Διαφορά μεταξύ του μιτοχονδριακού DNA και του πυρηνικού DNA

Κύρια διαφορά – Μιτοχονδριακό DNA έναντι πυρηνικού DNA

Το μιτοχονδριακό DNA και το πυρηνικό DNA συμβάλλουν στη γενετική σύνθεση του κυττάρου. Το μιτοχονδριακό DNA (mtDNA) είναι ένα δίκλωνο, κυκλικό DNA που βρίσκεται μέσα στα μιτοχόνδρια. Κωδικοποιεί πρωτεΐνες και λειτουργικά RNA που απαιτούνται από τα μιτοχόνδρια. Όμως, ορισμένες πρωτεΐνες, οι οποίες κωδικοποιούνται από το πυρηνικό DNA, εισάγονται από το κυτταρόπλασμα. Το πυρηνικό DNA (nDNA) αποτελείται από πολλά γραμμικά χρωμοσώματα, τα οποία κωδικοποιούν σχεδόν όλες τις πρωτεΐνες που απαιτούνται από το κύτταρο. Το μιτοχονδριακό DNA είναι μικρό σε σύγκριση με το πυρηνικό DNA. Η κύρια διαφορά μεταξύ του μιτοχονδριακού DNA και του πυρηνικού DNA είναι ότι το μιτοχονδριακό DNA κωδικοποιείται για τις γενετικές πληροφορίες που απαιτούνται από τα μιτοχόνδρια ενώ τοπυρηνικό DNA κωδικοποιείται για τις γενετικές πληροφορίες που απαιτούνται από ολόκληρο το κύτταρο .

Αυτό το άρθρο εξηγεί,

1. Τι είναι το μιτοχονδριακό DNA
      – Ορισμός, δομή και σύνθεση, συνάρτηση
2. Τι είναι το Πυρηνικό DNA
     – Ορισμός, Δομή και Σύνθεση, Συνάρτηση
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του μιτοχονδριακού DNA και του πυρηνικού DNA

Τι είναι το μιτοχονδριακό DNA

Το μιτοχόνδριο εμπλέκεται στην παραγωγή κυτταρικής ενέργειας μέσω οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Μέσα στο μιτοχόνδριο, βρίσκεται το δικό του γονιδίωμα. Αυτό ονομάζεται μιτοχονδριακό DNA (mtDNA ). Το mtDNA αποτελείται από ένα δίκλωνο, κυκλικό μόριο DNA, το οποίο είναι διατεταγμένο σε ένα μόνο χρωμόσωμα. Ένα μόνο μιτοχόνδριο αποτελείται από δεκάδες αντίγραφα mtDNA. Τα μιτοχόνδρια αποτελούνται από πολλαπλά μόρια mtDNA. Ένα μόνο κύτταρο μπορεί να περιέχει περισσότερα από 100 μιτοχόνδρια. Επομένως, ανά κύτταρο, μπορούν να βρεθούν περισσότερα από 1.000 αντίγραφα mtDNA. Ο αριθμός των αντιγράφων mtDNA ανά κύτταρο εξαρτάται από τον αριθμό των αντιγράφων mtDNA ανά μιτοχόνδρια καθώς και από το μέγεθος και τον αριθμό των μιτοχονδρίων ανά κύτταρο. Αποτελείται από περίπου το 0,25% της γενετικής σύνθεσης του κυττάρου. Το DNA στο μιτοχόνδριο φαίνεται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:DNA στο μιτοχόνδριο

Βρέθηκαν τριάντα επτά γονίδια κωδικοποιημένα στο mtDNA. Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούνται για τις πρωτεΐνες που απαιτούνται από τις λειτουργίες μέσα στα μιτοχόνδρια καθώς και για τα απαιτούμενα tRNA και rRNA από τα μιτοχόνδρια, ειδικά για την πρωτεϊνική σύνθεση. Οι μιτοχονδριακές πολυμεράσες DNA και RNA βρίσκονται εντοπισμένες στα μιτοχόνδρια. Τα πολυπεπτίδια που συντίθενται μέσα στα μιτοχόνδρια είναι υπομονάδες, οι οποίες σχηματίζουν τα πολυμερή σύμπλοκα που χρησιμοποιούνται είτε στη σύνθεση ATP είτε στη μεταφορά ηλεκτρονίων. Το mtDNA αντιγράφεται ανεξάρτητα από το πυρηνικό DNA ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου για ενέργεια.

