Митохондриальный геном, обзор

Митохондриальный геном, обзор.

Митохондриальный геном - это сумма генов, необходимых для сборки митохондрии. Эти гены распределяются между молекулой ДНК, расположенной в митохондрии, митохондриальной ДНК (мтДНК), и ядерной ДНК (нДНК). Принимая во внимание, что гены, кодируемые мтДНК, различаются у разных видов, по существу, все мтДНК кодируют три или более важных белка митохондриального энергетического процесса окислительного фосфорилирования (OXPHOS), а также малые и большие рибосомные РНК (рРНК) для специфичных митохондриальных рибосом. Остальные гены, необходимые для сборки митохондрии, находятся в нДНК.

Структура, биология и происхождение

Митохондрии присутствуют практически во всех эукариотических клетках (клетках с ядром), и каждая эукариотическая клетка содержит несколько митохондрий, которые генерируют большую часть клеточной энергии путем окислительного фосфорилирования (OXPHOS). Митохондрии стали компонентом эукариотической клетки около 2 миллиардов лет назад благодаря симбиотической ассоциации между подвижной ядросодержащей клеткой и a-протеобактерией, риккетсией, похожей на окислительную бактерию. Поскольку митохондрия была бактериальной клеткой, она имела (и все еще сохраняет) полную систему хранения и поиска информации, основанную на мтДНК. МтДНК реплицируется в митохондриях и транскрибируется в структурные РНК (рРНК и тРНК) и мессенджер РНК (мРНК), а мРНК транслируются в белки на чувствительных к хлорамфениколу (CAP) митохондриальных рибосомах.

Хотя фактические физиологические взаимодействия, которые стабилизировали исходный симбиоз неизвестны, один из сценариев заключается в том, что протомитохондрия, которая несла митохондриальный антиоксидантный фермент супероксиддисмутазу марганца (MnSOD), обеспечивала защиту клетки-хозяина от возрастающей токсичности глобального атмосферного кислорода, который генерировался цианобактериями во время фотосинтеза. Позже, клетка-хозяин изобрела транслокатор аденинуклеотида (АДФ / АТФ) (АНТ), что позволило ей извлечь АТФ из митохондрии в обмен на отработанный цитозольный АДФ. Это установило энергетическую взаимосвязь между хозяином и симбионтом, которая все еще существует сегодня.

По мере развития симбиотических отношений большинство исходных генов бактериального генома были либо потеряны, либо перенесены в нДНК, где они были разбросаны по различным хромосомам. Хромосомные митохондриальные гены теперь транскрибируются с использованием ядерной РНК-полимеразы; затем мРНК транслируются на цитозольных рибосомах 80S. Получающиеся белки, предназначенные для митохондрий, содержат специфические аминоконцевые или внутренние митохондриально-нацеленные последовательности, позволяя им связываться с митохондрией и проходить через внешние и внутренние мембраны митохондрий посредством транспорта через внешнюю (TOM) и транспорта через внутреннюю (TIM) комплексы. Эти митохондриальные белки сначала взаимодействуют с белком сердечного шока 70 кДа (HSP) и митохондриальным фактором, стимулирующим импорт (MSF); затем они связываются с одним из двух рецепторов (Tom20 + Tom22 или Tom37 + Tom70). Эти рецепторы взаимодействуют с общей порами вставки комплекса TOM, состоящего из полипептидов Tom40, 22, 5, 6 и 7. Те полипептиды, которые нацелены на матрицу, затем взаимодействуют с комплексом TIM, состоящим из полипептидов Tim33, 23, 17 и 11. Поскольку полипептид проходит через внутреннюю мембрану, он взаимодействует с Tim44 и митохондриальным HSP70; аминоконцевой пептид отщепляется митохондриальной процессинг-пептидазой и, в некоторых случаях, митохондриальной промежуточной пептидазой. Напротив, гидрофобные митохондриальные белки-носители, предназначенные для вставки во внутреннюю мембрану митохондрий, образуют комплекс в межмембранном пространстве с помощью полипептидных комплексов Tim9,10 или Tim8,9,13. Эти белки затем доставляются во внутреннюю мембрану с помощью комплекса TIM 300 кДа, состоящего из белков Tim54, 22, 12, 10 и 9.