Mitohondrijs

Struktūra

Mitohondrijā ir divas membrānas. Tās sastāv no fosfolipīdu dubultslāņiem un olbaltumvielām. Abām membrānām ir atšķirīgas īpašības. Šīs dubulto membrānu organizācijas dēļ mitohondrijā ir pieci atšķirīgi nodalījumi. Tie ir šādi:

1. mitohondriju ārējā membrāna,
2. starpmembrānu telpa (telpa starp ārējo un iekšējo membrānu),
3. iekšējā mitohondrija membrāna,
4. kristu telpa (ko veido iekšējās membrānas pārliekumi), un
5. matrikss (telpa iekšējās membrānas iekšienē). Mitohondriji ir mazas, sfēriskas vai cilindriskas organellas. Parasti mitohondrija ir 2,8 mikronu gara un aptuveni 0,5 mikronu plata. tā ir aptuveni 150 reižu mazāka par kodolu. Katrā šūnā ir aptuveni 100-150 mitohondriju.

Funkcija

Mitohondrija galvenā loma šūnā ir uzņemt glikozi un izmantot tās ķīmiskajās saitēs uzkrāto enerģiju, lai saražotu ATP procesā, ko sauc par šūnu elpošanu. Šajā procesā ir 3 galvenie posmi: glikolīze, citronskābes cikls jeb Krebsa cikls un ATP sintēze. Šis ATP tiek atbrīvots no mitohondrijas un sadalīts citās šūnas organelēs, lai nodrošinātu to funkciju izpildi.

DNS

Tiek uzskatīts, ka mitohondriji kādreiz bija neatkarīgas baktērijas, un tās kļuva par eikariotisko šūnu daļu, tās uzsūcoties, un šo procesu sauc par endosimbiozi.

Lielākā daļa šūnas DNS atrodas šūnas kodolā, bet mitohondrionam ir savs neatkarīgs genoms. Arī tā DNS ir ļoti līdzīga baktēriju genomiem.

Mitohondriālās DNS saīsinājums ir mDNS vai mtDNS. Pētnieki izmanto abus.

Mantojums

Mitohondriji dalās ar bināro dalīšanos, līdzīgi kā baktēriju šūnas. Vienšūnu eikariontos mitohondriju dalīšanās ir saistīta ar šūnu dalīšanos. Šī dalīšanās jākontrolē tā, lai katra meitas šūna saņemtu vismaz vienu mitohondriju. Citos eikariontos (piemēram, cilvēkos) mitohondriji var replicēt savu DNS un dalīties, reaģējot uz šūnas enerģijas vajadzībām, nevis fāzē ar šūnu ciklu.

Indivīda mitohondriālie gēni netiek mantoti pēc tāda paša mehānisma kā kodola gēni. Mitohondrijas un līdz ar to arī mitohondriālā DNS parasti nāk tikai no olšūnas. Spermatozoīda mitohondriji nonāk olšūnā, bet tiek iezīmēti, lai vēlāk tiktu iznīcināti. Olšūnas šūnā ir salīdzinoši maz mitohondriju, bet tieši šīs mitohondrijas izdzīvo un dalās, lai apdzīvotu pieauguša organisma šūnas. Tāpēc vairumā gadījumu mitohondrijas tiek pārmantotas pa mātes līniju, ko dēvē par mātes pārmantojamību. Šis veids ir raksturīgs visiem dzīvniekiem un lielākajai daļai citu organismu. Tomēr mitohondrijas tiek pārmantotas pēc paternālā principa dažiem skujkokiem, taču ne priedēm vai vīksnām.

Viena mitohondriona var saturēt 2-10 savas DNS kopijas. Tāpēc tiek uzskatīts, ka mitohondriālā DNS vairojas ar bināro dalīšanos, tādējādi radot precīzas kopijas. Tomēr ir daži pierādījumi, ka dzīvnieku mitohondrijos var notikt rekombinācija. Ja rekombinācija nenotiek, tad visa mitohondriālās DNS sekvence ir viens haploīds genoms, kas ir noderīgs populāciju evolūcijas vēstures izpētei.

Populāciju ģenētiskie pētījumi

Tā kā mitohondriālajā DNS gandrīz nepastāv rekombinācija, tā ir noderīga populāciju ģenētikā un evolūcijas bioloģijā. Ja visa mitohondriālā DNS tiek mantota kā viena haploīda vienība, tad attiecības starp dažādu indivīdu mitohondriālo DNS var apskatīt kā gēnu koku. Šo gēnu koku modeļus var izmantot, lai secinātu populāciju evolūcijas vēsturi. Klasisks piemērs tam ir gadījums, kad molekulāro pulksteni var izmantot, lai noteiktu tā sauktās mitohondriālās Ievas dzimšanas datumu. To bieži interpretē kā spēcīgu atbalstu mūsdienu cilvēku izplatībai no Āfrikas. Vēl viens piemērs ir mitohondriālās DNS sekvencēšana no neandertāliešu kauliem. Salīdzinoši lielais evolūcijas attālums starp neandertāliešu un dzīvo cilvēku mitohondriālās DNS sekvencēm liecina par to, ka neandertāliešu un anatomiski mūsdienu cilvēku krustošanās vispār nav notikusi.

Tomēr mitohondriālā DNS atspoguļo tikai populācijas mātīšu vēsturi. Tā var neatspoguļot visas populācijas vēsturi. Zināmā mērā var izmantot tēva ģenētiskās sekvences no Y hromosomas. Plašākā nozīmē tikai pētījumi, kas ietver arī kodola DNS, var sniegt visaptverošu populācijas evolūcijas vēsturi.

Saistītās lapas

• Šūnu elpošana
• Glikolīze
• Krebsa cikls