DNA mitocondrial

O que é DNA mitocondrial?

O DNA mitocondrial é uma pequena molécula de DNA circular encontrada dentro dessas organelas em células eucarióticas. Este pequeno genoma codifica para um número muito limitado de proteínas e aminoácidos dentro das mitocôndrias. É comum encontrar o nome de "DNA mitocondrial" abreviado em muitos livros didáticos e artigos científicos como "Adnmt"Ou em inglês"Mtdna".

As mitocôndrias são organelas indispensáveis ​​para células eucarióticas, pois são responsáveis ​​por transformar a energia dos alimentos consumidos na forma de açúcares em uma forma de energia que as células podem usar (ATP, por exemplo).

Todas as células em organismos eucarióticos têm pelo menos uma mitocôndria dentro. No entanto, existem células como as células musculares do coração e as do músculo esquelético que podem ter centenas de mitocôndrias dentro.

As mitocôndrias têm um aparelho de síntese de proteínas e independentemente do aparelho celular, com ribossomos, transferências ARNs e um aminoacil RNAs transferase-sintetase do interior da organela; Embora o RNA ribossômico seja menor que o da célula que os abriga.

Este aparelho mostra grande semelhança com o aparelho de síntese de proteínas de bactérias. Além disso, assim como nos procariontes, este dispositivo é extremamente sensível aos antibióticos, mas muito diferente do da síntese de proteínas em células eucarióticas.

O termo "mitocôndrias" foi introduzido por Benda no final do século XII e a teoria da "endosimbiose" é a mais aceita sobre sua origem. Isso foi publicado em 1967 por Lynn Margulis, na revista Jornal de Biologia Teórica.

A teoria da "endosimbiose" coloca a origem das mitocôndrias milhões de anos atrás. É teorizado que um ancestral celular de células eucarióticas "engoliu" e incorporou em seu metabolismo um organismo bacteriano, que mais tarde se tornou o que sabemos hoje como mitocôndrias.

Características do DNA mitocondrial

Nos mamíferos, geralmente todo o genoma compreendendo o DNA mitocondrial é organizado em um cromossomo circular de 15.000 a 16.000 pares de nucleotídeos ou, o que é o mesmo, de 15 a 16 kb (kilobases).

Na maioria das mitocôndrias, várias cópias do cromossomo mitocondrial podem ser alcançadas. Nas células somáticas humanas (células não sexuais), é comum encontrar pelo menos 100 cópias do cromossomo mitocondrial.

Nas plantas superiores (angiospermas), o DNA mitocondrial é geralmente muito maior, por exemplo, na planta de milho, o cromossomo circular do DNA mitocondrial pode medir até 570 kb.

O DNA mitocondrial ocupa cerca de 1% do DNA total das células somáticas da maioria dos animais de vertebrados. É um DNA muito preservado no reino animal, ao contrário do que é observado nas plantas, onde há ampla diversidade.

Em algumas células eucarióticas "gigantes", como óvulos (células sexuais de fêmeas) de mamíferos ou células que contêm muitas mitocôndrias, o DNA mitocondrial pode constituir até 1/3 do DNA celular total total.

O DNA mitocondrial tem algumas propriedades diferentes para o DNA nuclear: possui uma densidade e proporção de pares de guanina - citosina (GC) e adenina - Timina (at) bases.

A densidade dos pares de bases GC no DNA mitocondrial é de 1,68 g/cm3 e o conteúdo é de 21%; Enquanto no DNA nuclear, essa densidade é de 1,68 g/cm3 e o conteúdo é de cerca de 40%.

Funções

O DNA mitocondrial possui pelo menos 37 genes essenciais para a função normal das mitocôndrias. Desses 37, 13, eles têm informações para produzir as enzimas envolvidas na fosforilação oxidativa.

Esses 13 genes codificam para 13 componentes polipeptídicos dos complexos enzimáticos que pertencem à cadeia transportadora de elétrons e estão localizados na membrana interna das mitocôndrias.

Apesar dos 13 polipeptídeos fornecidos pelo DNA mitocondrial para a cadeia transportadora de elétrons, é composto por mais de 100 polipeptídeos diferentes. No entanto, esses 13 componentes são essenciais para a fosforilação oxidativa e a cadeia transportadora de elétrons.

Entre os 13 polipeptídeos que são sintetizados a partir do DNA mitocondrial, as subunidades I, II e III do complexo do citocromo c oxidase e a subunidade VI das bombas Atasas incorporadas na membrana interna da organela.

As informações necessárias para a síntese do restante dos componentes que constituem mitocôndrias são codificadas por genes nucleares. Estes são sintetizados no citoplasma como o restante das proteínas celulares e depois importados para as mitocôndrias graças a sinais específicos.

Na fosforilação oxidativa, são utilizados átomos de oxigênio e açúcares, como glicose para síntese ou formação de adenosina triposfato (ATP), que são as espécies químicas usadas por todas as células como fonte de energia.

Os genes mitocondriais restantes têm as instruções para sintetizar ARNs de transferência (ARNT), Arns ribossômicos e a enzima aminoacil-arna transferase-sintetase (ARNT), necessária para a síntese de proteínas dentro das mitocôndrias.

Herança

Até relativamente pouco tempo, pensava -se que o DNA mitocondrial era transmitido exclusivamente através da herança materna, isto é, por descendência direta da mãe.

No entanto, um artigo publicado por Shiyu Luo e colaboradores na revista Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (PNAS) Em janeiro de 2019, ele descobriu que, em raras ocasiões, você pode herdar o DNA mitocondrial de ambos os pais, tanto do pai quanto da mãe.

