Mitochondria to półautonomiczne organellepółautonomiczne organellepółautonomiczne organelle występujące jedynie w komórkach eukariotycznychkomórka eukariotycznakomórkach eukariotycznych. Istnieją jednak komórki eukariotyczne, które ich nie zawierają – np. dojrzałe erytrocyty ludzi (i większości innych ssaków). Liczba mitochondriów w komórce zależy od rodzaju i stanu funkcjonalnego komórki – zazwyczaj waha się od kilkuset do kilku tysięcy w jednej komórce somatycznejkomórka somatycznakomórce somatycznej.

Mitochondria są nazywane siłowniami energetycznymi komórki. Zachodzący w nich proces oddychania wewnątrzkomórkowego dostarcza około 90% energii niezbędnej komórkom do prawidłowego funkcjonowania. Energia uwalniana z rozkładu wiązań chemicznych w składnikach pokarmowych jest kumulowana w wysokoenergetycznych wiązaniach ATPATPATP na drodze fosforylacji oksydacyjnej. Ponadto zachodzi w nich utlenianie kwasów tłuszczowych. Reakcje te mogą prowadzić do powstawania reaktywnych form tlenureaktywne formy tlenureaktywnych form tlenu, jednak komórki posiadają mechanizmy unieczynniające je. Na terenie mitochondriów magazynowana jest również część jonów wapnia, co ma znaczenie w regulacji stężenia tych jonów w cytoplazmie, a więc i w przekazywaniu sygnałów w komórce oraz regulacji potencjału błonowego. Mitochondria biorą także udział w regulacji cyklu komórkowego oraz sygnalizacji apoptozyapoptozaapoptozy komórki, co związane jest m.in. z nasilającym się stresem oksydacyjnym.

Więcej na temat mitochondriów przeczytasz tutajDyGjwcm7Etutaj.

Mitochondria mają własną informację genetyczną w postaci DNA mitochondrialnego (mtDNA). W jednej organelli może znajdować się od 2 do 10 cząsteczek mtDNA. Większość białek mitochondrialnych jest jednak kodowana w DNA jądrowym. Genom mitochondrialny jednej komórki somatycznej człowieka stanowi około 1% całości DNA obecnego w komórce.

DNA mitochondrialne w ludzkich komórkach somatycznych ma postać kolistej, dwuniciowej cząsteczki DNA zawierającej dokładnie 16 569 par zasad i 37 genów. Geny te kodują 13 białek łańcucha oddechowego, 22 rodzaje tRNA i 2 rodzaje rRNA.

Charakterystycznymi cechami organizacji genomu mitochondrialnego są:

• ciągła budowa genów – ze względu na brak intronówintronintronów;

• brak upakowania cząsteczki DNA w postaci chromatynychromatynachromatyny – ze względu na brak białek histonowych;

• odstępstwa od uniwersalnego kodu genetycznego oraz możliwość występowania niepełnego kodonu STOP.

Dla porównania: DNA jądrowe w ludzkich komórkach somatycznych ma postać liniowych cząsteczek DNA zawierających łącznie ok. 3 mld par zasad i ok. 20 tys. genów. Geny te kodują około 60 tys. białekbiałkabiałek.

Charakterystycznymi cechami organizacji genomu jądrowego są:

• nieciągła budowa genów – między eksonamieksoneksonami obecne są introny;

• upakowanie cząsteczek DNA w postaci chromatyny.

Mitochondrialne DNA pozwala na określenie relacji między osobami spokrewnionymi nawet do kilkuset pokoleń wstecz. Badania mtDNA człowieka pozwoliły określić najstarszego wspólnego przodka wszystkich ludzi żyjących obecnie na Ziemi, tzw. mitochondrialną Ewę.

Sposób dziedziczenia mitochondrialnego DNA jest niezgodny z prawami Mendla.

DNA mitochondrialne niemal zawsze dziedziczy się w linii matczynej. Wynika to z budowy komórek generatywnych – komórki jajowej i plemnika – oraz ze sposobu łączenia się obu gamet w procesie zapłodnienia.

Częstość zachodzenia mutacji w genomie mitochondrialnym jest ok. 10 razy większa niż częstość pojawiania się mutacji w genomie jądrowym. Wynika to z narażenia nieosłoniętego przez białka histonowe mtDNA na mutagenne działanie reaktywnych form tlenu powstających w czasie oddychania komórkowego. Dodatkowo mechanizmy naprawcze, zdolne do rozpoznawania i usuwania zmian w materiale genetycznym, są w mitochondriach mniej sprawne w porównaniu do podobnych systemów naprawczych funkcjonujących w jądrze komórkowym. Mutacje genomu mitochondrialnego mogą zachodzić w komórkach somatycznych i generatywnych. Zmiany mtDNA, pojawiające się w komórkach budujących ciało, nie są dziedziczone, jednak skutkują zaburzeniem i ograniczeniem wydajności procesów oddychania komórkowego. Zmiany mtDNA pojawiające się w komórkach rozrodczych są dziedziczone, jeśli występują w komórkach jajowych. Wówczas obecność mutacji w genomie mitochondrialnym jest przyczyną pojawienia się chorób genomu mitochondrialnego.

RKNiHAUEHArar

Przedstawiony jest schemat obrazujący dziedziczenie genomu mitochondrialnego. Schemat składa się z postaci ludzkich. Większe postacie to osoby dorosłe, czyli rodzice, a mniejsze to ich dzieci. Poszczególne osoby są w dwóch kolorach – w różowym i granatowym. Różowe postacie są dotknięte chorobą, granatowe to osoby zdrowe. Po lewej stronie schematu przedstawiona jest para – kobieta oraz mężczyzna. Postać mężczyzny ma kolor granatowy, co oznacza, że jest zdrowy, postać kobiety jest różowa, co oznacza, że jest dotknięta chorobą. Pod nimi kolorem różowym oznaczono dzieci - wszystkie są dotknięte chorobą. Po prawej stronie schematu jest przedstawiona odwrotna sytuacja. W prawym górnym rogu znajduje się mężczyzna w kolorze różowym – dotknięty chorobą oraz kobieta w kolorze grantowym – zdrowa. Poniżej także przedstawiono troje ich dzieci. Wszystkie są w kolorze granatowym, co oznacza, że wszystkie są zdrowe.

Choroby mitochondrialne wynikają z uwarunkowanej genetycznie zmiany struktury i funkcji białka mitochondrialnego, kodowanego przez genom mitochondrialny lub genom jądrowy. Brak prawidłowego białka strukturalnego lub enzymatycznego zaburza przebieg procesów oddychania wewnątrzkomórkowego. Choroby mitochondrialne spowodowane mutacjami w genomie mitochondrialnym i genomie jądrowym występują stosunkowo często i pojawiają się w ludzkiej populacji z częstością 1 na 10 tys. żywych urodzeń. Natomiast choroby mitochondrialne spowodowane obecnością mutacji tylko w genomie mitochondrialnym są rzadkimi lub bardzo rzadkimi jednostkami chorobowymi. Niezależnie od umiejscowienia zmian materiału genetycznego choroby mitochondrialne najczęściej dotyczą komórek i tkanek o intensywnym metabolizmie i dużym zapotrzebowaniu na energię.

Słownik