfahren kommt zum Einsatz, wenn eine Frau mit genetisch defekten Mitochondrien Nachkommen mit gesunden Mitochondrien zeugen möchte. Das erste bekannte Kind, das durch eine Mitochondrienspende geboren wurde, war ein Junge, der am 6. April 2016 als Sohn eines jordanischen Paares in Mexiko geboren wurde.

Mitochondriale DNA-Struktur

In den meisten mehrzelligen Organismen ist mtDNA – oder das Mitogenom – als runde, kreisförmig geschlossene, doppelsträngige DNA organisiert. Aber in vielen einzelligen Organismen (z. B. Tetrahymena oder der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii) und in seltenen Fällen in mehrzelligen Organismen (z. B. einigen Nesseltierarten) liegt mtDNA als linear organisierte DNA vor. Die meisten dieser linearen mtDNAs besitzen Telomerase-unabhängige Telomere (d. h. die Enden der linearen DNA) mit unterschiedlichen Replikationsmodi, was sie zu interessanten Forschungsobjekten macht, da viele dieser einzelligen Organismen mit linearer mtDNA bekannte Krankheitserreger sind.

Bei menschlicher mitochondrialer DNA (und wahrscheinlich auch bei Metazoen) sind typischerweise 100–10.000 einzelne Kopien der mtDNA in einer Körperzelle vorhanden (Ausnahmen sind Eier und Spermien). Bei Säugetieren besteht jedes doppelsträngige zirkuläre mtDNA-Molekül aus 15.000–17.000 Basenpaaren. Die beiden Stränge der mtDNA unterscheiden sich in ihrem Nukleotidgehalt: Der Guanid-reiche Strang wird als schwere Kette (oder H-Strang) und der Cynosin-reiche Strang als leichte Kette (oder L-Strang) bezeichnet. Die schwere Kette kodiert für 28 Gene und die leichte Kette für 9 Gene, also insgesamt 37 Gene. Von den 37 Genen sind 13 für Proteine (Polypeptide), 22 für die Übertragung von RNA (tRNA) und zwei für kleine und große Untereinheiten der ribosomalen RNA (rRNA). Das menschliche Mitogenom enthält überlappende Gene (ATP8 und ATP6 sowie ND4L und ND4: siehe menschliche Genomkarte der Mitochondrien), was in tierischen Genomen selten vorkommt. Das 37-Gen-Muster findet sich auch bei den meisten Metazoen, obwohl in einigen Fällen eines oder mehrere dieser Gene fehlen und die Bandbreite der mtDNA-Größen größer ist. Noch größere Unterschiede im Inhalt und in der Größe der mtDNA-Gene bestehen bei Pilzen und Pflanzen, obwohl es offenbar eine Kernuntergruppe von Genen gibt, die in allen Eukaryoten vorhanden ist (mit Ausnahme der wenigen, die überhaupt keine Mitochondrien haben). Einige Pflanzenarten haben riesige mtDNA (bis zu 2.500.000 Basenpaare pro mtDNA-Molekül), aber überraschenderweise enthalten selbst diese riesigen mtDNA die gleiche Anzahl und Art von Genen wie verwandte Pflanzen mit viel kleinerer mtDNA.

Das mitochondriale Genom der Gurke (Cucumis Sativus) besteht aus drei kreisförmigen Chromosomen (Länge 1556, 84 und 45 kb), die hinsichtlich ihrer Replikation vollständig oder weitgehend autonom sind.

In mitochondrialen Genomen kommen sechs Hauptgenomtypen vor. Diese Arten von Genomen wurden von „Kolesnikov und Gerasimov (2012)“ klassifiziert und unterscheiden sich in verschiedener Hinsicht, wie z. B. zirkuläres oder lineares Genom, Genomgröße, Vorhandensein von Introns oder plasmidähnlichen Strukturen und ob das genetische Material ein bestimmtes Molekül ist. eine Ansammlung homogener oder heterogener Moleküle.

