Mitochondria

Štruktúra

Mitochondria obsahuje dve membrány. Tie sa skladajú z fosfolipidových dvojvrstiev a bielkovín. Obe membrány majú rozdielne vlastnosti. Vzhľadom na toto dvojmembránové usporiadanie existuje v mitochondrii päť rôznych oddelení. Sú to:

1. vonkajšej mitochondriálnej membrány,
2. medzimembránový priestor (priestor medzi vonkajšou a vnútornou membránou),
3. vnútornej mitochondriálnej membrány,
4. priestor cristae (tvorený zvinutím vnútornej membrány) a
5. matrix (priestor vo vnútornej membráne). Mitochondrie sú malé, guľovité alebo valcovité organely. Vo všeobecnosti je mitochondria dlhá 2,8 mikrometra a široká približne 0,5 mikrometra. je približne 150-krát menšia ako jadro. V každej bunke sa nachádza približne 100 - 150 mitochondrií.

Funkcia

Hlavnou úlohou mitochondrie v bunke je prijímať glukózu a využívať energiu uloženú v jej chemických väzbách na výrobu ATP v procese nazývanom bunkové dýchanie. Tento proces má 3 hlavné kroky: glykolýzu, cyklus kyseliny citrónovej alebo Krebsov cyklus a syntézu ATP. Tento ATP sa uvoľňuje z mitochondrie a rozkladá sa v ostatných organelách bunky na napájanie ich vlastných funkcií.

DNA

Predpokladá sa, že mitochondrie boli kedysi nezávislé baktérie a stali sa súčasťou eukaryotických buniek pohltením, čo sa nazýva endosymbióza.

Väčšina DNA bunky sa nachádza v bunkovom jadre, ale mitochondria má svoj vlastný nezávislý genóm. Aj jeho DNA vykazuje značnú podobnosť s bakteriálnymi genómami.

Skratka pre mitochondriálnu DNA je mDNA alebo mtDNA. Výskumníci používajú obidva spôsoby.

Dedičnosť

Mitochondrie sa delia binárnym delením podobne ako bakteriálne bunky. U jednobunkových eukaryotov je delenie mitochondrií spojené s delením buniek. Toto delenie musí byť riadené tak, aby každá dcérska bunka dostala aspoň jednu mitochondriu. V iných eukaryotoch (napríklad v človeku) môžu mitochondrie replikovať svoju DNA a deliť sa v závislosti od energetických potrieb bunky, a nie vo fáze bunkového cyklu.

Mitochondriálne gény jedinca sa nededia rovnakým mechanizmom ako jadrové gény. Mitochondrie, a teda aj mitochondriálna DNA, zvyčajne pochádzajú len z vajíčka. Mitochondrie spermie sa dostanú do vajíčka, ale sú označené na neskoršie zničenie. Vajíčková bunka obsahuje relatívne málo mitochondrií, ale práve tieto mitochondrie prežijú a delením osídlia bunky dospelého organizmu. Mitochondrie sa preto vo väčšine prípadov dedia po ženskej línii, čo je známe ako maternálna dedičnosť. Tento spôsob platí pre všetky živočíchy a väčšinu ostatných organizmov. Mitochondrie sa však dedia otcovským spôsobom u niektorých ihličnanov, nie však u borovíc alebo tisov.

Jeden mitochondrión môže obsahovať 2-10 kópií DNA. Z tohto dôvodu sa predpokladá, že mitochondriálna DNA sa rozmnožuje binárnym delením, čím vznikajú presné kópie. Existujú však určité dôkazy, že živočíšne mitochondrie môžu podliehať rekombinácii. Ak k rekombinácii nedochádza, celá sekvencia mitochondriálnej DNA predstavuje jeden haploidný genóm, čo ju robí užitočnou na štúdium evolučnej histórie populácií.

Populačné genetické štúdie

Vďaka takmer úplnej absencii rekombinácie v mitochondriálnej DNA je užitočná pre populačnú genetiku a evolučnú biológiu. Ak sa celá mitochondriálna DNA dedí ako jediná haploidná jednotka, vzťahy medzi mitochondriálnou DNA rôznych jedincov možno vidieť ako génový strom. Vzorce v týchto génových stromoch možno použiť na odvodenie evolučnej histórie populácií. Klasickým príkladom sú molekulárne hodiny, ktoré možno použiť na určenie dátumu tzv. mitochondriálnej Evy. To sa často interpretuje ako silná podpora rozšírenia moderných ľudí z Afriky. Ďalším príkladom pre človeka je sekvenovanie mitochondriálnej DNA z kostí neandertálcov. Pomerne veľká evolučná vzdialenosť medzi sekvenciami mitochondriálnej DNA neandertálcov a žijúcich ľudí je dôkazom všeobecného nedostatku kríženia medzi neandertálcami a anatomicky modernými ľuďmi.

Mitochondriálna DNA však odráža len históriu samíc v populácii. Nemusí odrážať históriu celej populácie. Do určitej miery možno použiť otcovské genetické sekvencie z chromozómu Y. V širšom zmysle môžu komplexnú evolučnú históriu populácie poskytnúť len štúdie, ktoré zahŕňajú aj jadrovú DNA.

Súvisiace stránky

• Bunkové dýchanie
• Glykolýza
• Krebsov cyklus