Митохондрия

Структура

Митохондрия содержит две мембраны. Они состоят из двойного слоя фосфолипидов и белков. Обе мембраны обладают разными свойствами. Благодаря такой двухмембранной организации в митохондрии существует пять отдельных отсеков. К ним относятся:

1. внешняя митохондриальная мембрана,
2. межмембранное пространство (пространство между внешней и внутренней мембранами),
3. внутренней митохондриальной мембраны,
4. пространство крист (образованное складками внутренней мембраны), и
5. матрикс (пространство внутри внутренней мембраны). Митохондрии - это маленькие, сферические или цилиндрические органеллы. Обычно митохондрия имеет длину 2,8 мкм и ширину около 0,5 мкм. Она примерно в 150 раз меньше ядра. В каждой клетке имеется около 100-150 митохондрий.

Функция

Основная роль митохондрий в клетке заключается в том, чтобы принимать глюкозу и использовать энергию, запасенную в ее химических связях, для производства АТФ в процессе, называемом клеточным дыханием. В этом процессе есть 3 основных этапа: гликолиз, цикл лимонной кислоты или цикл Кребса и синтез АТФ. АТФ высвобождается из митохондрий и расщепляется другими органеллами клетки для обеспечения их собственных функций.

ДНК

Считается, что митохондрии когда-то были самостоятельными бактериями и стали частью эукариотических клеток, будучи поглощенными, - этот процесс называется эндосимбиозом.

Большая часть ДНК клетки находится в клеточном ядре, но митохондрия имеет свой собственный независимый геном. Кроме того, ее ДНК имеет значительное сходство с геномами бактерий.

Сокращение для митохондриальной ДНК - мДНК или мтДНК. Оба термина используются исследователями.

Наследование

Митохондрии делятся путем бинарного деления, аналогично делению бактериальных клеток. У одноклеточных эукариот деление митохондрий связано с делением клетки. Это деление должно контролироваться таким образом, чтобы каждая дочерняя клетка получала хотя бы одну митохондрию. У других эукариот (например, у человека) митохондрии могут реплицировать свою ДНК и делиться в ответ на энергетические потребности клетки, а не в фазе с клеточным циклом.

Митохондриальные гены индивидуума не наследуются по тому же механизму, что и ядерные гены. Митохондрии, а значит и митохондриальная ДНК, обычно поступают только из яйцеклетки. Митохондрии сперматозоида попадают в яйцеклетку, но помечаются для последующего разрушения. Яйцевая клетка содержит относительно мало митохондрий, но именно эти митохондрии выживают и делятся, чтобы населить клетки взрослого организма. Поэтому митохондрии в большинстве случаев наследуются по женской линии, что известно как материнское наследование. Этот способ верен для всех животных и большинства других организмов. Однако митохондрии наследуются по отцовской линии у некоторых хвойных деревьев, хотя и не у сосен и тисов.

Одна митохондрия может содержать 2-10 копий своей ДНК. По этой причине считается, что митохондриальная ДНК размножается путем бинарного деления, создавая точные копии. Однако есть некоторые доказательства того, что митохондрии животных могут подвергаться рекомбинации. Если рекомбинация не происходит, то вся последовательность митохондриальной ДНК представляет собой единый гаплоидный геном, что делает ее полезной для изучения эволюционной истории популяций.

Популяционно-генетические исследования

Почти полное отсутствие рекомбинации в митохондриальной ДНК делает ее полезной для популяционной генетики и эволюционной биологии. Если вся митохондриальная ДНК наследуется как единая гаплоидная единица, то связи между митохондриальными ДНК разных особей можно представить в виде генного дерева. Паттерны в этих генных деревьях могут быть использованы для вывода об эволюционной истории популяций. Классическим примером этого является использование молекулярных часов для определения даты появления так называемой митохондриальной Евы. Это часто интерпретируется как убедительная поддержка распространения современных людей из Африки. Другой пример с человеком - секвенирование митохондриальной ДНК из костей неандертальцев. Относительно большое эволюционное расстояние между последовательностями митохондриальной ДНК неандертальцев и живых людей свидетельствует об общем отсутствии скрещивания между неандертальцами и анатомически современными людьми.

Однако митохондриальная ДНК отражает только историю самок в популяции. Она может не отражать историю популяции в целом. В некоторой степени можно использовать отцовские генетические последовательности Y-хромосомы. В более широком смысле, только исследования, включающие также ядерную ДНК, могут дать полную эволюционную историю популяции.

Похожие страницы

• Клеточное дыхание
• Гликолиз
• цикл Кребса