Antes da publicação deste artigo, para os cientistas, era fato que o cromossomo e o DNA mitocondrial foram herdados intactos do pai e da mãe, respectivamente, para os filhos da prole.

A herança "intacta" do cromossomo e dos genes mitocondriais Genes.

Devido a isso, a maioria dos estudos de mobilização de populações é realizada com base nesses genes, pois, por exemplo, é simples para os genealogistas construir árvores genealógicas usando DNA mitocondrial.

Grande parte da história da humanidade foi reconstruída através da história genética do DNA mitocondrial. Até muitas casas comerciais oferecem esclarecer o vínculo familiar de cada pessoa que vive com seus ancestrais através de técnicas que estudam essas características.

Replicação

O primeiro modelo de replicação do DNA mitocondrial foi proposto em 1972 por Vinogra e colaboradores e esse modelo ainda é válido, com algumas mudanças. Em geral, o modelo é baseado em uma replicação unidirecional que começa em duas origens diferentes de replicação.

Os cientistas classificam o cromossomo mitocondrial em duas cadeias diferentes, a corrente pesada, H ou oh, de inglês "Pesado"E cadeia leve, L, Ul of English"Luz". Estes são identificados e localizados nos dois quadros de leitura abertos (Urf) No cromossomo mitocondrial.

A replicação do genoma mitocondrial começa na cadeia pesada (OH) e continua em uma direção até produzir todo o comprimento da corrente leve (OL). Posteriormente, proteínas chamadas "proteínas da união mitenária monociondrial mitocondrial" para proteger a cadeia que funciona como "parental" ou "molde".

As enzimas encarregadas da separação para que a replicação (replicossoma) ocorra passes para a banda de luz (OL) e seja formada uma estrutura de loop que bloqueia a união de proteínas da unidade monocatenária mitocondrial.

Neste loop, o RNA da polimerase mitocondrial é unido e a síntese do novo primer começa. A transição para a síntese da cadeia pesada (OH) ocorre 25 nucleotídeos posteriormente.

No momento da transição para a corrente pesada (OH), o RNA da polimerase mitocondrial é substituído pelo DNA da polimerase replicativa das mitocôndrias no final 3 ', onde a replicação inicialmente começou.

Finalmente, a síntese de ambas as cadeias, tanto do pesado (OH) quanto da luz (OL), prossegue continuamente até que duas moléculas circulares completas de DNA dinâmico (cadeia dupla) sejam formadas.

Doenças relacionadas

Existem doenças muito numerosas relacionadas a um mau funcionamento do DNA mitocondrial. A maioria ocorre devido a mutações que danificam a sequência ou informação contida no genoma.

Perda de audição relativa com maior idade

Uma das doenças mais bem estudadas que tem sido diretamente relacionada a mudanças no genoma do DNA mitocondrial é a perda de audição devido ao aumento da idade.

Esta condição é o produto de fatores genéticos, ambientais e de estilo de vida. Quando as pessoas começam a envelhecer, o DNA mitocondrial acumula mutações nocivas, como eliminação, translocações, investimentos, entre outros.

Os danos ao DNA mitocondrial são causados ​​principalmente pelo acúmulo de espécies reativas de oxigênio, estes são produtores de produção de energia nas mitocôndrias.

O DNA mitocondrial é especialmente vulnerável a danos, pois não possui um sistema de reparo. Portanto, as mudanças causadas pelas espécies reativas de dano de oxigênio do DNA mitocondrial e fazem com que a organela, causando morte celular.

As células do ouvido internas têm uma alta demanda de energia. Essa demanda os torna especialmente sensíveis a danos ao DNA mitocondrial. Esses danos podem alterar irreversivelmente a função do ouvido interno, levando a uma perda total de audição.

Câncer

O DNA mitocondrial é especialmente sensível a mutações somáticas, mutações que não são herdadas dos pais. Esses tipos de mutações ocorrem no DNA de algumas células ao longo da vida das pessoas.

Há evidências de que vincula alterações de DNA mitocondrial de mutações somáticas a certos tipos de câncer, tumores nas glândulas mamárias, no cólon, no estômago, no fígado e no rim.

As mutações de DNA mitocondrial também foram associadas a câncer de sangue, como leucemia e linfomas (câncer de células do sistema imunológico).

Os especialistas se relacionam com mutações somáticas no DNA mitocondrial com um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio, fatores que aumentam os danos ao DNA mitocondrial e criam falta de controle no crescimento celular.

Há pouco conhecimento sobre como essas mutações aumentam a divisão celular controlada pela ONU das células e como elas terminam de se desenvolver como tumores cancerígenos.

Síndrome de vômito cíclico

Alguns casos em que o vômito cíclico, típico da infância, acredita -se que esteja relacionado a mutações de DNA mitocondrial. Essas mutações causam episódios recorrentes de náusea, vômito e fadiga ou letargia.

Os cientistas associam esses episódios de vômito aos quais as mitocôndrias com o DNA mitocondrial danificado podem afetar certas células do sistema nervoso autonômico, afetando funções como freqüência cardíaca, pressão arterial e digestão.

Apesar dessas associações, ainda não se sabe de uma certa maneira como as mudanças no DNA mitocondrial causam episódios recorrentes da síndrome de vômito cíclico.

Referências

1. Clayton, d. (2003). Replicação do DNA mitocondrial: o que sabemos. Iubmb Life, 55 (4-5), 213-217.
2. McWilliams, t. G., & Suomalainen, para. (2019). Destino da mitocôndria de um pai. Nature, 565 (7739), 296-297.
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