Saltar ao contido

ADN mitocondrial

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
(Redirección desde «ADNmt»)
ADN mitocondrial humano.
Imaxe demicroscopio electrónicodo ADN mitocondrial. Barra de 200 nm. (A) Sección do citoplasma despois dun inmunomarcado con ouro con anti-ADN; as partículas de ouro que marcan o ADN atópanse preto da membrana mitocondrial. (B) Vista do citoplasma despois da extracción con tampón CSK e inmunomarcado con ouro con anti-ADN; o ADNmt (marcado coas partículas de ouro) resiste a extracción. De Iborra et al., 2004.[1]

OADN mitocondrialouADNmt(en inglésmtDNA) é o ADN que se encontra dentro dasmitocondriascelulares,orgánuloseucariotasque fabrican a maior parte doATP(molécula que almacena e cede enerxía na célula) a partir da enerxía obtida na oxidación dos alimentos. Porén, a maioría do ADN presente nas células eucarióticas está nonúcleo celular.

O ADN mitocondrial pode considerarse como o noso "cromosoma" máis pequeno, aínda que é bastante distinto dos verdadeiroscromosomasdo núcleo. Foi a primeira parte doxenoma humanoque foi secuenciada. Nos humanos e na maioría das especies hérdase só da nai.

Coñécese a secuencia do ADNmt de moitos organismos e individuos (incluíndo algúns extinguidos), e a súa comparación é moi importante enfiloxenia.Permite tamén un exame das relacións entre poboacións humanas, moi interesante enantropoloxía.

Xenoma mitocondrial

[editar|editar a fonte]

Estrutura

[editar|editar a fonte]

Nos humanos (e probablemente nos animais en xeral), están presentes en cada célula de 100-10.000 copias do ADNmt (oóvuloe oespermatozoideson excepcións). Nos mamíferos cada molécula de ADNmt circular de dobre cadea consta de 15.000-17.000pares de bases.As dúas cadeas do ADNmt diferéncianse polo seu contido denucleótidos,e unha das cadeas, chamada cadea pesada, é rica enguanina,e outra, a lixeira, é rica encitosina.A cadea pesada codifica 28xenes,e a lixeira codifica 9, o que fai un total de 37 xenes. Deses 37 xenes, 13 codifican proteínas (polipéptidos), 22 codificanARNte 2 codifican oARNrdas subunidades maior e menor dosribosomasmitocondriais. Este modelo é o que presentan tamén a maioría dos animais, aínda que nalgúns casos un ou máis dos 37 xenes pode estar ausente e o tamaño do ADNmt pode ser meirande. As variacións en tamaño e contido de xenes son aínda maiores enfungoseplantas,pero parece haber un conxunto básico de xenes que están presentes en todos os eucariotas (excepto aqueles poucos que non teñen mitocondrias en absoluto). Algunhas plantas teñen enormes ADNmt (de ata 2 500 000 pares de bases en cada molécula de ADNmt) pero, sorprendentemente, mesmo eses enormes ADNmt conteñen o mesmo número e tipo de xenes que en plantas de especies emparentadas filoxeneticamente con ADNmt moito menor.[2]

O xenoma da mitocondria docogombro(Cucumis sativus) consta de tres cromosomas circulares distintos totalmente ou case autónomos de lonxitudes de 1556, 84 e 45 quilobases.[3]

Xenes

[editar|editar a fonte]

O contido do ADNmt varía dunha especie a outra. Os datos que se mostran aquí refírense ao xenoma mitocondrial humano.

Xenes da cadea de transporte electrrónico

[editar|editar a fonte]

O xenoma mitocondrial humano contén 13 xenes que codifican proteínas, que son os da táboa. Moitos destes xenes codifican proteínas da cadea de transporte electrónico, ou codifican a ATP-sintase.