Entschlüsselung des tierischen Genoms

In tierischen Zellen gibt es nur eine Art mitochondriales Genom. Dieses Genom enthält ein zirkuläres Molekül mit 11–28 kbp genetischem Material (Typ 1).

Entschlüsselung des Pflanzengenoms

Es gibt drei verschiedene Arten von Genomen, die in Pflanzen und Pilzen vorkommen. Der erste Typ ist ein zirkuläres Genom mit Introns (Typ 2) mit einer Länge von 19 bis 1000 kbp. Der zweite Genomtyp ist ein zirkuläres Genom (ca. 20–1000 kbp), das ebenfalls eine Plasmidstruktur (1 kb) aufweist (Typ 3). Der letzte Genomtyp, der in Pflanzen und Pilzen vorkommt, ist das lineare Genom, das aus homogenen DNA-Molekülen besteht (Typ 5).

Entschlüsselung des Protistengenoms

Protisten enthalten eine große Vielfalt mitochondrialer Genome, darunter fünf verschiedene Typen. Typ 2, Typ 3 und Typ 5, die in Pflanzen- und Pilzgenomen vorkommen, kommen auch in einigen Protozoen sowie in zwei einzigartigen Genomtypen vor. Der erste davon ist eine heterogene Ansammlung zirkulärer DNA-Moleküle (Typ 4), und der letzte bei Protisten gefundene Genomtyp ist eine heterogene Ansammlung linearer Moleküle (Typ 6). Die Genomtypen 4 und 6 reichen von 1 bis 200 kb.

Der endosymbiotische Gentransfer, der Prozess, bei dem im mitochondrialen Genom kodierte Gene hauptsächlich vom Genom der Zelle übertragen werden, erklärt wahrscheinlich, warum komplexere Organismen wie Menschen kleinere mitochondriale Genome haben als einfachere Organismen wie Protozoen.

Mitochondriale DNA-Replikation

Mitochondriale DNA wird durch den DNA-Polymerase-Gamma-Komplex repliziert, der aus einer 140 kDa großen katalytischen DNA-Polymerase, die vom POLG-Gen kodiert wird, und zwei 55 kDa großen akzessorischen Untereinheiten, die vom POLG2-Gen kodiert werden, besteht. Der Replikationsapparat wird durch DNA-Polymerase, TWINKLE und mitochondriale SSB-Proteine gebildet. TWINKLE ist eine Helikase, die kurze Abschnitte der dsDNA in der Richtung von 5 bis 3 Zoll abwickelt.

Während der Embryogenese wird die mtDNA-Replikation von der befruchteten Eizelle bis zum Präimplantationsembryo streng reguliert. mtDNA reduziert effektiv die Anzahl der Zellen in jeder Zelle und spielt eine Rolle beim mitochondrialen Engpass, der die Variabilität von Zelle zu Zelle ausnutzt, um die Vererbung schädlicher Mutationen zu verbessern. Im Blastozytenstadium ist der Beginn der mtDNA-Replikation spezifisch für Trophtocoder-Zellen. Im Gegensatz dazu schränken Zellen der inneren Zellmasse die mtDNA-Replikation ein, bis sie Signale zur Differenzierung in bestimmte Zelltypen erhalten.

Mitochondriale DNA-Transkription

In tierischen Mitochondrien wird jeder DNA-Strang kontinuierlich transkribiert und produziert ein polycistronisches RNA-Molekül. Zwischen den meisten (aber nicht allen) Protein-kodierenden Regionen sind tRNAs vorhanden (siehe Karte des menschlichen Mitochondrien-Genoms). Bei der Transkription erhält die tRNA eine charakteristische L-Form, die von spezifischen Enzymen erkannt und gespalten wird. Bei der Verarbeitung mitochondrialer RNA werden einzelne Fragmente von mRNA, rRNA und tRNA aus dem Primärtranskript freigesetzt. Somit fungieren gefaltete tRNAs als kleinere Interpunktionen.