Στη ζύμη, η κληρονομικότητα των μιτοχονδρίων είναι διγονική. Το mtDNA αποτελείται από μια μητρική γενεαλογία κληρονομικότητας στους ανθρώπους. Λίγο ή καθόλου κυτταρόπλασμα συνεισφέρει στο ζυγώτη από το σπέρμα στα θηλαστικά. Επομένως, στο έμβρυο, σχεδόν όλα τα μιτοχόνδρια προέρχονται από το ωάριο. Στα φυτά, η κληρονομικότητα του mtDNA είναι ίδια όπως και στα θηλαστικά. Ως εκ τούτου, οι ασθένειες που σχετίζονται με το mtDNA αποκτώνται από τη μητρική κληρονομικότητα. Το mtDNA είναι πιο ευαίσθητο σε μεταλλάξεις σε σύγκριση με το πυρηνικό DNA. Οι λανθασμένες μεταλλάξεις στο mtDNA προκαλούν την κληρονομική οπτική νευροπάθεια του Leber. Μεγάλες διαγραφές στο mtDNA προκαλούν σύνδρομο Kearns-Sayre και χρόνια προοδευτική εξωτερική οφθαλμοπληγία. Το κυκλικό mtDNA φαίνεται στο σχήμα 2 .

Εικόνα 2:Μιτοχονδριακό DNA

Τι είναι το πυρηνικό DNA

Το DNA που συνθέτει το γονιδίωμα του κυττάρου είναι γνωστό ως πυρηνικό DNA (nDNA ). Το nDNA βρίσκεται στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Αποτελείται από το 99,75% της συνολικής γενετικής σύνθεσης ενός κυττάρου. Το nDNA ή το γονιδίωμα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου οργανώνεται σε πολλά γραμμικά χρωμοσώματα, τα οποία βρίσκονται σφιχτά συσκευασμένα μέσα στον πυρήνα. Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από 46 μεμονωμένα χρωμοσώματα. Μερικές φορές, το nDNA υπάρχει σε πολλά αντίγραφα. Ο αριθμός των αντιγράφων του nDNA στο γονιδίωμα περιγράφεται με τον όρο ploidy. Τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα είναι διπλοειδή, που περιέχουν δύο αντίγραφα του nDNA, τα οποία ονομάζονται ομόλογα χρωμοσώματα. Οι γαμέτες βρίσκονται απλοειδείς στους ανθρώπους.

Το μέγεθος του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι 3,3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Το ανθρώπινο nDNA αποτελείται από 20.000 έως 25.000 γονίδια, συμπεριλαμβανομένων των γονιδίων που βρίσκονται στο mtDNA. Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούνται για όλους σχεδόν τους χαρακτήρες που εμφανίζει ο οργανισμός. Μεταφέρουν πληροφορίες για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή. Τα γονίδια εκφράζονται σε πρωτεΐνες σύμφωνα με τον παγκόσμιο γενετικό κώδικα μέσω μεταγραφής και μετάφρασης. Το nDNA αντιγράφεται μόνο κατά τη φάση S του κυτταρικού κύκλου. Η οργάνωση του nDNA φαίνεται στο σχήμα 3 .

Εικόνα 3:Οργάνωση πυρηνικού DNA

Η κληρονομικότητα του nDNA είναι διγονική. Κάθε ένα από τα δύο αντίγραφα του ανθρώπινου γονιδιώματος κληρονομείται από έναν γονέα, είτε από τη μητέρα είτε από τον πατέρα. Το nDNA περιέχει τεράστιες παραλλαγές των χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν λόγω της παρουσίας διαφόρων αλληλόμορφων ανά συγκεκριμένο γονίδιο. Ως εκ τούτου, το nDNA χρησιμοποιείται στον έλεγχο πατρότητας προκειμένου να διαπιστωθεί ποιος θυγατρικός οργανισμός ανήκει σε ποιον γονέα στον άνθρωπο. Από την άλλη πλευρά, η κληρονομικότητα των ασθενειών είναι επίσης χαρακτηριστική για τους γονείς. Το nDNA είναι λιγότερο επιρρεπές σε μεταλλάξεις. Παραδείγματα γενετικών διαταραχών στο ανθρώπινο γονιδίωμα είναι η κυστική ίνωση, η δρεπανοκυτταρική αναιμία, η αιμοχρωμάτωση και η νόσος του Huntington. Η κληρονομικότητα τόσο του nDNA όσο και του mtDNA φαίνεται στην εικόνα 4 .

Εικόνα 4:Κληρονομικότητα nDNA και mtDNA

Διαφορά μεταξύ μιτοχονδριακού DNA και πυρηνικού DNA

Περιεχόμενο

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA αποτελείται από το μιτοχονδριακό γονιδίωμα.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA αποτελείται από το γονιδίωμα του κυττάρου, συμπεριλαμβανομένου του μιτοχονδριακού DNA.

Δομή DNA

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA είναι δίκλωνο και κυκλικό.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA είναι δίκλωνο και γραμμικό.

Αριθμός χρωμοσωμάτων

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA είναι διατεταγμένο σε ένα μόνο χρωμόσωμα.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA είναι διατεταγμένο σε πολλά χρωμοσώματα. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο nDNA είναι διατεταγμένο σε 46 χρωμοσώματα.

