میتوکندری

میتوکندری

ميتوكندري واجد يك غشاي بيروني و يك غشاي داخلي است كه دو فضاي داخلي را ايجاد مي‌كنند: ماتريكس داخلي و فضاي بين دو غشا كه بسيار باريك است. غشاي داخلي چين‌خورده و تعداد زيادي كريستا ايجاد مي‌كند كه كل سطح آنرا بمقدار زيادي افزايش مي‌دهد. سطح وسيع غشاي داخلي، آنزيم‌هاي دستگاه مولد انرژي ميتوكندريايي (زنجيره تنفسي) را در خود جاي داده است. ماتريكس ميتوكندريواجد نسخه‌هاي يكسان متعددي از ژنوم ميتوكندري، ريبوزوم‌هاي ويژه ميتوكندري (ميتوريبوزوم)، tRNAها و آنزيم‌هاي متنوعي است كه براي بيان ژنهاي ميتوكندري مورد نيازند

ميتوكندري ساختار سلولي

ژنوم ميتوكندري انسان:

 حضور DNA در ميتوكندريدر سال 1963 و با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني مشخص شده است. DNA ميتوكندريايي انسان يك ملكول مدور بسته دو رشته‌اي با 16569 جفت نوكلئوتيد است. دو رشته mtDNA كه به رشته‌هاي H (سنگين) و L (سبك) معروفند، يك عدم تقارن غير معمول در تركيب بازهايشان دارند. زنجيره H غني از پورين است در حاليكه زنجيره L غني از پيريميدين مي‌باشد. سبك و سنگين به تحرك متفاوت رشته‌ها در گراديانهاي سزيم كلرايد قليايي اطلاق مي‌شود. mtDNA انسان يكي از متراكم‌ترين و فشرده‌ترين بخش‌هاي اطلاعات ژنتيكي است. در mtDNA، اينترون وجود ندارد و حتي بعضي از ژنهاي آن هم‌پوشاني دارند. DNA ميتوكندريايي انسان واجد ژنهايي براي سيزده پروتئين (كه همگي زير واحدهاي كمپلكس‌هاي آنزيمي زنجيره تنفسي هستند)، 22 tRNA و دو rRNA است. پلي‌پپتيدهايي كه توسط mtDNA كد مي‌شوند عبارتند از: هفت زير واحد از 42 زير واحد تشكيل‌دهنده كمپلكس I كه عبارتند از: ND5, ND4 , ND3, ND¬2, ND1وND6 يك زيرواحد از يازده زير واحد تشكيل دهنده كمپلكس III كه همان cyt b است؛ سه زير واحد از 13 زير واحد كمپلكس IV كه عبارتند از: COI (سيتوكروم c اكسيداز)، و COII ؛ دو زير واحد از 16 زيرواحد كمپلكس V كه عبارتند از: ATPase6 و ATPase8. ساير زيرواحدهاي پروتئيني كمپلكس‌هاي زنجيره تنفسي و نيز ديگر پروتئين‌هاي ميتوكندري، توسط ژنوم هسته كد شده و سپس به ميتوكندري منتقل مي‌شوند (حدود 1000 پلي‌پپتيد). هر ميتوكندري واجد 10-2 كپي از DNA ميتوكندري است. ميتوكندريها از اين نظر كه تحت كنترل دو سيستم ژنتيكي DNA هسته و DNA ميتوكندري هستند، در بين ارگانل‌هاي سلولي منحصر بفردند. توالي نوكلئوتيدي mtDNA ، 6 تا 17 برابر سريعتر از توالي‌هاي ژني DNA هسته‌اي باز مي‌شوند؛ دلايل متعددي در اين مورد ارائه شده است: ميتوكندريها فاقد سيستم‌هاي ترميمي DNA موجود در هسته هستند كه اين امر موجب كارآيي كم ميتوكندريها در ترميم آسيب DNA مي‌شود؛ هيستونها در ميتوكندري وجود ندارند؛ ميتوكندريها بيش از 90% اكسيژني را كه به سلول وارد مي‌شود، مصرف مي‌كنند و بنابراين راديكالهاي آزاد اكسيژن ترجيحاً موجب آسيب DNA ميتوكندري مي‌شوند. ميزان بالاي جهش در mtDNA، موجب ايجاد RFLPهاي متعدد، واريانت‌هاي نوكلئوتيدي ناحيه كد كننده و ناحيه كنترل كننده، واريانت‌هاي كنفورماسيوني و واريانت‌هاي طولي مي‌شود. واريانت‌هاي پلي‌مورفيك با ريشه قوميتي و جغرافيايي نمونه‌ها مرتبطند. اين مساله احتمالاً به اين دليل است كه جهش‌هاي mtDNA در جريان پراكنده شدن اجداد مادري، هنگامي كه زنان به بيرون از آفريقا و به اقليم‌ها و قاره‌هاي مختلف مهاجرت كردند، انباشته شده‌اند 

 

ميتوكندريها نيمه خودمختار هستند: 

