Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Зачем митохондриям собственные гены

29.08.2012 Наука и жизнь

Гены, оставшиеся на протяжении эволюции в «энергетических станциях клетки», оказывают помощь избежать неприятностей в управлении: в случае если в митохондрии что-то сломается, она может починить это сама, не ждя разрешения из «центра».

Отечественные клетки возьмут энергию посредством особенных органелл, именуемых митохондриями, которых довольно часто так и именуют энергетическими станциями клетки. Снаружи они выглядят как цистерны с двойной стенкой, причём внутренняя стена весьма неровная, с бессчётными сильными впячиваниями.

Клетка с ядром (окрашено синим) и митохондриями (окрашены красным). (Фото NICHD / Flickr.com.) Митохондрии в разрезе, выросты внутренней мембраны видны как продольные внутренние полосы. (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)‹ ›

В митохондриях происходит огромное количество химических реакций, на протяжении которых «пищевые» молекулы неспешно окисляются и распадаются, а энергия их химических связей запасается в удобной для клетки форме. Но, помимо этого, у этих «энергетических станций» имеется собственная ДНК с генами, которую обслуживают личные молекулярные автомобили, снабжающие синтез РНК с последующим синтезом белка.Зачем митохондриям собственные гены

Считается, что митохондрии в весьма далёком прошлом были независимыми бактериями, которых ели какие-то другие одноклеточные существа (вполне возможно, археи). Но в один раз «хищники» внезапно прекратили переваривать проглоченных протомитохондрий, удерживая их в себя. Началось продолжительное притирание симбионтов друг к другу; в итоге те, кого проглотили, очень сильно упростились в стали и строении внутриклеточными органеллами, а их «хозяева» взяли возможность за счёт более действенной энергетики развиваться дальше, во всё более и более непростые формы судьбы, впредь до животных и растений.

О том, что митохондрии когда-то были независимыми, говорят остатки их генетического аппарата. Очевидно, в случае если живёшь в на всём готовом, необходимость содержать личные гены исчезает: ДНК современных митохондрий в людских клетках содержит всего 37 генов – против 20-25 тысяч тех, что находятся в ядерной ДНК.

Многие из митохондриальных генов за миллионы лет эволюции перебрались в клеточное ядро: белки, каковые они кодируют, синтезируются в цитоплазме, а позже транспортируются в митохондрии. Однако тут же появляется вопрос: а из-за чего 37 генов всё-таки остались в том месте, где были?

Митохондрии, повторим, имеется у всех эукариотических организмов, другими словами и у животных, и у растений, и у грибов, и у несложных. Иан Джонстон (Iain Johnston) из Бирмингемского университета и Бен Уильямс (Ben P. Williams) из Университета Уайтхеда проанализировали более 2 000 митохондриальных геномов, забранных у разных эукариот. Посредством особенной математической модели исследователи смогли осознать, какие конкретно из генов на протяжении эволюции были более склонны оставаться в митохондриях.

Мы знаем, что центральная роль в добыче энергии в собственности группе белков, входящих в так именуемую электронтранспортную цепь: будучи встроены во внутреннюю стенку-мембрану митохондрий, они переносят друг от друга электроны, оторванные от окисляемой «пищевой» молекулы, для того, чтобы в итоге дать их кислороду. В подробности работы этого комплекса мы вдаваться не будем, скажем только, что тут имеется белки, делающие на протяжении электронного переноса главные операции, и имеется те, каковые находятся как бы на периферии процесса. И вот, как выяснилось, гены, кодирующие главные белки, с громаднейшей возможностью на протяжении эволюции остаются в митохондриях; менее же главные довольно часто отправляются в ядерный геном.

Но само по себе слово «главные» ничего (и, добавим, ни при каких обстоятельствах) не растолковывает. Из-за чего как раз такие белки должны синтезироваться, так сообщить, по месту собственной работы? В статье в Cell Systems авторы приводят пара объяснений.

Во-первых, белки, каковые сидят в мембранах, владеют некоторыми физико-химическими изюминками: одна часть их молекулы гидрофильная, другими словами легко взаимодействующая с водой, вторая же – гидрофобная.

Частичная гидрофобность нужна чтобы белок смог сидеть в мембране, а клеточная мембрана – это двойной слой липидов, и в нём может закрепиться лишь такая молекула, которая не будет «обожать» воду, но будет «обожать» жир, липиды, масло. Попадая в водную среду, гидрофобные белки ищут возможности спрятаться от воды, другими словами ищут таких же, как они, гидрофобов – ясно, что их молекулы начинают слипаться между собой.

Клетка может обращаться с этими белками, но всё равняется – в случае если их синтезировать в одном месте, а позже везти к митохондриям, велик риск того, что «груз» слипнется в комок так, что не разлепишь. Несложнее собирать их прямо в митохондриях.

Во-вторых, как мы знаем, что митохондрии – место достаточно страшное с химической точки зрения. Митохондрии трудятся с кислородом, в качестве побочных продуктов получаются кислородные радикалы повышенной агрессивности, каковые легко смогут сломать биологические макромолекулы, как белки, так и ДНК. Но ДНК в зависимости от нуклеотидного состава возможно как менее, так и более устойчива к повреждениям.

И вот гены, чья последовательность была очень чувствительна к агрессивной среде в митохондриях, были вынуждены уйти в ядро.

В-третьих, из-за тех же непростых условий, о которых мы только что сообщили, протеиновые комплексы электронтранспортной цепи довольно часто ломаются. Митохондрий же в клетке большое количество. Если бы информация о митохондриальных белках заключалась в ядре, то клетка не имела возможности бы скоро реагировать на то, что кое-какие из «энергетических станций» вышли из строя.

То, что кое-какие гены остались в самих митохондриях, разрешает устранить поломку – либо активность органеллы – не ждя «санкции центра». Иными словами, за счёт частичного генетического самоуправления митохондрий клетка избегает управленческих неприятностей.

Но не обращая внимания на то, что митохондриальные гены остались в том месте, где остались, они смогут оказывать влияние на гены ядра: некое время назад сотрудники Массачусетского технологического университета поняли, что гены митохондрий способны маскировать эффекты от мутаций, попавших в хромосомные гены.

 Само собой разумеется, было бы необычно, если бы митохондрии, проэволюционировав так продолжительно вместе с клетками-хозяевами, не обучились хоть как-то оказывать влияние на молекулярно-генетические процессы в ядре. В случае если учесть, как много всего в жизни любого эукариотического организма зависит от пресловутых «энергетических станций» (а мутации в митохондриальной ДНК чреваты серьёзными болезнями, не говоря уже об окислительном стрессе, неиссякающим источником которого являются митохондрии), то разумеется, что митохондриальные и хромосомные гены легко таки должны всё время общаться между собой, не обращая внимания на расстояния, их разделяющие.

По данным Science.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

Генетика 101, часть 1: Что такое гены?


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , ,