Mitochondrium

Struktura

Mitochondrium zawiera dwie błony. Są one zbudowane z podwójnych warstw fosfolipidów i białek. Obie błony mają różne właściwości. Ze względu na tę dwumembranową organizację, w mitochondrium znajduje się pięć odrębnych przedziałów. Są to:

1. zewnętrznej błony mitochondrialnej,
2. przestrzeń międzybłonowa (przestrzeń pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną),
3. wewnętrznej błony mitochondrialnej,
4. przestrzeń cristae (utworzona przez zawinięcia błony wewnętrznej), oraz
5. macierz (przestrzeń wewnątrz błony wewnętrznej). Mitochondria są małymi, kulistymi lub cylindrycznymi organellami. Ogólnie mitochondrium ma 2,8 mikrona długości i około 0,5 mikrona szerokości. Jest około 150 razy mniejsze od jądra komórkowego. W każdej komórce znajduje się około 100-150 mitochondriów.

Funkcja

Główną rolą mitochondriów w komórce jest pobieranie glukozy i wykorzystywanie energii zmagazynowanej w jej wiązaniach chemicznych do wytwarzania ATP w procesie zwanym oddychaniem komórkowym. Istnieją 3 główne etapy tego procesu: glikoliza, cykl kwasu cytrynowego lub cykl Krebsa oraz synteza ATP. ATP jest uwalniany z mitochondrium i rozkładany przez inne organelle komórki w celu zasilania ich własnych funkcji.

DNA

Uważa się, że mitochondria były kiedyś niezależnymi bakteriami i stały się częścią komórek eukariotycznych poprzez ich wchłonięcie, proces zwany endosymbiozą.

Większość DNA komórki znajduje się w jądrze komórkowym, ale mitochondrium posiada swój własny, niezależny genom. Ponadto jego DNA wykazuje znaczne podobieństwo do genomów bakterii.

Skrótem dla mitochondrialnego DNA jest mDNA lub mtDNA. Oba są używane przez badaczy.

Dziedziczenie

Mitochondria dzielą się przez rozszczepienie binarne, podobnie jak komórki bakteryjne. U jednokomórkowych eukariotów podział mitochondriów jest związany z podziałem komórki. Podział ten musi być kontrolowany tak, aby każda komórka potomna otrzymała co najmniej jedno mitochondrium. U innych eukariotów (na przykład u ludzi) mitochondria mogą replikować swoje DNA i dzielić się w odpowiedzi na potrzeby energetyczne komórki, a nie w fazie cyklu komórkowego.

Geny mitochondrialne danej osoby nie są dziedziczone przez ten sam mechanizm, co geny jądrowe. Mitochondria, a więc i mitochondrialne DNA, pochodzą zazwyczaj wyłącznie z jaja. Mitochondria plemnika dostają się do jaja, ale są oznaczone do późniejszego zniszczenia. Komórka jajowa zawiera stosunkowo niewiele mitochondriów, ale to właśnie te mitochondria przeżywają i dzielą się, by zasiedlić komórki dorosłego organizmu. Mitochondria są więc w większości przypadków dziedziczone w linii żeńskiej, co nazywamy dziedziczeniem matczynym. Ten tryb jest prawdziwy dla wszystkich zwierząt i większości innych organizmów. Jednak u niektórych drzew iglastych, choć nie u sosen czy cisów, mitochondria dziedziczone są po matce.

Pojedyncze mitochondrium może zawierać od 2 do 10 kopii swojego DNA. Z tego powodu uważa się, że mitochondrialne DNA rozmnaża się przez rozszczepienie binarne, tworząc w ten sposób dokładne kopie. Istnieją jednak pewne dowody na to, że mitochondria zwierzęce mogą ulegać rekombinacji. Jeśli rekombinacja nie zachodzi, cała sekwencja mitochondrialnego DNA stanowi pojedynczy haploidalny genom, co czyni go przydatnym do badania ewolucyjnej historii populacji.

Populacyjne badania genetyczne

Prawie całkowity brak rekombinacji w mitochondrialnym DNA sprawia, że jest ono przydatne w genetyce populacyjnej i biologii ewolucyjnej. Jeśli całe mitochondrialne DNA jest dziedziczone jako pojedyncza jednostka haploidalna, związki między mitochondrialnym DNA z różnych osobników mogą być postrzegane jako drzewo genowe. Wzorce w tych drzewach genowych mogą być wykorzystane do wnioskowania o ewolucyjnej historii populacji. Klasycznym tego przykładem jest sytuacja, w której zegar molekularny może być użyty do wyznaczenia daty tzw. mitochondrialnejEwy. Jest to często interpretowane jako silne wsparcie dla rozprzestrzeniania się współczesnych ludzi z Afryki. Innym ludzkim przykładem jest sekwencjonowanie mitochondrialnego DNA z kości neandertalczyków. Stosunkowo duża odległość ewolucyjna między sekwencjami mitochondrialnego DNA neandertalczyków i żyjących ludzi jest dowodem na ogólny brak krzyżowania między neandertalczykami i anatomicznie nowoczesnymi ludźmi.

Jednakże mitochondrialne DNA odzwierciedla jedynie historię samic w danej populacji. Może ono nie reprezentować historii całej populacji. Do pewnego stopnia można wykorzystać ojcowskie sekwencje genetyczne z chromosomu Y. W szerszym znaczeniu, tylko badania, które obejmują również jądrowe DNA mogą dostarczyć kompleksowej historii ewolucyjnej populacji.

Powiązane strony

• Oddychanie komórkowe
• Glikoliza
• Cykl Krebsa