از آنجائيكه ميتوكندريها قادر به همانندسازي ژنوم خود بوده و سيستم‌هاي همانندسازي، رونويسي و ترجمه مربوط به خود را دارا هستند؛ لذا آنها در داخل سيتوپلاسم سلول انسان مثل ارگانيسم‌هاي نيمه مستقل عمل مي‌كنند

ميتوكندريها وراثت مادري دارند:

 وراثت mtDNA متفاوت از وراثت هندسي ژنهاي هسته‌اي بوده و در انسان كاملاً مادري است. انتقال پدري mtDNA در مردان، حتي با استفاده از متود ICSI (تزريق داخل سيتوپلاسمي اسپرم)، نيز نشان داده نشده است. اين مساله تا حدود زيادي ناشي از اين حقيقت است كه تخم پستاندار واجد حدود يكصد هزار ميتوكندري و mtDNA است، در حاليكه اسپرم واجد حدود يكصد mtDNA است. mtDNAهاي اسپرم در هنگام باروري به زايگوت داده مي‌شود؛ كه در پيوندهاي بين گونه‌اي خاص باقي مي‌ماند. با اين حال در پيوندهاي درون گونه‌اي ميتوكندريهاي اسپرم بطور انتخابي حذف مي‌شوند. اين حذف با اين كشف كه ميتوكندريهاي اسپرم بايوبيكوئيتين نشاندار مي‌شوند، مرتبط است. احتمالاً يوبيكوئيتين ميتوكندريهاي اسپرم را نشانه‌گذاري مي‌كند تا هنگام ورود به اووسيت تجزيه شوند 

هنزوپلاسمي و تفكيك رپليكاتيو:

 موقعي كه يك جهش در mtDNA سلول رخ دهد، جمعيت مخلوطي از ملكولهاي نرمال و موتانت در داخل سلول بوجود مي‌آيد كه اين پديده را هتروپلاسمي مي‌گويند. اينكه در موقع تقسيم سلول mtDNA موتانت به كدام سلول دختر منتقل شود، شانسي است. بنابراين درصد mtDNA جهش يافته در رده‌هاي سلولي مختلف مي‌تواند به طرف موتانت خالص يا نرمال خالص (هموپلاسمي) پيش رود. اين فرايند به تفكيك رپليكاتيو معروف است. مادران با mtDNA هتروپلاسميك نسبتهاي متفاوتي از mtDNA نرمال و جهش يافته را به فرزندان منتقل مي‌كنند. در اغلب اختلالات ميتوكندريايي ناشي از موتاسيونهاي نقطه‌اي و حذفي، مخلوطي از mtDNA وحشي و موتانت يافت مي‌شود.در هيبريدهاي سلولي سوماتيك بين رده هاي سلولهاي انساني ترانس فورمه، جهت تفكيك ظاهراً تصادفي است. با اين حال اگر هيبريداسيون بين سلولهاي هلا و فيبروبلاست‌هاي ديپلوئيد و يا بين سلولهاي هلا و رده‌هاي سلولي لنفوبلاستي باشد، mtDNAهاي هلا ترجيحاً از دست مي‌روند كه علت اين تفكيك رپليكاتيو جهت‌دار، مشخص نيست. ممكن است اين مساله از نظر كلينيكي مهم باشد چرا كه گزارش شده است كه در سلولهاي واجد موتاسيون tRNA بيماريزاي MELAS 3243 G ، mtDNAهاي وحشي بطور انتخابي از بين مي‌روند و mtDNAهاي جهش يافته ترجيحاً باقي مي‌مانند. به هر حال قوانين تعيين كننده اين تفكيك جهت‌دار mtDNA و فاكتورهاي موثر در آن هنوز شناخته نشده‌اند

نوتركيبي mtDNA : 

از سالها قبل شواهدي مبني بر اينكه مخلوط شدن mtDNA در داخل سلولهاي سوماتيك ممكن است نوتركيبي ايجاد كند، وجود داشته است. هر چند تعداد دفعات نوتركيبي در سلولهاي كشت شده پستانداران كم است، اما نوتركيبي‌هاي درون ملكولي ممكن است مكرراً رخ دهند . اگر يك mtDNA واجد حذف به سلول زاياي موش ماده وارد شود، منجر به ايجاد استريني از موش مي‌شود كه در آن فرزندان واجد mtDNAهاي نرمال و واجد حذف هستند. ملكولهاي دوپليكيت نيز افزايش مي‌يابند كه به نظر مي‌رسد از تركيب ملكولهاي نرمال و واجد حذف بوجود آمده باشند. با اين حال هيچ مشاهده‌اي مبني بر وجود نوتركيبي در بين رده‌هاي مختلف mtDNA انساني وجود ندارد. بنابراين احتمالاً در بين رده‌هاي mtDNA انساني، نوتركيبي رخ نمي‌دهد. شايد علت اين مساله حذف ميتوكندريها و mtDNAهاي اسپرم توسط اووسيت از طريق تجزيه با واسطه يوبيكوئيتين باشد. در نتيجه رده‌هاي مختلف mtDNA انساني، از نظر فيزيكي جدانگه داشته مي‌شوند و هرگز از نظر فيزيكي آنقدر با هم تماس ندارند كه منجر به نو تركيبي شود

دانلود تحقیق میتوکندری