Разница между митохондриальной ДНК и ядерной ДНК

Разница между митохондриальной ДНК и ядерной ДНК

Что такое ДНК?



Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) несет генетическую информацию, которая используется в качестве набора инструкций для роста и развития, а также для окончательного функционирования и воспроизводства живых организмов. Это нуклеиновая кислота и один из четырех основных типов макромолекул, которые, как известно, необходимы для всех форм жизни.1.

Каждая молекула ДНК состоит из двух биополимерных нитей, намотанных друг на друга, образуя двойную спираль. Эти две цепи ДНК называются полинуклеотидами, поскольку они состоят из более простых мономерных единиц, называемых нуклеотидами.2.



Каждый отдельный нуклеотид состоит из одного из четырех азотсодержащих азотистых оснований - цитозина (C), гуанина (G), аденина (A) или тимина (T) - вместе с сахаром, называемым дезоксирибозой, и фосфатной группой.



Нуклеотиды соединены друг с другом ковалентными связями между фосфатом одного нуклеотида и сахаром другого. Это создает цепь, в результате чего получается чередующийся сахарно-фосфатный остов. Азотистые основания двух полинуклеотидных цепей связаны водородными связями, чтобы образовать двухцепочечную ДНК в соответствии со строгими парами оснований (от A до T и от C до G).3.

Внутри эукариотических клеток ДНК организована в структуры, называемые хромосомами, каждая клетка имеет 23 пары хромосом. Во время деления клетки хромосомы дублируются через процесс репликации ДНК , если каждая клетка имеет свой полный набор хромосом. Эукариотические организмы, такие как животные, растения и грибы, хранят большую часть своей ДНК внутри ядра клетки, а часть своей ДНК в органеллах, таких как митохондрии.4.

Находясь в разных регионах эукариотической клетки, митохондриальная ДНК (мтДНК) и ядерная ДНК (яДНК) имеют ряд фундаментальных различий. Основываясь на ключевых структурных и функциональных свойствах, эти различия влияют на то, как они действуют в эукариотических организмах.

Организация и структурные различия митохондриальной ДНК и ядерной ДНК



Расположение →Расположенная исключительно в митохондриях, мтДНК содержит 100–1000 копий на соматическую клетку. Ядерная ДНК находится в ядре каждой эукариотической клетки (за некоторыми исключениями, такими как нервные клетки и красные кровяные тельца) и обычно имеет только две копии на соматическую клетку.5.

Структура Оба типа ДНК двухцепочечные. Однако яДНК имеет линейную структуру с открытыми концами, которая окружена ядерной мембраной. Это отличается от мтДНК, которая обычно имеет замкнутую круговую структуру и не покрыта какой-либо мембраной.

Размеры генома →И мтДНК, и яДНК имеют свои собственные геномы, но очень разных размеров. У человека размер митохондриального генома состоит только из одной хромосомы, содержащей 16 569 пар оснований ДНК. Ядерный геном значительно больше митохондриального и состоит из 46 хромосом, содержащих 3,3 миллиарда нуклеотидов.



Кодирование генов Единственная хромосома мтДНК намного короче ядерных хромосом. Он содержит 36 генов, которые кодируют 37 белков, каждый из которых является специфическими белками, которые используются в метаболических процессах, которые предпринимаются митохондриями (например, цикл цитрат-кислоты, синтез АТФ и метаболизм жирных кислот). Ядерный геном намного больше: 20 000–25 000 генов кодируют все белки, необходимые для его функции, в том числе митохондриальные гены. Будучи полуавтономными органеллами, митохондрии не могут кодировать все свои собственные белки. Однако они могут кодировать 22 тРНК и 2 рРНК, а яДНК не способна делать это.

Функциональные отличия

Процесс перевода Процесс трансляции между яДНК и мтДНК может различаться. яДНК следует универсальному шаблону кодонов Однако это не всегда так для мтДНК. Некоторые митохондриальные кодирующие последовательности (триплетные кодоны) не соответствуют универсальному шаблону кодонов, когда они транслируются в белки. Например, AUA кодирует метионин в митохондриях (не изолейцин). UGA также кодирует триптофан (не стоп-кодон, как в геноме млекопитающих)6.

Процесс транскрипции →Транскрипция генов внутри мтДНК является полицистронной, то есть мРНК формируется с последовательностями, которые кодируют многие белки. Для транскрипции ядерного гена процесс является моноцистронным, когда образующаяся мРНК имеет последовательности, кодирующие только один белок.8.

Наследование генома →Ядерная ДНК диплоидна, то есть наследует ДНК как по материнской, так и по отцовской линии (по 23 хромосомы от матери и отца). Однако митохондриальная ДНК гаплоидна, единственная хромосома наследуется по материнской линии и не подвергается генетической рекомбинации.9.