Mitochondriale Erkrankungen

Das Konzept, dass mtDNA aufgrund ihrer Nähe besonders anfällig für reaktive Sauerstoffspezies ist, die von der Atmungskette erzeugt werden, bleibt umstritten. mtDNA akkumuliert nicht mehr oxidative Base als Kern-DNA. Es wurde berichtet, dass zumindest einige Arten oxidativer DNA-Schäden in Mitochondrien effizienter repariert werden als im Zellkern. mtDNA ist mit Proteinen verpackt, die offenbar genauso schützend sind wie Kernchromatinproteine. Darüber hinaus haben Mitochondrien einen einzigartigen Mechanismus entwickelt, der die Integrität der mtDNA aufrechterhält, indem sie übermäßig beschädigte Genome abbauen und anschließend intakte/reparierte mtDNA replizieren. Dieser Mechanismus fehlt im Zellkern und wird durch mehrere Kopien der in Mitochondrien vorhandenen mtDNA aktiviert. Das Ergebnis einer Mutation in der mtDNA kann eine Änderung der Kodierungsanweisungen für bestimmte Proteine sein, was Auswirkungen auf den Stoffwechsel und/oder die Fitness des Organismus haben kann.

Mitochondriale DNA-Mutationen können zu einer Reihe von Krankheiten führen, darunter Belastungsintoleranz und das Kearns-Sayre-Syndrom (KSS), das dazu führt, dass eine Person die volle Funktion von Herz, Augen und Muskelbewegungen verliert. Einige Hinweise deuten darauf hin, dass sie möglicherweise maßgeblich zum Alterungsprozess und zu altersbedingten Pathologien beitragen. Insbesondere im Zusammenhang mit Krankheiten wird der Anteil mutierter mtDNA-Moleküle in einer Zelle als Heteroplasma bezeichnet. Die Verteilung des Heteroplasmas innerhalb und zwischen Zellen bestimmt den Beginn und die Schwere der Erkrankung und wird durch komplexe stochastische Prozesse innerhalb der Zelle und während der Entwicklung beeinflusst.

Mutationen in mitochondrialen tRNAs können für schwere Erkrankungen wie das MELAS- und MERRF-Syndrom verantwortlich sein.

Mutationen in Kerngenen, die für Proteine kodieren, die Mitochondrien nutzen, können ebenfalls zu mitochondrialen Erkrankungen beitragen. Diese Krankheiten folgen nicht mitochondrialen Vererbungsmustern, sondern folgen Mendelschen Vererbungsmustern.

Kürzlich wurden Mutationen in der mtDNA verwendet, um die Diagnose von Prostatakrebs bei biopsienegativen Patienten zu unterstützen.

Mechanismus des Alterns

Obwohl die Idee umstritten ist, deuten einige Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen Alterung und mitochondrialer Dysfunktion im Genom hin. Im Wesentlichen stören Mutationen in der mtDNA das sorgfältige Gleichgewicht zwischen reaktiver Sauerstoffproduktion (ROS) und enzymatischer ROS-Produktion (durch Enzyme wie Superoxiddismutase, Katalase, Glutathionperoxidase und andere). Einige Mutationen, die die ROS-Produktion bei Würmern erhöhen (z. B. durch Verringerung der antioxidativen Abwehr), erhöhen jedoch deren Lebenserwartung, anstatt sie zu verkürzen. Darüber hinaus leben Nacktmottenratten, Nagetiere von der Größe von Mäusen, etwa achtmal länger als Mäuse, obwohl sie im Vergleich zu Mäusen eine geringere antioxidative Abwehr und eine erhöhte oxidative Schädigung von Biomolekülen aufweisen.

An einem Punkt glaubte man, dass eine positive Rückkopplungsschleife am Werk sei („Teufelskreis“); Da mitochondriale DNA durch freie Radikale verursachte genetische Schäden anhäuft, verlieren Mitochondrien ihre Funktion und setzen freie Radikale im Zytosol frei. Eine verminderte Mitochondrienfunktion verringert die allgemeine Stoffwechseleffizienz. Dieses Konzept wurde jedoch endgültig widerlegt, als gezeigt wurde, dass Mäuse, die genetisch so verändert wurden, dass sie mtDNA-Mutationen häufiger ansammeln, vorzeitig altern, ihr Gewebe jedoch nicht mehr ROS produziert, wie von der „Teufelszyklus“-Hypothese vorhergesagt. Einige Studien stützen den Zusammenhang zwischen Langlebigkeit und mitochondrialer DNA und haben Zusammenhänge zwischen den biochemischen Eigenschaften mitochondrialer DNA und der Langlebigkeit der Art festgestellt. Es werden umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um diesen Zusammenhang und Anti-Aging-Behandlungen weiter zu erforschen. Derzeit sind Gentherapie und Nahrungsergänzungsmittel beliebte Bereiche der laufenden Forschung. Bjelakovic et al. analysierte die Ergebnisse von 78 Studien zwischen 1977 und 2012, an denen insgesamt 296.707 Teilnehmer teilnahmen, und kam zu dem Schluss, dass Antioxidantienpräparate die Sterblichkeit aus irgendeinem Grund nicht senkten oder die Lebenserwartung verlängerten, während einige davon, wie Beta-Carotin, Vitamin E und höher, nicht zutrafen Dosen von Vitamin A können tatsächlich die Sterblichkeit erhöhen.

Deletions-Breakpoints treten häufig innerhalb oder neben Regionen auf, die nicht-kanonische (Nicht-B) Konformationen aufweisen, nämlich Haarnadel-, Kreuz- und Kleeblatt-ähnliche Elemente. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass krummlinige Bereiche mit helikaler Verzerrung und lange G-Tetraden an der Erkennung von Instabilitätsereignissen beteiligt sind. Darüber hinaus wurden in Regionen mit GC-Versatz und in unmittelbarer Nähe zum degenerierten Sequenzfragment YMMYMNNMMHM durchweg Punkte mit höherer Dichte beobachtet.

Wie unterscheidet sich mitochondriale DNA von nuklearer DNA?

Im Gegensatz zur Kern-DNA, die von beiden Elternteilen vererbt wird und bei der Gene durch den Prozess der Rekombination neu angeordnet werden, gibt es in der mtDNA normalerweise keine Veränderung vom Elternteil zum Nachwuchs. Obwohl auch mtDNA rekombiniert, geschieht dies mit Kopien von sich selbst innerhalb desselben Mitochondriums. Aus diesem Grund ist die Mutationsrate der tierischen mtDNA höher als die der nuklearen DNA. mtDNA ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Nachverfolgung der Abstammungslinie und wurde in dieser Funktion bereits vor Hunderten von Generationen zur Rückverfolgung der Abstammung vieler Arten eingesetzt.

Die hohe Mutationsrate (bei Tieren) macht mtDNA nützlich für die Beurteilung der genetischen Beziehungen von Individuen oder Gruppen innerhalb einer Art sowie für die Identifizierung und Quantifizierung von Phylogenien (evolutionären Beziehungen) zwischen verschiedenen Arten. Dazu bestimmen Biologen die mtDNA-Sequenz verschiedener Individuen oder Arten und vergleichen sie anschließend. Daten aus den Vergleichen werden verwendet, um ein Beziehungsnetzwerk zwischen Sequenzen aufzubauen, das eine Schätzung der Beziehungen zwischen den Individuen oder Arten liefert, aus denen die mtDNA entnommen wurde. Mit mtDNA können Beziehungen zwischen eng verwandten und entfernten Arten beurteilt werden. Aufgrund der hohen Häufigkeit von mtDNA-Mutationen bei Tieren verändern sich die Codons der 3. Position relativ schnell und geben so Aufschluss über genetische Abstände zwischen eng verwandten Individuen oder Arten. Andererseits ist die Substitutionsrate von mt-Proteinen sehr gering, so dass sich Aminosäureveränderungen langsam anhäufen (mit entsprechend langsamen Änderungen in den Positionen des 1. und 2. Codons) und somit Informationen über die genetischen Abstände entfernter Verwandter liefern. Statistische Modelle, die die Substitutionsraten zwischen Codonpositionen separat berücksichtigen, können daher verwendet werden, um gleichzeitig Phylogenien abzuschätzen, die sowohl eng verwandte als auch entfernte Arten enthalten.

Geschichte der Entdeckung von mtDNA

Mitochondriale DNA wurde in den 1960er Jahren von Margit M. K. Nas und Silvan Nas mithilfe von Elektronenmikroskopie als DNase-empfindliche Stränge in Mitochondrien sowie von Ellen Hasbrunner, Hans Tappi und Gottfried Schatz anhand biochemischer Analysen hochreiner mitochondrialer Fraktionen entdeckt.

Mitochondriale DNA wurde erstmals 1996 im Fall Tennessee gegen Paul Ware erkannt. Im Jahr 1998 wurde im Gerichtsverfahren Commonwealth of Pennsylvania gegen Patricia Lynn Rorrer erstmals mitochondriale DNA als Beweismittel im Bundesstaat Pennsylvania zugelassen. Der Fall wurde in Episode 55 der fünften Staffel der True Drama Forensic Court Case Series (Staffel 5) vorgestellt.

Mitochondriale DNA wurde erstmals in Kalifornien während der erfolgreichen Strafverfolgung von David Westerfield wegen der Entführung und Ermordung der 7-jährigen Danielle van Dam im Jahr 2002 in San Diego entdeckt und zur Identifizierung von Menschen und Hunden verwendet. Dies war der erste Test in den USA, der Hunde-DNA auflöste.

mtDNA-Datenbanken

Es wurden mehrere spezialisierte Datenbanken erstellt, um mitochondriale Genomsequenzen und andere Informationen zu sammeln. Obwohl sich die meisten auf Sequenzdaten konzentrieren, umfassen einige auch phylogenetische oder funktionelle Informationen.

MitoSatPlant: Mikrosatellitendatenbank mitochondrialer Viridipflanzen.

MitoBreak: Mitochondriale DNA-Breakpoint-Datenbank.

MitoFish und MitoAnnotator: Mitochondriale Genomdatenbank von Fischen. Siehe auch Cawthorn et al.

MitoZoa 2.0: Datenbank zur vergleichenden und evolutionären Analyse mitochondrialer Genome (nicht mehr verfügbar)

InterMitoBase: eine kommentierte Datenbank und Plattform zur Analyse von Protein-Protein-Interaktionen für menschliche Mitochondrien (zuletzt aktualisiert im Jahr 2010, aber immer noch nicht verfügbar)

Mitome: Datenbank für vergleichende mitochondriale Genomik bei Metazoen (nicht mehr verfügbar)

MitoRes: eine Ressource für kernkodierte mitochondriale Gene und ihre Produkte in Metazoen (nicht mehr aktualisiert)

Es gibt mehrere spezialisierte Datenbanken, die über Polymorphismen und Mutationen in der menschlichen mitochondrialen DNA berichten und deren Pathogenität bewerten.

MITOMAP: ein Kompendium von Polymorphismen und Mutationen in der menschlichen mitochondrialen DNA.

MitImpact: Sammlung vorhergesagter Pathogenitätsvorhersagen für alle Nukleotidveränderungen, die nicht-synonyme Substitutionen in menschlichen mitochondrialen Protein-kodierenden Genen verursachen.

Struktur von Nukleinsäuren.

N.k. - sind ein universelles Informationsmakromolekül der Zelle, dessen Hauptfunktion darin besteht: 1) Speicherung erblicher Informationen in Form eines genetischen Codes. 2) Reproduktion erblicher Informationen durch Selbstvervielfältigung oder DNA-Replikation. 3) Umsetzung erblicher Informationen in den Prozess der Proteinbiosynthese. N. to. wurden zunächst aus den Kernen von Eiterzellen gewonnen. Die chemische Analyse zeigte, dass es zwei Arten von DNA gibt: 1) DNA, 2) RNA. DNA kommt im Zellkern, in den Mitochondrien und in den Zentriolen vor. RNAs kommen im Zellkern, in den Nukleolen, in den Ribosomen und in den Mitochondrien vor. Chemisch gesehen handelt es sich bei nc um Polymere, die aus Polynukleotidketten, Monomer n.c. Ich bin ein Nukleotid. Es gibt 4 Arten davon in der DNA: A, T, G, C. In der RNA gibt es anstelle von Thymin Uracil. Adenin und Guanin sind strukturell Purinbasen

Eigenschaften und Funktionen der DNA.

