Mitokondrie

Struktur

En mitokondrion innehåller två membran. Dessa består av dubbla lager av fosfolipider och proteiner. De två membranen har olika egenskaper. På grund av denna organisation med dubbla membran finns det fem olika avdelningar i mitokondrien. De är:

1. det yttre mitokondriella membranet,
2. intermembranutrymmet (utrymmet mellan det yttre och inre membranet),
3. det inre mitokondriella membranet,
4. cristae-utrymmet (som bildas av de inre membranens veckningar), och
5. matrisen (utrymmet inom det inre membranet). Mitokondrier är små, sfäriska eller cylindriska organeller. I allmänhet är en mitokondrion 2,8 mikrometer lång och cirka 0,5 mikrometer bred. den är cirka 150 gånger mindre än kärnan. Det finns cirka 100-150 mitokondrier i varje cell.

Funktion

Mitokondriernas viktigaste uppgift i cellen är att ta emot glukos och använda den energi som finns lagrad i dess kemiska bindningar för att skapa ATP i en process som kallas cellulär andning. Det finns tre huvudsteg i denna process: glykolys, citronsyracykeln eller Krebscykeln och ATP-syntes. Detta ATP frigörs från mitokondrien och bryts ner av cellens övriga organeller för att driva sina egna funktioner.

DNA

Man tror att mitokondrierna en gång i tiden var självständiga bakterier och att de blev en del av eukaryota celler genom att bli uppslukade, en process som kallas endosymbios.

Större delen av cellens DNA finns i cellkärnan, men mitokondrien har ett eget oberoende arvsmassa. Dess DNA har också stora likheter med bakteriegenom.

Förkortningen för mitokondrie-DNA är antingen mDNA eller mtDNA. Båda har använts av forskare.

Arv

Mitokondrier delar sig genom binär klyvning på samma sätt som bakterieceller. I encelliga eukaryoter är mitokondriernas delning kopplad till celldelningen. Denna delning måste kontrolleras så att varje dottercell får minst en mitokondrie. I andra eukaryoter (t.ex. hos människor) kan mitokondrier replikera sitt DNA och dela sig som svar på cellens energibehov, snarare än i fas med cellcykeln.

En individs mitokondriella gener ärvs inte på samma sätt som kärngener. Mitokondrierna, och därmed det mitokondriella DNA:t, kommer vanligtvis endast från ägget. Spermiens mitokondrier kommer in i ägget, men är markerade för att senare förstöras. Äggcellen innehåller relativt få mitokondrier, men det är dessa mitokondrier som överlever och delar sig för att befolka cellerna i den vuxna organismen. Mitokondrier ärvs därför i de flesta fall nedåt i den kvinnliga linjen, så kallad maternell nedärvning. Detta sätt gäller för alla djur och de flesta andra organismer. Mitokondrier ärvs dock faderskapsvis hos vissa barrträd, dock inte hos tallar och idegranar.

En enskild mitokondrion kan innehålla 2-10 kopior av sitt DNA. Därför antas mitokondriellt DNA reproduceras genom binär klyvning, vilket ger exakta kopior. Det finns dock vissa bevis för att djurmitokondrier kan genomgå rekombination. Om rekombination inte sker representerar hela den mitokondriella DNA-sekvensen ett enda haploidgenom, vilket gör den användbar för att studera populationers evolutionära historia.

Populationsgenetiska undersökningar

Att det nästan inte förekommer någon rekombination i mitokondriellt DNA gör det användbart för populationsgenetik och evolutionsbiologi. Om allt mitokondrie-DNA ärvs som en enda haploid enhet kan förhållandet mellan mitokondrie-DNA från olika individer ses som ett genträd. Mönster i dessa genträd kan användas för att dra slutsatser om populationers evolutionära historia. Det klassiska exemplet på detta är när den molekylära klockan kan användas för att ge ett datum för den så kallade mitokondriella Eva. Detta tolkas ofta som ett starkt stöd för att de moderna människorna har spridits från Afrika. Ett annat mänskligt exempel är sekvenseringen av mitokondrie-DNA från neandertalsben. Det relativt stora evolutionära avståndet mellan sekvenserna av mitokondrie-DNA från neandertalare och levande människor är ett bevis för att det generellt sett saknas korsningar mellan neandertalare och anatomiskt moderna människor.

Mitokondriellt DNA återspeglar dock endast kvinnornas historia i en population. Det kanske inte representerar hela populationens historia. I viss utsträckning kan man använda sig av faderns genetiska sekvenser från Y-kromosomen. I en bredare mening kan endast studier som även omfattar kärn-DNA ge en omfattande evolutionär historia för en population.

Relaterade sidor

• Cellulär andning
• Glykolys
• Krebscykeln