Скорость мутации Поскольку яДНК подвергается генетической рекомбинации, это перетасовка родительской ДНК, и поэтому она изменяется во время наследования от родителей к их потомству. Однако, поскольку мтДНК наследуется только от матери, во время передачи не происходит никаких изменений, что означает, что любые изменения ДНК происходят в результате мутаций. Частота мутаций в мтДНК намного выше, чем в яДНК, которая обычно составляет менее 0,3%.10.

Различия в применении мтДНК и яДНК в науке

Различные структурные и функциональные свойства мтДНК и яДНК привели к различиям в их применении в науке. Обладая значительно большей частотой мутаций, мтДНК использовалась в качестве мощного инструмента для отслеживания происхождения и происхождения от самок (матрилинейность). Были разработаны методы, которые используются для отслеживания происхождения многих видов на протяжении сотен поколений и стали основой филогенетики и эволюционной биологии.

Разница между митохондриальной ДНК и ядерной ДНК-1

Из-за более высокой скорости мутаций мтДНК развивается намного быстрее, чем ядерные генетические маркеры.11. Существует множество вариантов кодов, используемых мтДНК, которые возникают в результате мутаций, многие из которых не вредны для их организмов. Используя эту более высокую частоту мутаций и эти безопасные мутации, ученые определяют последовательности мтДНК и сравнивают их у разных людей или видов.

Затем строится сеть взаимоотношений между этими последовательностями, которая обеспечивает оценку взаимоотношений между индивидуумами или видами, от которых была взята мтДНК. Это дает представление о том, насколько они близки и отдалены друг от друга - чем больше мутаций мтДНК одинаковы в каждом из их митохондриальных геномов, тем больше они связаны.

Из-за более низкой частоты мутаций яДНК она имеет более ограниченное применение в области филогенетики. Однако, учитывая генетические инструкции, которые он содержит для развития всех живых организмов, ученые признали его использование в судебной медицине.

У каждого человека есть уникальный генетический образец, даже у однояйцевых близнецов.12. Отделы судебной экспертизы могут использовать методы полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием яДНК для сравнения образцов в случае. Это включает использование небольших количеств яДНК для создания копий целевых областей, называемых короткими тандемными повторами (STR) на молекуле13. Из этих СПО создается «профиль» доказательств, который затем можно сравнить с известными образцами, взятыми у лиц, вовлеченных в дело.

МтДНК человека также может использоваться для идентификации людей с помощью судебной экспертизы, однако, в отличие от яДНК, она не специфична для одного человека, но может использоваться в сочетании с другими доказательствами (такими как антропологические и косвенные доказательства) для установления личности. Поскольку мтДНК имеет большее количество копий на клетку, чем яДНК, она способна идентифицировать гораздо меньшие, поврежденные или деградированные биологические образцы.14. Большее количество копий мтДНК на клетку, чем яДНК, также позволяет получить совпадение ДНК с живым родственником, даже если многочисленные материнские поколения отделяют их от скелетных останков родственника.

Табличное сравнение основных различий между митохондриальной и ядерной ДНК

Митохондриальная ДНК Ядерная ДНК
Расположение Митохондрии Ядро клетки
Копий на соматическую клетку 100–1000 2
Структура Круговой и закрытый Линейный и открытый
Мембранный корпус Не окутан мембраной Заключен ядерной мембраной
Размер генома 1 хромосома с 16 569 парами оснований 46 хромосом с 3,3 миллиардами пар оснований
Количество генов 37 генов 20000-25000 генов
Способ наследования Материнская Материнский и отцовский
Метод перевода Некоторые кодоны не соответствуют универсальному шаблону кодонов Соответствует универсальному шаблону кодонов
Метод транскрипции Полицистронный Моноцистронный

Популярные посты

Этот новый тренд украшений означает, что теперь вы можете прожить всю жизнь в Ombré

Советы дизайнеров и фото того, как этим летом добиться успеха в ювелирном тренде омбре.

Голоса | Кен Бернс и Линн Новик

Мы стараемся сделать свою работу настолько хорошо, насколько можем, рассказать историю со всех сторон, насколько это возможно.

Разница между облачной и локальной средой

За последние три десятилетия состояние высоких технологий претерпело некоторые существенные изменения в вычислительных и коммуникационных платформах. Один из

Различия между тортом и выпечкой

Торты и выпечка - это мучные изделия, которые готовятся в наших домах и других местах первой необходимости с целью утолить голод людей, в то же время

Красная ковровая дорожка AMAs 2020: вся мода, наряды и образы, которые вам нужно увидеть

Красная ковровая дорожка AMAs 2020: вот вся мода, наряды и образы, которые вам нужно увидеть с American Music Awards 2020.

Разница между алюминиевыми и деревянными битами

Алюминий и деревянные биты Главный вопрос, позволяющий судить о разнице между алюминиевыми и деревянными битами, заключается в следующем: может ли алюминиевая бита поразить бейсбольный мяч дальше, чем деревянная?