Categoría Xenes
NADH deshidroxenase
(complexo I)		 MT-ND1,MT-ND2,MT-ND3,MT-ND4,MT-ND4L,MT-ND5,MT-ND6
Coencima Q-citocromo c redutase/Citocromo b
(complexo III)		 MT-CYB
citocromo c oxidase
(complexo IV)		 MT-CO1,MT-CO2,MT-CO3
ATP sintase MT-ATP6,MT-ATP8

Xenes de ARNr

[editar|editar a fonte]

OARNrmitocondrial está codificado polos xenesMT-RNR1(o de 12S) eMT-RNR2(o de 16S).

Xenes de ARNt

[editar|editar a fonte]

Os seguintes xenes codifican oARNt(indícase o aminoácido transportado polo ARNt):

Aminoácido abrev. de 3 letras abrev. de 1 letra ADNmt
Alanina Ala A MT-TA
Arxinina Arg R MT-TR
Asparaxina Asn N MT-TN
Ácido aspártico Asp D MT-TD
Cisteína Cys C MT-TC
Ácido glutámico Glu E MT-TE
Glutamina Gln Q MT-TQ
Glicina Gly G MT-TG
Histidina His H MT-TH
Isoleucina Ile I MT-TI
Leucina Leu L MT-TL1,MT-TL2
Lisina Lys K MT-TK
Metionina Met M MT-TM
Fenilalanina Phe F MT-TF
Prolina Pro P MT-TP
Serina Ser S MT-TS1,MT-TS2
Treonina Thr T MT-TT
Triptófano Trp W MT-TW
Tirosina Tyr Y MT-TY
Valina Val V MT-TV

Replicación

[editar|editar a fonte]

A replicación do ADNmt faina o complexo γ daADN polimerase,que está composto por unha ADN polimerase catalítica de 140 kDa codificada polo xenePOLG,e unha subunidade accesoria de 55 kDa codificada polo xenePOLG2.Durante aembrioxénesea replicación do ADNmt está estritamente regulada desde a fertilización doóvuloata a preimplantación do embrión.[4]Na fase deblastocisto,o comezo da replicación do ADNmt é específico das células dotrofoblasto.[4]Polo contrario, as células damasa celular internarestrinxen a replicación do ADNmt ata que reciben sinais para diferenciarse en tipos celulares específicos.[4]

Orixe

[editar|editar a fonte]

O ADN nuclear e o mitocondrial teñen unha orixe evolutiva diferente. O ADNmt deriva dos xenomas circulares dasbacteriasque foron incorporadas polos devanceiros dos eucariotas e viviron enendosimbiosecon eles, acabando por converterse nun orgánulo da célula hospedadora. Esta teoría denomínaseteoría endosimbiótica.Cada mitocondria estímase que contén de 2-10 copias do ADNmt.[5]Nas células dos organismos actuais, a gran maioría dasproteínaspresentes nas mitocondrias (ata 1500 diferentes enmamíferos) están codificadas polo ADN nuclear, pero os xenes dalgunhas delas, se non da maioría, pénsase que teñen orixe bacteriana, pero que foron despois transferidos ao núcleo eucariótico durante aevolución.

Herdanza do ADNmt

[editar|editar a fonte]

Na maioría dos seres pluricelulares (animais, plantas e fungos) o ADNmt hérdase só da nai. As razóns de que sexa así son: a simple dilución (porque oovocitocontén de 100.000 a 1 000 000 de moléculas de ADNmt, mentres que o espermatozoide só de 100 a 1.000), a degradación do ADNmt do espermatozoide no ovo fertilizado, e, nalgúns organismos, que o ADNmt do espermatozoide non consegue entrar no ovo. Nos mamíferos as mitocondrias do espermatozoide non chegan a entrar no ovo ou son marcadas conubiquitinapara a súa destrución posterior na fase embrionaria,[6]Algunhas técnicas de fertilizaciónin vitro,especialmente inxectar o espermatozoide noovocito,poden interferir con isto.

