Митохондрии и ДНК: риск мутаций, выработка энергии и хранение генов

Генетика является одной из важных дисциплин, составляющей частью как биологических, так и медицинских наук. На генетических исследованиях построены многие работы в обеих этих сферах, пишутся и защищаются курсовые, дипломные, кандидатские и докторские. Заказать работу по медицине, биологии и другим направлениям можно здесь, на сайте центра помощи студентам "Академик".

 

Митохондрии и ДНК: риск мутаций, выработка энергии и хранение генов

 

Ниже мы остановимася на основных составляющих генетики - генах и ДНК, а также на риске мутаций митохондриальной ДНК (мДНК). Рассмотрим митохондрии, как основные органеллы клетки животных и человека, отвечающие за выработку энергии и частичное хранение генетической информации.

 

Хромосомы ядра, за исключением Y-хромосомы, приходят к нам в виде смеси материнских и отцовских генов. Это значит, что в среднем наши ядерные гены существовали половину времени с нашими предками по женской линии и половину - с предками по мужской; половину времени они провели в дремотном уюте яичника, а половину - в лихорадочной и суетливой атмосфере семенника. Наши митохондрии оказались в самых тепличных условиях: они всю свою жизнь проводят по женскому типу. Притом что в каждом поколении их ДНК претерпевает всего две дюжины делений, риск мутаций в них сведен к минимуму.

 

Митохондрии и ДНК: риск мутаций, выработка энергии и хранение генов

Схема митохондриального генома человека

 

Но риск для ДНК таится не только в делениях клетки. Митохондрии сами по себе - очень опасное место для ДНК. Ведь это миниатюрные клеточные станции по выработке энергии. Они используют в качестве топлива вещества, поступающие в организм с пищей, соединяют их с растворенным кислородом и производят высокоэнергетический продукт - молекулы аденозинтрифосфата (сокращенно АТФ). Митохондрии, собственно говоря, это то место, где сгорает наша пища. Молекулы АТФ из митохондрий расходятся к другим частям клетки, которым нужна энергия; достигая места назначения, они разряжаются, как батарейки, а потом вновь отправляются в митохондрии на подзарядку. В огненной митохондриальной ДНК образуются побочные продукты - свободные радикалы, среди которых выделяются отрицательно заряженные ионы пероксида. Свободные радикалы губят ДНК, не только впрямую разрушая, но и вынуждая делать больше ошибок в процессе копирования. В присутствии свободных радикалов уровень мутаций ДНК сразу подскакивает.

 

Может показаться, что над митохондриальной ДНК нависла серьезная угроза - это действительно так. Разумеется, когда горячий цех трудится на полную мощь, поглощая кислород, перезаряжая молекулы АТФ и выбрасывая свободные радикалы, митохондриальная ДНК подвергается опасности. Но это не та мДНК, которая будет передана следующим поколениям. Недавно проведенные исследования показали, что в митохондриях предшественников женских половых клеток (а именно эти клетки-предшественники - хранилища мДНК для будущих поколений) горячее производство остановлено.

 

Эти клетки получают АТФ, обходясь без кислорода, они для этой цели преобразуют молекулы глюкозы в молочную кислоту, так что разжигать митохондриальные топки не приходится. С энергетической точки зрения это невыгодно, зато жизненно важный груз мДНК защищен от повреждения свободными радикалами. Потрясающий, блестящий маневр митохондрии по спасению мДНК от самой себя. Кстати, гены ядра тоже испытывают на себе действие свободных радикалов: выбираясь из пышущих жаром митохондрий, те атакуют и ДНК ядерных хромосом. В предшественниках женских половых клеток, где не действует горячее производство, хромосомы ядра этих клеток тоже пользуются этим преимуществом.