Митохондрия

Структура

Митохондрията съдържа две мембрани. Те са изградени от двойни слоеве фосфолипиди и протеини. Двете мембрани имат различни свойства. Поради тази организация на двойните мембрани в митохондрията има пет различни отделения. Те са:

1. външната митохондриална мембрана,
2. междумембранното пространство (пространството между външната и вътрешната мембрана),
3. вътрешната митохондриална мембрана,
4. пространството на кристите (образувано от сгъвания на вътрешната мембрана) и
5. матрицата (пространството във вътрешната мембрана). Митохондриите са малки, сферични или цилиндрични органели. Обикновено една митохондрия е дълга 2,8 микрона и широка около 0,5 микрона. тя е около 150 пъти по-малка от ядрото. Във всяка клетка има около 100-150 митохондрии.

Функция

Основната роля на митохондриите в клетката е да приемат глюкоза и да използват енергията, съхранена в химичните й връзки, за да произвеждат АТФ в процес, наречен клетъчно дишане. Този процес се състои от 3 основни етапа: гликолиза, цикъл на лимонената киселина или цикъл на Кребс и синтез на АТФ. Този АТФ се освобождава от митохондрията и се разгражда от другите органели на клетката, за да захранва собствените им функции.

ДНК

Смята се, че някога митохондриите са били независими бактерии и са станали част от еукариотните клетки, като са били погълнати - процес, наречен ендосимбиоза.

По-голямата част от ДНК на клетката се намира в нейното ядро, но митохондрията има свой самостоятелен геном. Освен това неговата ДНК показва значително сходство с бактериалните геноми.

Съкращението за митохондриална ДНК е mDNA или mtDNA. И двете се използват от изследователите.

Наследяване

Митохондриите се делят чрез бинарно делене, подобно на деленето на бактериалните клетки. При едноклетъчните еукариоти деленето на митохондриите е свързано с деленето на клетките. Това делене трябва да се контролира, така че всяка дъщерна клетка да получи поне една митохондрия. При други еукариоти (например при хората) митохондриите могат да репликират своята ДНК и да се делят в отговор на енергийните нужди на клетката, а не във фаза с клетъчния цикъл.

Митохондриалните гени на индивида не се унаследяват по същия механизъм като ядрените гени. Митохондриите, а следователно и митохондриалната ДНК, обикновено идват само от яйцеклетката. Митохондриите на сперматозоида попадат в яйцеклетката, но са маркирани за последващо унищожаване. Яйчната клетка съдържа сравнително малко митохондрии, но именно те оцеляват и се делят, за да населят клетките на възрастния организъм. Следователно в повечето случаи митохондриите се унаследяват по женска линия, т.нар. майчино унаследяване. Този начин е валиден за всички животни и повечето други организми. Митохондриите обаче се унаследяват по бащина линия при някои иглолистни дървета, макар и не при боровете и тисовете.

Един митохондрион може да съдържа 2-10 копия на своята ДНК. Поради тази причина се смята, че митохондриалната ДНК се възпроизвежда чрез бинарно делене, като по този начин се получават точни копия. Въпреки това има някои доказателства, че животинските митохондрии могат да претърпят рекомбинация. Ако не се извършва рекомбинация, цялата последователност на митохондриалната ДНК представлява един хаплоиден геном, което я прави полезна за изучаване на еволюционната история на популациите.

Популационно-генетични изследвания

Почти липсващата рекомбинация в митохондриалната ДНК я прави полезна за популационната генетика и еволюционната биология. Ако цялата митохондриална ДНК се унаследява като една хаплоидна единица, връзките между митохондриалните ДНК от различни индивиди могат да се видят като генно дърво. Моделите в тези генни дървета могат да се използват за извеждане на еволюционната история на популациите. Класическият пример за това е, че молекулярният часовник може да се използва за определяне на датата на така наречената митохондриална Ева. Това често се тълкува като силна подкрепа за разпространението на съвременните хора от Африка. Друг човешки пример е секвенирането на митохондриална ДНК от кости на неандерталци. Сравнително голямата еволюционна дистанция между последователностите на митохондриалната ДНК на неандерталците и живите хора е доказателство за общата липса на кръстосване между неандерталците и анатомично съвременните хора.

Митохондриалната ДНК обаче отразява само историята на женските индивиди в дадена популация. Тя може да не отразява историята на популацията като цяло. До известна степен могат да се използват бащините генетични последователности от Y-хромозомата. В по-широк смисъл само проучвания, които включват и ядрена ДНК, могат да предоставят цялостна еволюционна история на дадена популация.

Свързани страници

• Клетъчно дишане
• Гликолиза
• Цикъл на Кребс