Die chemische Analyse zeigte, dass es zwei Arten von DNA gibt: 1) DNA, 2) RNA. DNA kommt im Zellkern, in den Mitochondrien und in den Zentriolen vor. RNAs kommen im Zellkern, in den Nukleolen, in den Ribosomen und in den Mitochondrien vor. Chemisch gesehen handelt es sich bei nc um Polymere, die aus Polynukleotidketten, Monomer n.c. Ich bin ein Nukleotid. Es gibt 4 Arten davon in der DNA: A, T, G, C. In der RNA gibt es anstelle von Thymin Uracil. Adenin und Guanin sind strukturell Purinbasen

1 Benzolring) T,C,U (Pyrimidinbasen – 2 Benzolringe). DNA ist eine Helix, die aus zwei Polynukleotidketten besteht. Polynukleotidketten bestehen aus Nukleotiden, die durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind und komplementäre Paare bilden. In DNA A=T, G=C (Chargaffs Regel 1951). Die Nukleotide in jedem DNA-Strang sind so miteinander verbunden, dass der 5. Zuckerkohlenstoff des vorherigen Nukleotids mit dem 3. Zuckerkohlenstoff des nachfolgenden Nukleotids verbunden ist. Dank dieser Bindungen hat das DNA-Molekül zwei Enden. Der Durchmesser der LNC-Helix beträgt 2 nm. Eine Windung der Helix beträgt 3,4 nm. Der Abstand zwischen den Nukleotiden beträgt 0,34 nm. Jede Windung der Helix enthält 10 Nukleotidpaare. Es gibt mehrere Organisationsebenen in der DNA: 1) Die Primärstruktur ist die Reihenfolge der Anordnung von Nukleotiden in komplementären Ketten. 2) Sekundärstruktur – DNA-Doppelhelix. 3) Tertiär – DNA in Chromosomen.

Merkmale der Struktur der mitochondrialen DNA.

Mitochondriale DNA (mtDNA) – DNA, die (im Gegensatz zur Kern-DNA) in Mitochondrien, den Organellen eukaryontischer Zellen, lokalisiert ist.

