Μιτοχόνδριο

Δομή

Ένα μιτοχόνδριο περιέχει δύο μεμβράνες. Αυτές αποτελούνται από διπλά στρώματα φωσφολιπιδίων και πρωτεΐνες. Οι δύο μεμβράνες έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Λόγω αυτής της οργάνωσης με διπλή μεμβράνη, υπάρχουν πέντε διαφορετικά διαμερίσματα μέσα στο μιτοχόνδριο. Αυτά είναι τα εξής:

1. την εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη,
2. τον μεσομεμβρανικό χώρο (τον χώρο μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής μεμβράνης),
3. την εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη,
4. ο χώρος των κρυστάλλων (που σχηματίζεται από τις πτυχές της εσωτερικής μεμβράνης) και
5. τη μήτρα (χώρος εντός της εσωτερικής μεμβράνης). Τα μιτοχόνδρια είναι μικρά, σφαιρικά ή κυλινδρικά οργανίδια. Γενικά ένα μιτοχόνδριο έχει μήκος 2,8 μικρά και πλάτος περίπου 0,5 μικρά. είναι περίπου 150 φορές μικρότερο από τον πυρήνα. Υπάρχουν περίπου 100-150 μιτοχόνδρια σε κάθε κύτταρο.

Λειτουργία

Ο κύριος ρόλος των μιτοχονδρίων στο κύτταρο είναι να λαμβάνουν γλυκόζη και να χρησιμοποιούν την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους χημικούς δεσμούς της για να παράγουν ΑΤΡ σε μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή. Υπάρχουν 3 κύρια στάδια σε αυτή τη διαδικασία: η γλυκόλυση, ο κύκλος του κιτρικού οξέος ή κύκλος του Krebs και η σύνθεση του ΑΤΡ. Αυτό το ΑΤΡ απελευθερώνεται από το μιτοχόνδριο και διασπάται από τα άλλα οργανίδια του κυττάρου για να τροφοδοτήσουν τις δικές τους λειτουργίες.

DNA

Πιστεύεται ότι τα μιτοχόνδρια ήταν κάποτε ανεξάρτητα βακτήρια και έγιναν μέρος των ευκαρυωτικών κυττάρων με την απορρόφησή τους, μια διαδικασία που ονομάζεται ενδοσυμβίωση.

Το μεγαλύτερο μέρος του DNA ενός κυττάρου βρίσκεται στον κυτταρικό πυρήνα, αλλά το μιτοχόνδριο έχει το δικό του ανεξάρτητο γονιδίωμα. Επίσης, το DNA του παρουσιάζει σημαντική ομοιότητα με τα βακτηριακά γονιδιώματα.

Η συντομογραφία για το μιτοχονδριακό DNA είναι είτε mDNA είτε mtDNA. Και τα δύο έχουν χρησιμοποιηθεί από τους ερευνητές.

Κληρονομικότητα

Τα μιτοχόνδρια διαιρούνται με δυαδική σχάση παρόμοια με τη βακτηριακή κυτταρική διαίρεση. Στους μονοκύτταρους ευκαρυώτες, η διαίρεση των μιτοχονδρίων συνδέεται με την κυτταρική διαίρεση. Η διαίρεση αυτή πρέπει να ελέγχεται έτσι ώστε κάθε θυγατρικό κύτταρο να λαμβάνει τουλάχιστον ένα μιτοχόνδριο. Σε άλλους ευκαρυώτες (στον άνθρωπο για παράδειγμα), τα μιτοχόνδρια μπορεί να αναπαράγουν το DNA τους και να διαιρούνται ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου, αντί να βρίσκονται σε φάση με τον κυτταρικό κύκλο.

