17 декември 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Защо митохондриите си имат собствена ДНК?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 20 февруари 2016 в 10:59191730

Това е една от големите мистерии на клетъчната биология. Защо митохондрията - структура с овална форма, която захранва нашите клетки - имат своя собствена ДНК и защо са я запазили при условие, че самата клетка има достатъчно свой генетичен материал? Ново изследване може би дава отговор на този въпрос.

Учените смятат, че митохондриите едно време са били независими едноклетъчни организми, докато, преди повече от 1 млрд години, те са били погълнати от по-голяма клетка. Вместо да бъдат разградени, те се нанесли и изградили взаимно изгодни взаимотношения с клетката гостоприемник, което в крайна сметка позволило развитието на по-сложни форми живот, като днешните растения и животни. Това е т.нар. ендосимбиотна теория, която е общоприетото схващане за възникването на митохондриите.

С времето, митохондриалният геном е намалял значително. Ядрото сега съхранява по-голямата част от генетичния материал в клетката - включително гени, които подпомагат функцията на митрохондриите. При хората, например, митохондриалният геном съдържа само 37 гена, в сравнение с над 20 000 в ядрото. С течение на времето, повечето митохондриални гени са се прехвърлили в ядрото. Но ако тези гени са толкова мобилни, защо митохондриите изобщо са запазили някакви гени, особено като се има предвид, че мутациите в някои от тези гени могат да предизвикат редки, но силно инвалидизиращи заболявания, които прогресивно разрушават мозъка, черния дроб, сърцето и други важни органи при тези пациенти.

Някои от типичните симптоми при заболявания свръзани с неправилно функциониране на митохондриите

Учените имат различни теории, но до този етап не е имало достатъчно солидни данни в подкрепа на която и да е от тях.

Затова Иън Джонсън (Iain Johnston), биолог от Университета на Бирмингам във Великобритания и биологът Бен Уилиамс (Ben Williams) от Института за биологични изследвания Уайтхед в Кембридж, щата Масачузетс изработили компютърен модел на проблема, като за пръв път са сравнили математически различните хипотези. Те анализирали повече от 2000 различни митохондриални генома от животни, растения, гъби и протисти (напр. амеби). Те проследили еволюционния път, като създали алгоритъп, който да изчислява вероятността различните гени и комбинации от гени да се загубят в определен момент във времето.

"Един от иновативните аспекти на това изследване е, че то използва моделиране, което обикновено не се прилага при този тип изследвания," коментира Кейт Адамс (Keith Adams), биолог към Университета на Британска Колумбия, във Ванкувър, Канада, която не е участвала в изследването.

Устройство на митохондриите, енергийните реактори в клетката, на илюстрация (от ляво) и на електронно-микроскопска снимка (от дясно). Митохондриалната ДНК се разполага във вътрешността на митохондрия, т. нар. матрикс.

Митохондриите са органели отграничени с двойна мембрана от останалото клетъчно съдържимо, цитоплазмата. Те произвеждат енергия посредством серия от химичния реакции, които предават електрони по мембраната на този органел (т.нар. електрон-транспортни вериги). Ключова роля при този процес играят серия от протеинови комплекси - големи протеинови "топки" вградени във вътрешната мембрана на митохондриите. Всичките останали митохондриални гени по някакъв начин подпомагат процеса на генериране на енергия. Но учените открили, че даден ген е по-вероятно да се запази ако отговаря за протеин, който участва в изграждането или функционирането на някой от тези комплекси. Междувременно, гените отговорни за по-периферни функции при производството на енергия били много по-вероятни да се аутсорснат към ядрото, докладват учените в научното списание Cell Systems.

"Запазването на тези гени локално в митохондиите дава на клетката възможност за индивидуален контрол над тях," твърди Джонсън, тъй като основните протеини се произвеждат в самите митохондрии. Този локален контрол означава, че клетката може по-бързо и ефективно да регулира моментното ниво на генериране на енергия от всяка отделна митохонодрия, вместо да се налага да прави резки промени в стотиците или дори хиляди митохондрии, които съдържа. Например, повредена митохондрия може да се отстрани индивидуално вместо да се задейства целоклетъчен отговор, който може лесно да наруши финия баланс в клетката.

Според Джон Алън (John Allen), биолог от University College в Лондон, който не е участвал в изследването, това наподобява реакцията при пожар. Ако дадена стая от голяма сграда избухне в пламъци, няма да хванем да звъним на мениджъра на сградата, за да му искаме разрешение да ги потушим - просто ще грабнем пожарогасителя и ще действаме.

Оцветена снимка на митохондрии, направена на сканиращ електрнен микроскоп.

"Смятам че това е много фундаментален контролен механизъм," коментира Алън. При неговите собствени изследвания, той установил, че продукцията на определени митохондриални протеини точно там, където има нужда от тях помага на клетката по-лесно да регулира енергийния си метаболизъм. Други структури в клетките ни може също да имат полза от този тип локален контрол. Но митохондриите, които са представлявали самостоятелни клетки, са уникални със своя собствен команден център.

Моделът на Джонсън и Уилиамс показва и други фактори, които може също да са важни. Например, гените, които кодират хидрофобни митохондриални протеини, т.е. такива, които отблъскват водата, е по-вероятно да се произвеждат в митохондриите. Ако тези протеини се произвеждат другаде в клетката, понякога те може да се загубят при транспортирането и затова може да е по-ефективно да се произвеждат в самия митохондрий. 

Джонсън смята, че компютърната програма, която са разработили заедно с Уилиамс е подходяща не само за изследване на митохондриалните геноми. Алгоритъмът може да анализира всеки проблем, при който индивидуални белези се губят или получават с течение на времето, независимо дали става дума за гени или симптоми на заболяване. Той се надява моделът да бъде полезен при бъдещи прогнози, като например изследването на механизмите на прогресия на дадено заболяване. 

Източник: Science Magazine


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
Хроника на гладния бунт
26 август 2018 в 00:01
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.