Herdanza materna

[editar|editar a fonte]

O feito de que o ADNmt sexa de herdanza materna permite aos investigadores trazar liñaxes matrilineais remontándose moito no tempo. (O ADN docromosoma Y,de herdanza paterna, úsase analogamente para trazar a liñaxe por parte de pai). Isto faise nos humanos secuenciando unha ou máis dasrexións control hipervariables(HVR1 ou HVR2) do ADNmt. A rexión HVR1 consta duns 440pares de bases.Estes 440 pb son entón comparados coas rexións control doutros individuos (poden ser suxeitos específicos ou datos de suxeitos almacenados nunha base de datos) para determinar a liñaxe materna. O máis frecuente é comparar a chamadaSecuencia Referencia de Cambridgerevisada. Vilàet al.publicaron estudos nos que se trazaba a descencdencia matrilineal desde oscansaoslobos.[7] O concepto deEva mitocondrialbaséase no mesmo tipo de análises, cos que se trata de descubrir a orixe da humanidade rastreando a súa liñaxe no tempo.

Como a secuencia do ADNmt non está moiconservadae ten unha frecuencia rápida de mutación, é útil para estudar as relacións evolutivas (filoxenia) entre as distintas especies. Os biólogos poden determinar e despois comparar as secuencias do ADNmt entre diferentes especies e facer despois unhaárbore evolutiva.

Como o ADNmt se transmite de nai a fillo/a, é útil tamén en estudosxenealóxicospara situar a unha persoa nunha liña materna determinada.

Herdanza paterna

[editar|editar a fonte]

Hai informes de que as mitocondrias poden ter ocasionalmente herdanza paterna nunhas poucas especies, como osmexillóns.[8][9] Tamén se herdan por liña paterna nalgúns insectos como asmoscas da froita,[10]abellas,[11]ecarricantas.[12]

Tamén hai probas de raros casos de herdanza paterna en mamíferos, como orato,[13][14]no que estas mitocondrias de liña paterna son despois eliminadas, e tamén enovellas,[15]e envacasclonadas.[16]Mesmo se atopou un único caso en humanos.[17]

Aínda que moitos deses casos referíanse a embrións clonados que despois eliminaban as mitocondrias paternas, hai outros casos nos que se documentou a súa herdanzain vivoe a persistencia posterior desas mitocondrias nas condicións de laboratorio.

Mutacións

[editar|editar a fonte]
Implicación do ADNmt en varias doenzas humanas.

Susceptibilidade

[editar|editar a fonte]

O ADNmt é especialmente susceptible ásespecies reactivas do osíxenoxeradas polacadea respiratoriadebido á súa proximidade. Aínda que o ADNmt está empaquetado con proteínas e ten unha capacidade significativa de reparación, estas funcións protectoras son menos potentes que as que operan no ADN nuclear e, xa que logo, pénsase que isto contribúe a aumentar a susceptiobilidade ao dano oxidativo no ADNmt. Os resultados das mutacións no ADNmt poden ser a alteración na información codificada para a síntese dalgunhas proteínas,[18]que poden ter un efecto no metabolismo do organismo ou na súa capacidade de supervivencia.

Enfermidades xenéticas

[editar|editar a fonte]

As mutacións no ADNmt poden orixinar varias doenzas como aintolerancia ao exercicioe asíndrome Kearns-Sayre,que causa que unha persoa perda completamente a función cardíaca, a do ollo, e os movementos musculares. Algunhas evidencias suxiren que estas mutacións poden ser unha importante contribución ao envellecemento e ás patoloxías asociadas coa idade.[19]

Uso no diagnóstico de enfermidades

[editar|editar a fonte]

Recentemente utilizouse unha mutación no ADNmt para axudar no diagnóstico docáncerdepróstataen pacientes conbiopsiasprostáticas negativas.[20][21]

Uso na identificación de persoas e estudo de relacións filoxenéticas

[editar|editar a fonte]

No ser humano o ADNmt ten 16.569pares de bases,[22]que representan só unha pequena fracción do ADN total da célula. A diferenza do ADN nuclear, que se herda dos dous proxenitores e que sofre o proceso darecombinación xenética,no ADNmt non hai normalmente cambios de pais (nais, en realidade) a fillos. O ADNmt tamén se recombina, pero só con copias de si mesmo dentro da mesmamitocondria.Por causa disto e de que a frecuencia de mutación do ADNmt animal é maior que a do nuclear,[23]o ADNmt é unha poderosa ferramenta para trazar liñaxes matrilineais, e foi usado para rastrear os antepasados de moitas especies desde centos de xeracións.

