R1KRFGYNHra4q
Ilustracja przedstawia dwa owalne, częściowo otwarte organelle: po lewej jasnobrązowe mitochondrium, w którym widoczne są pofałdowania wewnętrznej błony, a po prawej zielony chloroplast, wypełniony systemem spłaszczonych ciemnozielonych pęcherzyków połączonych rurkowatymi strukturami.

Genetyka mendlowska

Dziedziczenie pozajądrowe to dziedziczenie genów z materiału genetycznego znajdującego się poza jądrem komórkowym – w mitochondriach i chloroplastach.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Istota dziedziczenia pozajądrowego

Twoje cele

  • Wyjaśnisz istotę dziedziczenia pozajądrowego

W komórkach eukariotycznych przeważająca część genomu umiejscowiona jest w jądrze komórkowym. Niewielka ilość DNA znajduje się także w innych organellach komórkowych – w mitochondriach i plastydach (np. chloroplastach) tworząc genom organellowy. 

Nowe mitochondria i plastydy powstają poprzez podział już istniejących. Zazwyczaj występują licznie w komórkach, a każda organella może zawierać wiele kopii kolistego DNA. Mitochondria i plastydy dzielą się niezależnie od podziałów jądra komórkowego i są losowo rozdzielane do komórek potomnych. Dziedziczenie genów DNA mitochondrialnego (mtDNA) i plastydowego (ptDNA) odbywa się więc pozajądrowo (pozachromosomowo) i jest niezgodne z prawami Mendla.

Dziedziczenie mtDNA

Genom mitochondrialny człowieka składa się z ok. 16 600 par zasad i zawiera geny ciągłe, czyli takie których sekwencja kodująca nie jest przedzielona odcinkami niekodujacymi. Ma on postać kolistych cząsteczek DNA.

R9NUKLAAEQNNG1
Ilustracja przedstawia strukturę mitochondrialnego DNA człowieka. Strukturę ukazano w postaci okręgu podzielonego na różnej długości odcinki. W środku okręgu jest legenda opisująca, że kolor żółty oznacza geny 22 cząsteczek tRNA, odcinki w odcieniach koloru zielonego oznaczają obszary kodowania 13 białek. Opis okręgu od góry w prawo: odcinek zaznaczony kolorem niebieskim to odcinek regulatorowy lub pętla D, następnie są dwa cienkie żółte odcinki, po nich ciemnozielony odcinek opisany jako cytochrom b. Następnie wąski żółty pasek. Po nim krótszy i dłuższy odcinek w kolorze jaskrawozielonym - to podjednostki dehydrogenazy NADH. Kolejno są trzy wąskie paski żółte. Po nich kolejne trzy odcinki jaskrawozielone - to podjednostki dehydrogenazy NADH. Są przedzielone wąskim odcinkiem w kolorze żółtym. Następnie jest ciemnozielony odcinek podjednostki oksydazy cytochromowej, po nim jasnozielone dwa odcinki - to podjednostki syntazy ATP. Kolejno cienki odcinek żółty, dwa ciemnozielone odcinki - podjednostki oksydazy cytochromowej - przedzielone dwoma cienkimi paskami w kolorze żółtym. Następnie jest pięć cienkich żółtych odcinków, a po nich dwa jaskrawo zielone oznaczające podjednostki dehydrogenazy NADH przedzielone trzema żółtymi cienkimi odcinkami. Po podjednostkach dehydrogenazy jest krótki żółty odcinek, a następnie długi pomarańczowy oznaczający 16S rRNA, po nim zaś wąski żółty pasek i pomarańczowy oznaczający 12S rRNA. Po nim jest krótki żółty odcinek i wracamy na szczyt okręgu.
Struktura mitochondrialnego DNA człowieka. Cząsteczka tego DNA zawiera 37 genów, w których zakodowana jest informacja o cząsteczkach tRNA i rRNA oraz niektórych białkach łańcucha oddechowego.
Źródło: Knopfkind, Pisum, licencja: CC BY-SA 4.0.

Dziedziczenie mitochondrialne u człowieka i innych kręgowców jest jednostronnedziedziczenie jednostronnejednostronne i odbywa się w linii żeńskiej (matczynej). Wszystkie mitochondria występujące w organizmie potomnym, zarówno męskim jak i żeńskim, wywodzą się z mitochondriów znajdujących się w cytoplazmie oocytu. Podczas zapłodnienia do wnętrza komórki jajowej plemnik dostarcza wyłącznie haploidalne jądro komórkowe. Jeżeli nawet dochodzi do wprowadzenia plemnikowych mitochondriów, ulegają one degeneracji na wczesnym etapie rozwoju zygoty. 

R153OFVHCPQBS1
Ilustracja interaktywna przedstawia dziedziczenie mitochondriów podczas zapłodnienia. Ilustracja ukazuje komórkę jajową i plemnik. Komórka jajowa jest kulista. W jej wnętrzu znajdują się mitochondria w postaci pałeczek. W centrum komórki jajowej jest okrągły element, wypełnia go struktura przypominająca splątaną nić. To informacja genetyczna zawarta w jądrze komórkowym, DNA komórki jajowej. Obok komórki jajowej jest plemnik. W główce plemnika w postaci splatanych nici jest informacja genetyczna zawarta w jądrze komórkowym, DNA plemnika. Pod główką jest mitochondrium w postaci pałeczek. Mitochondria ulegają zniszczeniu. Do wnętrza komórki jajowej przedostaje się tylko główka plemnika. Następnie na schemacie ukazano, że dochodzi do zapłodnienia. Powstaje kulista zygota. W jej wnętrzu są pałeczkowate mitochondria. Mitochondria pochodzą tylko od komórki jajowej. W centrum zygoty jest okrągła struktura, wypełniona splątanymi nićmi. To informacja genetyczna. Jądrowe DNA zygoty powstaje z DNA obu komórek - komórki jajowej i plemnika.
Dziedziczenie mitochondriów podczas zapłodnienia
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Również jednostronnie, w linii żeńskiej dziedziczony jest mtDNA u większości roślin. 

Dla zainteresowanych

U niektórych gatunków małży (np. omułków) obserwuje się zjawisko dziedziczenia zarówno żeńskich, jak i męskich mitochondriów. Natomiast u należącego do kokcydiów Cryptosporidium muris (pasożyt układu pokarmowego człowieka i innych ssaków) w ogóle nie zachodzi dziedziczenie mitochondrialne, bo mitochondria tego organizmu nie zawierają DNA.

Rvi6PsyCE51JZ
Zdjęcie przestawia obraz mikroskopowy, na którym widoczna jest owalna cysta. Struktura jest nieco wypukła.
Cysty Cryptosporidium muris w ludzkim kale.
Źródło: Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades - CDC, Wikimedia commons, domena publiczna.

Dziedziczenie ptDNA

W plastydach komórek roślinnych występują koliste cząsteczki DNA nazywane DNA plastydowym. Liczy ono 120 000–170 000 par zasad i zawiera 80–300 genów ciągłych.

R1FP4GPU3DTOH1
Ilustracja przedstawia kolistą cząsteczkę chloroplastowego DNA tytoniu szlachetnego, na której różnymi odcieniami koloru zielonego zaznaczone zostały liczne geny kodujące białka związane z fotosyntezą, na niebiesko mniej liczne geny kodujące białka rybosomalne oraz rRNA, a na różowo polimerazę RNA. Polimeraza występuje dwukrotnie. Na obwodzie okręgu poczynając od miejscy odpowiadającym godzinie 12 na tarczy zegara znajduje się kolejno: zielona cząsteczka RNA, fotosysystem jeden, dehydrogenaza NADH, białko rybosomalne, ori, tRNA, rybsomalny RNA, tRNA, rybosomalny RNA, tRNA, białka rybosomalne, dehydrogenaza NADH, tRNA, tRNA, białka rybosomalne, tRNA, fotosystem dwa, tRNA, białko rybosomalne, fotosystem dwa, tRNA, tRNA, syntaza ATP, białko rybosomalne, polimeraza RNA, tRNA, fotosystem dwa, białka rybosomalne, fotosysytem dwa, tRNA, fotosystem jeden, białka rybosomalne, tRNA, dehydrogenaza NADH, tRNA, syntaza ATP, rubisco, karboksylaza acetylo – CoA, fotosystem jeden, cytochromy, fotosystem dwa, cytochromy, fotosystem jeden, białka rybosomalne, proteaza zależna od ATP, fotosystem dwa, cytochromy, polimeraza RNA, białka rybosomalne, czynnik inicjacji, białka rybosomalne, symbol 86,687, tRNA, tRNA, dehydrogenaza NADH, białko rybosomalne, tRNA, rybosomalny RNA, ori, tRNA, tRNA, ori, symbol 10,028, rybosomalny RNA, fotosystem jeden i białko rybosomalne.
Struktura chloroplastowego DNA tytoniu szlachetnego (Nicotiana tabacum).
Źródło: Kelvinsong, edytowano, licencja: CC BY-SA 3.0.

Plastydowy DNA dziedziczony jest zazwyczaj jednostronnie, najczęściej w linii żeńskiej. Wyjątek stanowią niektóre rośliny nagonasienne np. sosna, u których plastydy przekazywane są przez komórkę plemnikową. Dziedziczenie obustronnedziedziczenie obustronneDziedziczenie obustronne ptDNA zachodzi bardzo rzadko (np. u wiesiołka).  

dziedziczenie jednostronne
dziedziczenie obustronne
bg‑blue

Przeanalizuj grafikę interaktywną „Porównanie dziedziczenia DNA jądrowego i DNA mitochondrialnego”, a następnie wykonaj polecenia.

RBJ1NGJD28R6R1
Ilustracja interaktywna przedstawia porównanie dziedziczenia DNA jądrowego i DNA mitochondrialnego. Na ilustracjach są sylwetki ludzi - kobiet i mężczyzn. Po lewej stronie ilustracja dotyczy jądrowego DNA dziedziczonego po wszystkich przodkach. Na schemacie są cztery pary: kobieta - mężczyzna, następnie od każdej z dwóch par są strzałki w dół do jednej pary: kobieta, mężczyzna. Od dwóch par kobieta - mężczyzna strzałki do jednej pary: kobieta - mężczyzna. Strzałka w dół do mężczyzny. Po prawej stronie mężczyzny jest szare koło symbolizujące jądro komórkowe. W jego środku jest spleciona nić. Wszystkie pary otoczone są linią przerywaną. Na obrazku po prawej stronie przedstawiono, jak mitochondrialne DNA jest dziedziczone tylko w matczynej linii. W górnej części obrazka są cztery pary kobieta - mężczyzna. Następnie od każdych dwóch par strzałki prowadzą do jednej pary, czyli mamy dwie pary kobieta - mężczyzna. Od dwóch par strzałki prowadzą do jednej pary, a od niej strzałki do mężczyzny. W każdej parze po lewej stronie schematu przy sylwetce kobiety znajduje się mitochondrium w postaci pałeczki. Sylwetki trzech kobiet z góry na dół otoczono linią przerywaną. Przy mężczyźnie na samym dole schematu jest rysunek mitochondrium.
Porównanie dziedziczenia DNA jądrowego i DNA mitochondrialnego
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. na podstawie: "Mitochondrial DNA vs. nuclear DNA" University of California Museum of Paleontology, licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 1
R1CSRZ7BXM2F1
Przeanalizuj obie grafiki interaktywne i odpowiedz na pytanie: na czym polega dziedziczenie pozajądrowe? (Uzupełnij).
Polecenie 2
R8uwxeIR8CKo8
Korzystając z grafik interaktywnych oraz własnej wiedzy wyjaśnij dlaczego dziedziczymy informację genetyczną zawartą w mitochondriach z liniii matczynej? (Uzupełnij).
bg‑blue
Dla zainteresowanych

Dziedziczenie pozajądrowe u prokariontów

W genomie komórek prokariotycznych, poza genoforem, który stanowi jedna cząsteczka DNA tworząca jeden chromosom, DNA zawarte jest również w plazmidach. Obecne w nich geny dziedziczą się pozajądrowo. Plazmidy są kolistymi cząsteczkami DNA, które mogą się replikować. Jest to ważne dla komórek bakteryjnych, ponieważ zreplikowane plazmidy zostają przekazane nowym komórkom podczas podziału lub w tzw. horyzontalnym transferze genówhoryzontalny transfer genówhoryzontalnym transferze genów w trakcie koniugacjikoniugacjakoniugacji, transdukcjitransdukcjatransdukcji czy transformacjitransformacjatransformacji komórek bakteryjnych. Informacja genetyczna zapisana w plazmidach nie dotyczy podstawowego metabolizmu komórki bakteryjnej. Dzięki niej bakterie mogą uzyskiwać natomiast oporność na antybiotyki lub zdolność do infekowania gospodarza. Geny plazmidów determinują cechy umożliwiające symbiozę bakterii z roślinami (np. u Rhizobium), a także rozkładanie nietypowych źródeł węgla (np. toluenu).

RTh9sLlOzULTt
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Podział komórki bakteryjnej i horyzontalny transfer genów.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
horyzontalny transfer genów
koniugacja
transdukcja
transformacja

Podsumowanie

  • Mitochondria i plastydy dzielą się niezależnie od podziałów jądra komórkowego i są losowo rozdzielane do komórek potomnych.

  • Dziedziczenie genów DNA mitochondrialnego (mtDNA) i plastydowego (ptDNA) odbywa się więc pozajądrowo (pozachromosomowo), niezgodnie z prawami Mendla. 

  • Dziedziczenie mitochondrialne u człowieka i kręgowców odbywa się w linii żeńskiej (matczynej).

  • Dziedziczenie plastydowego DNA najczęściej odbywa się w linii żeńskiej, a wyjątkowo w linii męskiej lub jest dziedziczeniem obustronnym. 

 Ćwiczenia utrwalające

R77B8LVUGH7HD
Ćwiczenie 1
Uzupełnij tekst, zaznaczając prawidłowe sformułowania spośród podanych propozycji. Teoria endosymbiozy wyjaśnia, w jaki sposób powstały komórki eukariotyczne. Zgodnie z tą hipotezą komórki prokariotyczneeukariotyczne wniknęły do wnętrza komórek pra‑Eukaryotapra‑Prokaryota, stając się mitochondriami i chloroplastami. Za prawdziwością tej teorii przemawia kilka faktów. Po pierwsze organella te posiadająnie posiadają materiał genetyczny oraz rybosomy. Istotne jest również to, że powstają na nowoprzez podział istniejących już organelli. Zastanawiający jest też fakt, że ich błona zewnętrznawewnętrzna ma inny skład niż pozostałe błony, które występują w komórce.
R1DU97LHQVQK3
Ćwiczenie 2
Zaznacz informacje, które prawidłowo opisują genom mitochondrialny. Możliwe odpowiedzi: 1. Ma charakter genów ciągłych, 2. Zawiera introny i eksony, 3. Składa się z ok. 16600 par zasad, 4. Przyjmuje postać dziesięciu kolistych helis DNA, 5. Jest zbudowany głównie z RNA
R127QXEGQ5E3O
Ćwiczenie 3
Łączenie par. Oceń i zaznacz, czy podane stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe. Dziedziczenie materiału genetycznego zawartego w mitochondriach jak i tego znajdującego się w plastydach odbywa się zgodnie z prawami Mendla. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. W skład pozagenowego DNA komórek roślinnych wchodzi DNA znajdujące się w mitochondriach, plastydach i plazmidach.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Plazmidy to koliste cząsteczki DNA obecne w komórkach bakteryjnych, które mogą ulegać replikacji niezależnie od genoforu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Ćwiczenie 4

Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.

Determinacja płci. Cechy sprzężone z płcią
Sprawdź co umiesz