In den meisten untersuchten Organismen enthalten Mitochondrien nur zirkuläre DNA-Moleküle; in einigen Pflanzen sind sowohl zirkuläre als auch lineare Moleküle gleichzeitig vorhanden, und in einer Reihe von Protisten (z. B. Ciliaten) gibt es nur lineare Moleküle. Mitochondrien von Säugetieren enthalten typischerweise zwei bis zehn identische Kopien zirkulärer DNA-Moleküle. Bei Pflanzen enthält jedes Mitochondrium mehrere DNA-Moleküle unterschiedlicher Größe, die zur Rekombination fähig sind. Bei Protisten aus der Ordnung der Kinetoplastiden (zum Beispiel Trypanosomen) enthält ein spezieller Teil des Mitochondriums (Kinetoplasten) zwei Arten von DNA-Molekülen – identische Maxi -Ringe (20-50 Stück) ca. 21 kb lang. und Miniringe (20.000 – 55.000 Stück, etwa 300 Sorten, durchschnittliche Länge etwa 1000 bp). Alle Ringe sind zu einem einzigen Netzwerk (Catenane) verbunden, das bei jedem Replikationszyklus zerstört und wiederhergestellt wird. Maxiringe sind homolog zur mitochondrialen DNA anderer Organismen. Jeder Miniring enthält vier ähnliche konservierte Regionen und vier einzigartige hypervariable Regionen. Die Minicircles kodieren für kurze Leit-RNA-Moleküle (guideRNAs), die die von den Maxicircle-Genen transkribierte RNA bearbeiten. Mitochondriale DNA (mtDNA) ist das Genom zellulärer Organellen – Mitochondrien. Der endosymbiotische Ursprung dieser Organellen bestimmt die halbautonome Existenz des mitochondrialen genetischen Systems. Somit erfolgt die DNA-Synthese in Mitochondrien unabhängig von der nuklearen DNA-Synthese, und die Vererbung dieser zytoplasmatischen genetischen Struktur – des mitochondrialen Chromosoms – erfolgt normalerweise ausschließlich über die mütterliche Linie. Dies gibt den Autoren Anlass, den Satz mitochondrialer Gene und alle replizierenden mtDNA-Fragmente bedingt in einer separaten genetischen Ressource der Population zu identifizieren – dem mitochondrialen Genpool. DNA-haltige Strukturen in Mitochondrien wurden in den 60er Jahren identifiziert. Im letzten Vierteljahrhundert wurde die strukturelle und funktionelle Organisation des mitochondrialen Genoms von Menschen und vielen Tierarten eingehend untersucht. Das mitochondriale Chromosom wird durch ein zirkuläres doppelsträngiges DNA-Molekül dargestellt, das in der Organelle in Form einer kovalent geschlossenen Superspiralform vorliegt, die mit der inneren Membran des Mitochondriums verbunden ist. Jede Organelle enthält 1 bis 8 DNA-Moleküle, was 1000 – 8000 Kopien pro Zelle entspricht. In der Regel verfügt ein Organismus über eine einzige Form der mtDNA, d. h. ein Haplotyp wurde über die mütterliche Linie vererbt.

Arten von RNA in Zellen.

Es gibt drei Arten von RNA in Zellen: 1) I-RNA (Boten- oder Boten-RNA).

2) R-RNA (ribosomale RNA).

3) T-RNA (Transfer-RNA)

Messenger-RNA wird synthetisiert und in DNA transkribiert und trägt Informationen für die Proteinsynthese. R-RNA und T-RNA werden in den Nukleolen des Zellkerns synthetisiert. Der Nukleolus ist ein Abschnitt der Chromosomen, der Satelliten hat. Nukleoläre DNA enthält Gene, auf denen R-RNA und T-RNA synthetisiert werden. R-RNAs kommen in Ribosomen (kleinen und großen Untereinheiten) vor. Zweck: Über die kleine Untereinheit wird AK über ATP an T-RNA gebunden. Unterschied zwischen DNA und RNA: 1) RNA besteht aus einer Kette. 2) RNA enthält Zucker – Ribose. 3) RNA ist kürzer als DNA. 4) T-RNA hat die Form einer Tertiärstruktur. Boten-(Informations-)RNA – RNA, die als Vermittler bei der Übertragung von in der DNA kodierten Informationen an Ribosomen dient, molekulare Maschinen, die Proteine in einem lebenden Organismus synthetisieren. Die kodierende Sequenz der mRNA bestimmt die Aminosäuresequenz der Polypeptidkette eines Proteins

Transport (tRNA) sind kleine Moleküle, bestehend aus etwa 80 Nukleotiden, mit einer konservativen Tertiärstruktur. Sie transportieren bestimmte Aminosäuren an die Stelle der Peptidbindungssynthese im Ribosom. Jede tRNA enthält eine Stelle zur Aminosäureanbindung und ein Anticodon zur Erkennung und Anbindung an mRNA-Codons. Ribosomale RNA (rRNA) ist die katalytische Komponente von Ribosomen. Eukaryontische Ribosomen enthalten vier Arten von rRNA-Molekülen: 18S, 5.8S, 28S und 5S. Drei der vier Arten von rRNA werden im Nukleolus synthetisiert. Im Zytoplasma verbinden sich ribosomale RNAs mit ribosomalen Proteinen und bilden ein Nukleoprotein, das Ribosom genannt wird. Das Ribosom bindet an die mRNA und synthetisiert das Protein. rRNA macht bis zu 80 % der RNA aus, die im Zytoplasma einer eukaryotischen Zelle vorkommt