O ADNmt pode usarse tamén para identificar individuos.[24]Os laboratorios forenses usan ocasionalmente comparacións de ADNmt para identificar restos humanos, e especialmente para identificar restos esqueléticos antigos. Porén, a diferenza do ADN nuclear, o ADNmt non é específico dun individuo, pero pode usarse en combinación con outras evidencias (probas antropolóxicas, evidencias circunstanciais etc.) para establecer a identificación. O ADNmt tamén se usa para excluír posibles coincidencias entre persoas desaparecidas e restos identificados.[25]Moitos investigadores cren que o ADNmt é mellor para identificar esqueletos antigos que o ADN nuclear porque o gran número de copias existentes por cada célula incrementa a posibilidade de obter mostras útiles, e porque unha coincidencia cun parente vivo é posible mesmo se están ambos separados por numerosas xeracións maternas. Os restos do bandido norteamericanoJesse Jamesforon identificados por medio dunha comparación entre o ADNmt extraído dos seus restos e o ADNmt dos fillos por liña materna da bisneta da súa irmá.[26]De xeito similar, puideron identificarse os restos da última emperatriz de Rusia,Alexandra Fiodorovna,e os seus fillos por comparación do seu ADNmt co doPríncipe Filipe, duque de Edimburgo,cuxa avoa materna foi a irmá de Alexandra, Vitoria de Hesse.[27]Tamén se identificaron os restos do últimotsarde RusiaNicolao IIao compararse o seu ADNmt co de James Carnegie, terceiro duque de Fife, cuxa bisavoa materna, a raíñaAlexandra de Dinamarca,era irmá da nai de Nicolao II, Dagmar de Dinamarca (emperatriz María Fiodorovna).[28]

Modelo da orixe africana e as posteriores migracións do ser humano, baseado en estudos do ADNmt.

Ostamaños efectivos de poboaciónbaixos e as rápidas frecuencias de mutación (en animais) fan ao ADNmt útil tamén para avaliar as relacións xenéticas de individuos ou grupos dunha mesma especie e tamén para identificar e cuantificar afiloxenia(relacións evolutivas) de diferentes especies, con tal de que non estean demasiado separadas no tempo. Para facelo, os biólogos determinan e despois comparan as secuencias de ADNmt de diferentes individuos ou especies. Os datos das comparacións úsanse para construír unha rede de relacións entre as secuencias, o cal proporciona unha estimación das relacións entre os individuos e as especies examinadas. Esta estratexia ten límites impostos pola frecuencia de cambio das secuencias. Por exemplo, en animais as altastaxas de mutaciónfan ao ADNmt máis útil para comparar individuos dunha especie e para comparar especies que teñen un parentesco próximo ou relativamene próximo, entre as cales o número de secuencias diferentes pode ser contado doadamente. Pero a medida que as especies teñen un parentesco máis afastado no tempo, o número de diferenzas nas secuencias faise máis grande, e os cambios empezan a acumularse ata que se fai imposible un reconto preciso.