Τα μιτοχονδριακά γονίδια ενός ατόμου δεν κληρονομούνται με τον ίδιο μηχανισμό όπως τα πυρηνικά γονίδια. Τα μιτοχόνδρια, και επομένως το μιτοχονδριακό DNA, προέρχονται συνήθως μόνο από το ωάριο. Τα μιτοχόνδρια του σπέρματος εισέρχονται στο ωάριο, αλλά σημαδεύονται για μετέπειτα καταστροφή. Το κύτταρο του ωαρίου περιέχει σχετικά λίγα μιτοχόνδρια, αλλά είναι αυτά τα μιτοχόνδρια που επιβιώνουν και διαιρούνται για να κατοικήσουν τα κύτταρα του ενήλικου οργανισμού. Τα μιτοχόνδρια, επομένως, στις περισσότερες περιπτώσεις κληρονομούνται από τη θηλυκή γραμμή, γνωστή ως μητρική κληρονομικότητα. Αυτός ο τρόπος ισχύει για όλα τα ζώα και τους περισσότερους άλλους οργανισμούς. Ωστόσο, τα μιτοχόνδρια κληρονομούνται πατρικά σε ορισμένα κωνοφόρα, αν και όχι στα πεύκα ή τα πουρνάρια.

Ένα μεμονωμένο μιτοχόνδριο μπορεί να περιέχει 2-10 αντίγραφα του DNA του. Για το λόγο αυτό, το μιτοχονδριακό DNA θεωρείται ότι αναπαράγεται με δυαδική σχάση, παράγοντας έτσι ακριβή αντίγραφα. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι τα μιτοχόνδρια των ζώων μπορούν να υποστούν ανασυνδυασμό. Εάν δεν συμβαίνει ανασυνδυασμός, ολόκληρη η αλληλουχία του μιτοχονδριακού DNA αντιπροσωπεύει ένα ενιαίο απλοειδές γονιδίωμα, γεγονός που το καθιστά χρήσιμο για τη μελέτη της εξελικτικής ιστορίας των πληθυσμών.

Πληθυσμιακές γενετικές μελέτες

Η σχεδόν απουσία ανασυνδυασμού στο μιτοχονδριακό DNA το καθιστά χρήσιμο για τη γενετική των πληθυσμών και την εξελικτική βιολογία. Εάν όλο το μιτοχονδριακό DNA κληρονομείται ως μία ενιαία απλοειδής μονάδα, οι σχέσεις μεταξύ του μιτοχονδριακού DNA από διαφορετικά άτομα μπορούν να θεωρηθούν ως γονιδιακό δέντρο. Τα μοτίβα σε αυτά τα γονιδιακά δέντρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την εξελικτική ιστορία των πληθυσμών. Το κλασικό παράδειγμα είναι όπου το μοριακό ρολόι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δώσει μια ημερομηνία για τη λεγόμενη μιτοχονδριακή Εύα. Αυτό συχνά ερμηνεύεται ως ισχυρή υποστήριξη για την εξάπλωση των σύγχρονων ανθρώπων από την Αφρική. Ένα άλλο ανθρώπινο παράδειγμα είναι η αλληλουχία του μιτοχονδριακού DNA από οστά Νεάντερταλ. Η σχετικά μεγάλη εξελικτική απόσταση μεταξύ των αλληλουχιών του μιτοχονδριακού DNA των Νεάντερταλ και των ζώντων ανθρώπων αποτελεί απόδειξη για τη γενική έλλειψη διασταύρωσης μεταξύ των Νεάντερταλ και των ανατομικά σύγχρονων ανθρώπων.

Ωστόσο, το μιτοχονδριακό DNA αντικατοπτρίζει μόνο την ιστορία των θηλυκών ενός πληθυσμού. Μπορεί να μην αντιπροσωπεύει την ιστορία του πληθυσμού στο σύνολό του. Σε κάποιο βαθμό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι πατρικές γενετικές αλληλουχίες από το χρωμόσωμα Υ. Με την ευρύτερη έννοια, μόνο οι μελέτες που περιλαμβάνουν επίσης το πυρηνικό DNA μπορούν να παρέχουν μια ολοκληρωμένη εξελικτική ιστορία ενός πληθυσμού.

Σχετικές σελίδες

• Κυτταρική αναπνοή
• Γλυκόλυση
• Κύκλος Krebs