Σύνθεση

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA αποτελείται από το 0,25% της γενετικής σύνθεσης του κυττάρου σε ζωικά κύτταρα.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA αποτελείται από το 99,75% της γενετικής σύνθεσης του κυττάρου σε ζωικά κύτταρα.

Περίβλημα

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA δεν περικλείεται από τον πυρηνικό φάκελο.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA περικλείεται από τον πυρήνα.

Τοποθεσία

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA επιπλέει ελεύθερα στη μιτοχονδριακή μήτρα.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA βρίσκεται στην πυρηνική μήτρα, στερεωμένο στο πυρηνικό περίβλημα.

Μέγεθος γονιδιώματος

Μιτοχονδριακό DNA: Το μέγεθος του mtDNA είναι 16.569 ζεύγη βάσεων.

Πυρηνικό DNA: Το μέγεθος του nDNA είναι 3,3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων.

Πρωτεΐνες ιστόνης

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA δεν είναι γεμάτο με πρωτεΐνες ιστόνης.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA είναι γεμάτο με πρωτεΐνες ιστόνης.

Αριθμός αντιγράφων

Μιτοχονδριακό DNA: Μπορούν να βρεθούν περισσότερα από 1.000 αντίγραφα mtDNA ανά κύτταρο.

Πυρηνικό DNA: Ο αριθμός των αντιγράφων του nDNA ανά σωματικό κύτταρο μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το είδος. Τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα περιέχουν δύο αντίγραφα nDNA.

Αριθμός γονιδίων

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA αποτελείται από 37 γονίδια, τα οποία κωδικοποιούν 13 πρωτεΐνες, 22 tRNA και 2 rRNA.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA αποτελείται από 20.000-25.000 γονίδια, συμπεριλαμβανομένων τριών γονιδίων mt.

Τα tRNA και rRNA

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA κωδικοποιεί κάθε tRNA και rRNA που απαιτούνται από τα μιτοχόνδρια.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA κωδικοποιεί κάθε tRNA και rRNA που απαιτούνται από τις διεργασίες στο κυτταρόπλασμα.

Αυτονομία

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA κωδικοποιεί τις περισσότερες από τις πρωτεΐνες, οι οποίες απαιτούνται από τα μιτοχόνδρια. Ωστόσο, ορισμένες πρωτεΐνες που απαιτούνται από τα μιτοχόνδρια κωδικοποιούνται από το nDNA. Επομένως, τα μιτοχόνδρια είναι ημιαυτόνομα οργανίδια.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA κωδικοποιεί κάθε πρωτεΐνη που απαιτείται από το κύτταρο.

Περιοχές που δεν κωδικοποιούν

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA στερείται μη κωδικοποιητικών περιοχών DNA όπως τα ιντρόνια.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA περιέχει μη κωδικοποιητικές περιοχές του DNA όπως εσώνια και αμετάφραστες περιοχές.

Γενετικός κώδικας

Μιτοχονδριακό DNA: Τα περισσότερα κωδικόνια στο mtDNA δεν ακολουθούν τον παγκόσμιο γενετικό κώδικα.

Πυρηνικό DNA: Τα κωδικόνια στο nDNA ακολουθούν τον παγκόσμιο γενετικό κώδικα.

Αντιγραφή

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA αντιγράφεται ανεξάρτητα από το nDNA.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA αντιγράφεται μόνο κατά τη φάση S του κυτταρικού κύκλου.

Μεταγραφή

Μιτοχονδριακό DNA: Τα γονίδια που κωδικοποιούνται από το mtDNA είναι πολυκιστρονικά.

Πυρηνικό DNA: Τα γονίδια που κωδικοποιούνται από το nDNA είναι μονοκιστρονικά.

Κληρονομικότητα

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA κληρονομείται από τη μητέρα.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA κληρονομείται εξίσου και από τους δύο γονείς.

Ανασυνδυασμός

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA κληρονομείται από τη μητέρα στους απογόνους της χωρίς να αλλάζει.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA διατάσσεται μέσω ανασυνδυασμού ενώ μεταφέρεται στους απογόνους.

Συμβολή στη φυσική κατάσταση του ατόμου

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA έχει μικρότερη συμβολή στη φυσική κατάσταση του ατόμου μεταξύ του πληθυσμού.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA έχει μεγάλη συμβολή στη φυσική κατάσταση του ατόμου μεταξύ του πληθυσμού.

Ρυθμός μεταλλάξεων

Μιτοχονδριακό DNA: Το ποσοστό των μεταλλάξεων στο mtDNA είναι συγκριτικά υψηλό.

Πυρηνικό DNA: Το ποσοστό μεταλλάξεων στο nDNA είναι χαμηλό.