Historia

[editar|editar a fonte]

O ADN mitocondrial foi descuberto na década de 1960 por Margit M. K. Nass e Sylvan Nass usandomicroscopio electrónicocomo unha fibra de ADN sensible ás ADNases situada no interior damitocondria,[29]e por Ellen Haslbrunner, Hans Tuppy e Gottfried Schatz por medio de ensaios bioquímicos en fraccións mitocondriais moi purificadas.[30]

Notas

[editar|editar a fonte]
  1. ↑Iborra FJ, Kimura H, Cook PR (2004)."The functional organization of mitochondrial genomes in human cells".BMC Biol.2:9.PMC425603.PMID15157274.doi:10.1186/1741-7007-2-9.
  2. ↑Ward BL, Anderson RS, Bendich AJ (1981)."The mitochondrial genome is large and variable in a family of plants (cucurbitaceae)".Cell25(3): 793–803.PMID6269758.doi:10.1016/0092-8674(81)90187-2.Consultado o2010-08-09.
  3. ↑Alverson AJ, Rice DW, Dickinson S, Barry K, Palmer JD (2011) Origins and Recombination of the Bacterial-Sized Multichromosomal Mitochondrial Genome of Cucumber. Plant Cell
  4. ↑4,04,14,2John JC, Facucho-Oliveira J, Jiang Y, Kelly R, Salah R (2010). "Mitochondrial DNA transmission, replication and inheritance: a journey from the gamete through the embryo and into offspring and embryonic stem cells".Hum Reprod Update16(5): 488–509.PMID20231166.doi:10.1093/humupd/dmq002.
  5. ↑Wiesner RJ, Ruegg JC, Morano I (1992). "Counting target molecules by exponential polymerase chain reaction, copy number of mitochondrial DNA in rat tissues".Biochim Biophys Acta.183(2): 553–559.PMID1550563.
  6. ↑Sutovsky, P.; et al. (Nov. 25, 1999)."Ubiquitin tag for sperm mitochondria".Nature402(6760): 371–372.PMID10586873.doi:10.1038/46466.Discussed in[1].
  7. ↑Vilà C, Savolainen P, Maldonado JE, and Amorin IR (13 June 1997)."Multiple and Ancient Origins of the Domestic Dog".Science276(5319): 1687–1689.ISSN0036-8075.PMID9180076.doi:10.1126/science.276.5319.1687.
  8. ↑Hoeh WR, Blakley KH, Brown WM (1991). "Heteroplasmy suggests limited biparental inheritance of Mytilus mitochondrial DNA".Science251(5000): 1488–1490.PMID1672472.doi:10.1126/science.1672472.
  9. ↑Penman, Danny (23 August 2002)."Mitochondria can be inherited from both parents".NewScientist.com.Arquivado dendeo orixinalo 11 de outubro de 2008.Consultado o2008-02-05.
  10. ↑Kondo R, Matsuura ET, Chigusa SI (1992). "Further observation of paternal transmission of Drosophila mitochondrial DNA by PCR selective amplification method,".Genet. Res.59(2): 81–4.PMID1628820.doi:10.1017/S0016672300030287.
  11. ↑Meusel MS, Moritz RF (1993)."Transfer of paternal mitochondrial DNA during fertilization of honeybee (Apis mellifera L.) eggs".Curr. Genet.24(6): 539–43.PMID8299176.doi:10.1007/BF00351719.
  12. ↑Fontaine, KM, Cooley, JR, Simon, C (2007)."Evidence for paternal leakage in hybrid periodical cicadas (Hemiptera: Magicicada spp.)".PLoS One.9(9): e892.PMC1963320.PMID17849021.doi:10.1371/journal.pone.0000892.
  13. ↑Gyllensten U, Wharton D, Josefsson A, Wilson AC (1991). "Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice".Nature352(6332): 255–7.PMID1857422.doi:10.1038/352255a0.
  14. ↑Shitara H, Hayashi JI, Takahama S, Kaneda H, Yonekawa H (1998)."Maternal inheritance of mouse mtDNA in interspecific hybrids: segregation of the leaked paternal mtDNA followed by the prevention of subsequent paternal leakage".Genetics148(2): 851–7.PMC1459812.PMID9504930.
  15. ↑Zhao X, Li N, Guo W; et al. (2004)."Further evidence for paternal inheritance of mitochondrial DNA in the sheep (Ovis aries)".Heredity93(4): 399–403.PMID15266295.doi:10.1038/sj.hdy.6800516.
  16. ↑Steinborn R, Zakhartchenko V, Jelyazkov J; et al. (1998). "Composition of parental mitochondrial DNA in cloned bovine embryos".FEBS Lett.426(3): 352–6.PMID9600265.doi:10.1016/S0014-5793(98)00350-0.
  17. ↑Schwartz M, Vissing J (2002). "Paternal inheritance of mitochondrial DNA".N. Engl. J. Med.347(8): 576–80.PMID12192017.doi:10.1056/NEJMoa020350.
  18. ↑C.Michael Hogan. 2010.Mutation.ed. E.Monosson and C.J.Cleveland. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment. Washington DC
  19. ↑Alexeyev, Mikhail F.; LeDoux, Susan P.; Wilson, Glenn L. (July 2004)."Mitochondrial DNA and aging"(PDF).Clinical Science107(4): 355–364.PMID15279618.doi:10.1042/CS20040148.
  20. ↑Reguly B, Jakupciak JP, Parr RL. (2010). "3.4 kb mitochondrial genome deletion serves as a surrogate predictive biomarker for prostate cancer in histopathologically benign biopsy cores".Can Urol Assoc J.4(5): E118–22.PMID20944788.
  21. ↑Robinson K, Creed J, Reguly B, Powell C, Wittock R, Klein D, Maggrah A, Klotz L, Parr RL, Dakubo GD. (2010). "Accurate prediction of repeat prostate biopsy outcomes by a mitochondrial DNA deletion assay".Prostate Cancer Prostatic Dis.13(2): 126–31.PMID20084081.
  22. ↑"Copia arquivada".Arquivado dendeo orixinalo 13 de agosto de 2011.Consultado o 13 de xullo de 2011.
  23. ↑Brown WM, George M Jr., Wilson AC (1979)."Rapid evolution of mitochondrial DNA".Proc Natl Acad Sci USA76(4): 1967–1971.PMC383514.PMID109836.doi:10.1073/pnas.76.4.1967.
  24. ↑Brown WM (1980)."Polymorphism in mitochondrial DNA of humans as revealed by restriction endonuclease analysis".Proc Natl Acad Sci USA77(6): 3605–3609.PMC349666.PMID6251473.doi:10.1073/pnas.77.6.3605.
  25. ↑"Paleo-DNA Laboratory - Forensic Services".Arquivado dendeo orixinalo 13 de marzo de 2012.Consultado o 13 de xullo de 2011.
  26. ↑Stone AC, Starrs JE, Stoneking M (2001)."Mitochondrial DNA analysis of the presumptive remains of Jesse James"(PDF).J. Forensic Sci.46(1): 173–6.PMID11210907.Arquivado dendeo orixinal(PDF)o 22 de febreiro de 2006.Consultado o 13 de xullo de 2011.
  27. ↑Gill P, Ivanov PL, Kimpton C; et al. (1994). "Identification of the remains of the Romanov family by DNA analysis".Nat. Genet.6(2): 130–5.PMID8162066.doi:10.1038/ng0294-130.
  28. ↑Os detalles das probas publicáronse en Gil et al.,Identification of the Remains.O duque de Fife foi oficialmente nomeado como a fonte da mostra de comparación do ADNmt en Ivanov,Mitochondrial DNA,p. 419.
  29. ↑NASS MM, NASS S (1963)."INTRAMITOCHONDRIAL FIBERS WITH DNA CHARACTERISTICS. I. FIXATION AND ELECTRON STAINING REACTIONS"(PDF)19:593–611.PMC2106331.PMID14086138.
  30. ↑Ellen Haslbrunner,Hans TuppyandGottfried Schatz(1964 no Instituto de Bioquímic na facultade de Medicina daUniversidade de VienaenViena,Austria):"Deoxyribonucleic Acid Associated with Yeast Mitochondria"(PDF) Biochem. Biophys. Res. Commun. 15, 127 - 132.

Véxase tamén

[editar|editar a fonte]

Outros artigos

[editar|editar a fonte]
Traído desde «https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=ADN_mitocondrial&oldid=6777204»