Ταυτοποίηση Ατόμων

Μιτοχονδριακό DNA: Το mtDNA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση ατόμων.

Πυρηνικό DNA: Το nDNA χρησιμοποιείται για τον έλεγχο πατρότητας.

Γενετικές διαταραχές

Μιτοχονδριακό DNA: Η κληρονομική οπτική νευροπάθεια του Leber, το σύνδρομο Kearns-Sayre και η χρόνια προοδευτική εξωτερική οφθαλμοπληγία είναι τα παραδείγματα των γενετικών ασθενειών που προκαλούνται από τις μεταλλάξεις του mtDNA.

Πυρηνικό DNA: Η κυστική ίνωση, η δρεπανοκυτταρική αναιμία, η αιμοχρωμάτωση και η νόσος του Huntington είναι τα παραδείγματα γενετικών ασθενειών που προκαλούνται από τις μεταλλάξεις στο nDNA.

Συμπέρασμα

Το πυρηνικό DNA, μαζί με το μιτοχονδριακό DNA συμβάλλουν στη γενετική σύνθεση των ζωικών κυττάρων. Τα φυτικά κύτταρα περιέχουν DNA χλωροπλάστη επίσης στα κύτταρά τους. Το nDNA αποτελείται από το γονιδίωμα του κυττάρου και το mtDNA αποτελείται από το μιτοχονδριακό γονιδίωμα. Το nDNA περιέχει γονίδια, τα οποία κωδικοποιούν όλα τα χαρακτηριστικά που εμφανίζει ο οργανισμός. Το mtDNA περιλαμβάνεται επίσης στο nDNA. Το nDNA αποτελείται από περισσότερα από 20.000 γονίδια. Οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από αυτά τα γονίδια είναι υπεύθυνες για τα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά του οργανισμού. Το mtDNA κωδικοποιείται για 37 γονίδια μαζί με τα tRNA και rRNA που απαιτούνται από τις λειτουργίες των μιτοχονδρίων. Ως εκ τούτου, η κύρια διαφορά μεταξύ του μιτοχονδριακού DNA και του πυρηνικού DNA είναι το περιεχόμενό τους.

Αναφορά:
1. Lodish, Harvey. "Οργανέλλες DNA." Μοριακή Κυτταρική Βιολογία. 4η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 28 Μαρ. 2017.
2. Cooper, Geoffrey M. «Μιτοχόνδρια». The Cell:A Molecular Approach. 2η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 28 Μαρ. 2017.
3. Brown, Terence A. «The Human Genome». Γονιδιώματα. 2η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 28 Μαρ. 2017.
4. Άλμπερτς, Μπρους. «Η δομή και η λειτουργία του DNA». Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου. 4η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 28 Μαρ. 2017.
5. Stöppler, MD Melissa Conrad. "Κατάλογος γενετικών ασθενειών:Ορισμοί, τύποι και παραδείγματα." MedicineNet. Ν.π., ν.δ. Ιστός. 28 Μαρ. 2017.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:
1. «Μιτοχονδριακό dna lg» Από το Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Ανθρώπινου Γονιδιώματος – Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας. Εθνικό Ινστιτούτο Ερευνών Ανθρώπινου Γονιδιώματος. "Γλωσσάρι Γενετικών όρων που μιλάμε." Ανακτήθηκε στις 17 Νοεμβρίου 2016, από  (Public Domain) μέσω Commons Wikimedia
2. «Μιτοχονδριακό DNA en» Με παράγωγο έργο:Shanel (συζήτηση)Μιτοχονδριακό DNA de.svg:μετάφραση από Knopfkind; διάταξη από jhc – Μιτοχονδριακό DNA de.svg, CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia
3. “Eukaryote DNA-en” By Eukaryote_DNA.svg:*Difference_DNA_RNA-EN.svg:*Difference_DNA_RNA-DE.svg:Sponk (talk)translation:Sponk (talk)Chromosome.svg:*παράγωγο έργο:Tryphon (talk)Chromosome-up .png:Αρχική έκδοση:Magnus Manske, αυτή η έκδοση με όρθιο χρωμόσωμα:Χρήστης:Dietzel65Animal_cell_structure_en.svg:LadyofHats (Mariana Ruiz)παράγωγο έργο:Radio89 Παράγωγο έργο:Radio89 – Αυτό το αρχείο προήλθε από τοEukaryote DNA.svg:(CC.B.Y) μέσω Commons Wikimedia
4. «Μιτοχονδριακό DNA έναντι πυρηνικού DNA» Από το Μουσείο Παλαιοντολογίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια (UCMP) και το Εθνικό Κέντρο για την Εκπαίδευση των Επιστημών - «Marshalling the Evidence». Κατανόηση της Εξέλιξης. Μουσείο Παλαιοντολογίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια. 22 Απριλίου 2014. . (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia