تحقیق بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)

تحقیق بررسی میتوکندری (ساختار سلولی) در 21 صفحه ورد قابل ویرایش

دسته بندی	پزشکی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	284 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	21

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

تمام فایل ها

تحقیق بررسی میتوکندری (ساختار سلولی) در 21 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه:

اولین گزارشات در ارتباط با ساختارهای درون سلولی شبه میتوکندری به 150 سال پیش برمی‌گردد. واژه میتوکندری که از دو کلمه یونانی mitos بمعنی نخ یا رشته و chondros به معنی گرانول منشا گرفته است؛ برای اولین بار صد سال پیش مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد اصلی این ارگانل کروی یا میله‌ای شکل که صدها عدد از آن در یک سلول وجود دارد، فسفریلاسیون اکسیداتیو است؛ بعبارت دیگر اکسیداسیون سوبستراها به Co2 و آب و فراهم کردن ترکیب پرانرژی ATP برای سلولها؛ و به همین دلیل است که میتوکندری را نیروگاه یا موتورخانه سلول نیز می‌نامند. بیماریهای دژنراتیو بسیار زیادی تا به امروز با نارسایی‌ها و اختلالات میتوکندری مرتبط شده‌اند. این بیماریها می‌توانند در اثر موتاسیون در DNA میتوکندری و یا DNA هسته ایجاد شوند. اولین بیماریهای میتوکندریایی که در سطح ملکولی درک شدند؛ در یک بیمار CPEO (فلج مزمن پیشرونده عضلات چشمی خارجی) و KSS (سندرمkearns-sayre) گزارش شدند. در همان زمان wallace موتاسیونی نقطه‌ای را در ژن ND6 گزارش کرد که با LHON (نوروپاتی چشمی ارثی لبر) مرتبط است. در سال 1990، دوموتاسیون جدید، یکی در ژن لایزیل- tRNA در سندرم MERRF و دیگری در ژن لوسیل - tRNA در سندرم MELAS گزارش شدند. طیف فتوتیپی بیماریهای میتوکندریایی از میوپاتی‌های نادر تا بیماریهای متعدد را شامل می‌شود. برخی موتاسیونهای mtDNA، علائم و نشانه‌های منحصر و ویژه‌ای دارند؛ مثل جهش‌های اشتباهی که موجب نوروپاتی چشمی ارثی لبر می‌شوند در حالیکه بقیه تظاهرات مولتی سیستم متنوعی را شامل می‌شوند مثل جهش‌های حذفی که موجب CPEO می‌شوند. بیماریهای میتوکندریایی بواسطه وراثت مادری، وراثت منرلی و نیز نوترکیبی‌های دوتایی نو، قادر به انتقال می‌باشند. این پیچیدگی ژنتیکی از این حقیقت ناشی می‌شود که میتوکندری از حدود 1000 ژن که در بین ژنوم میتوکندری و هسته پخش شده‌اند، تشکیل شده است. علاوه بر این بیماریهای میتوکندریایی غالباً شروع تاخیری و یک دوره پیش رونده دارند که احتمالاً از تجمع جهش‌های سوماتیک mtDNA در بافت‌های post-mitotic حاصل شده‌اند. این موتاسیونهای سوماتیک mtDNA همچنین در سرطان و پیری نیز نقش دارند. اگرچه بیماریهای میتوکندریایی هر ارگانی را ممکن است درگیر کنند اما این بیماریها غالباً CNS، عضلات اسکلتی، قلب، کلیه و سیستم‌های اندوکرین را تحت تاثیر قرار می‌دهند. علت این پیچیدگی‌های فتوتیپی، نقش مهم میتوکندری در انواع پروسه‌های سلولی شامل تولید انرژی سلولی بوسیله فسفریلاسیون اکیداتیو، تولید گونه‌های سمی فعال اکسیژن (ROS) بعنوان یک محصول جانبی در فسفریلاسیون اکسیداتیو و تنظیم شروع آپوپتوزاز طریق فعال شدن نفوذپذیری پورهای انتقالی میتوکندری (mtPTP) است. (19، 20 و 24)

ساختار میتوکندری :

میتوکندری واجد یک غشای بیرونی و یک غشای داخلی است که دو فضای داخلی را ایجاد می‌کنند: ماتریکس داخلی و فضای بین دو غشا که بسیار باریک است. غشای داخلی چین‌خورده و تعداد زیادی کریستا ایجاد می‌کند که کل سطح آنرا بمقدار زیادی افزایش می‌دهد. سطح وسیع غشای داخلی، آنزیم‌های دستگاه مولد انرژی میتوکندریایی (زنجیره تنفسی) را در خود جای داده است. ماتریکس میتوکندری واجد نسخه‌های یکسان متعددی از ژنوم میتوکندری، ریبوزوم‌های ویژه میتوکندری (میتوریبوزوم)، tRNAها و آنزیم‌های متنوعی است که برای بیان ژنهای میتوکندری مورد نیازند. (20)

ژنوم میتوکندری انسان:

حضور DNA در میتوکندری در سال 1963 و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مشخص شده است. DNA میتوکندریایی انسان یک ملکول مدور بسته دو رشته‌ای با 16569 جفت نوکلئوتید است. دو رشته mtDNA که به رشته‌های H (سنگین) و L (سبک) معروفند، یک عدم تقارن غیر معمول در ترکیب بازهایشان دارند. زنجیره H غنی از پورین است در حالیکه زنجیره L غنی از پیریمیدین می‌باشد. سبک و سنگین به تحرک متفاوت رشته‌ها در گرادیانهای سزیم کلراید قلیایی اطلاق می‌شود. mtDNA انسان یکی از متراکم‌ترین و فشرده‌ترین بخش‌های اطلاعات ژنتیکی است. در mtDNA، اینترون وجود ندارد و حتی بعضی از ژنهای آن هم‌پوشانی دارند. DNA میتوکندریایی انسان واجد ژنهایی برای سیزده پروتئین (که همگی زیر واحدهای کمپلکس‌های آنزیمی زنجیره تنفسی هستند)، 22 tRNA و دو rRNA است. پلی‌پپتیدهایی که توسط mtDNA کد می‌شوند عبارتند از: هفت زیر واحد از 42 زیر واحد تشکیل‌دهنده کمپلکس I که عبارتند از: ND5, ND4 , ND3, ND­2, ND1 وND6 یک زیرواحد از یازده زیر واحد تشکیل دهنده کمپلکس III که همان cyt b است؛ سه زیر واحد از 13 زیر واحد کمپلکس IV که عبارتند از: COI (سیتوکروم c اکسیداز)، و COII ؛ دو زیر واحد از 16 زیرواحد کمپلکس V که عبارتند از: ATPase6 و ATPase8. سایر زیرواحدهای پروتئینی کمپلکس‌های زنجیره تنفسی و نیز دیگر پروتئین‌های میتوکندری، توسط ژنوم هسته کد شده و سپس به میتوکندری منتقل می‌شوند (حدود 1000 پلی‌پپتید). هر میتوکندری واجد 10-2 کپی از DNA میتوکندری است. میتوکندریها از این نظر که تحت کنترل دو سیستم ژنتیکی DNA هسته و DNA میتوکندری هستند، در بین ارگانل‌های سلولی منحصر بفردند. توالی نوکلئوتیدی mtDNA ، 6 تا 17 برابر سریعتر از توالی‌های ژنی DNA هسته‌ای باز می‌شوند؛ دلایل متعددی در این مورد ارائه شده است: میتوکندریها فاقد سیستم‌های ترمیمی DNA موجود در هسته هستند که این امر موجب کارآیی کم میتوکندریها در ترمیم آسیب DNA می‌شود؛ هیستونها در میتوکندری وجود ندارند؛ میتوکندریها بیش از 90% اکسیژنی را که به سلول وارد می‌شود، مصرف می‌کنند و بنابراین رادیکالهای آزاد اکسیژن ترجیحاً موجب آسیب DNA میتوکندری می‌شوند. میزان بالای جهش در mtDNA، موجب ایجاد RFLPهای متعدد، واریانت‌های نوکلئوتیدی ناحیه کد کننده و ناحیه کنترل کننده، واریانت‌های کنفورماسیونی و واریانت‌های طولی می‌شود. واریانت‌های پلی‌مورفیک با ریشه قومیتی و جغرافیایی نمونه‌ها مرتبطند. این مساله احتمالاً به این دلیل است که جهش‌های mtDNA در جریان پراکنده شدن اجداد مادری، هنگامی که زنان به بیرون از آفریقا و به اقلیم‌ها و قاره‌های مختلف مهاجرت کردند، انباشته شده‌اند. (16، 20 و 34)


میتوکندریها نیمه خودمختار هستند:

از آنجائیکه میتوکندریها قادر به همانندسازی ژنوم خود بوده و سیستم‌های همانندسازی، رونویسی و ترجمه مربوط به خود را دارا هستند؛ لذا آنها در داخل سیتوپلاسم سلول انسان مثل ارگانیسم‌های نیمه مستقل عمل می‌کنند. (20 و 34)

نوترکیبی mtDNA :

از سالها قبل شواهدی مبنی بر اینکه مخلوط شدن mtDNA در داخل سلولهای سوماتیک ممکن است نوترکیبی ایجاد کند، وجود داشته است. هر چند تعداد دفعات نوترکیبی در سلولهای کشت شده پستانداران کم است، اما نوترکیبی‌های درون ملکولی ممکن است مکرراً رخ دهند . اگر یک mtDNA واجد حذف به سلول زایای موش ماده وارد شود، منجر به ایجاد استرینی از موش می‌شود که در آن فرزندان واجد mtDNA‌های نرمال و واجد حذف هستند. ملکولهای دوپلیکیت نیز افزایش می‌یابند که به نظر می‌رسد از ترکیب ملکولهای نرمال و واجد حذف بوجود آمده باشند. با این حال هیچ مشاهده‌ای مبنی بر وجود نوترکیبی در بین رده‌های مختلف mtDNA انسانی وجود ندارد. بنابراین احتمالاً در بین رده‌های mtDNA انسانی، نوترکیبی رخ نمی‌دهد. شاید علت این مساله حذف میتوکندریها و mtDNAهای اسپرم توسط اووسیت از طریق تجزیه با واسطه یوبیکوئیتین باشد. در نتیجه رده‌های مختلف mtDNA انسانی، از نظر فیزیکی جدانگه داشته می‌شوند و هرگز از نظر فیزیکی آنقدر با هم تماس ندارند که منجر به نو ترکیبی شود. (20-24)

کامل شدن (complementation) mtDNA :

به نظر می‌رسد که میتوکندریها و mtDNA‌های داخل یک سلول در هم ادغام می‌شوند و این ادغام موجب می‌شود تا ژنوم‌های mtDNA همدیگر را به صورت ترانس تکمیل کنند. این پدیده اولین بار با ادغام دو سلول انسانی با همدیگر و تشکیل هیبرید، نشان داده شده است. هر چند مشاهدات متعددی ادغام داخل سلولی میتوکندریها و تکمیل شدن mtDNA را تایید می‌کنند، اما تحقیقات بیشتری جهت توصیف این پدیده نیاز است.(20)

شکل 2


شکل2؛ نقشه mtDNA انسان: mtDNA واجد16569 جفت نوکلئوتید است
(nPS 16569) که شماره‌گذاری تقریبا از محلOH شروع و در جهت عکس حرکت عقربه‌های ساعت در حول نقشه کروی پیش می‌رود. عمل هر ژن با توجه با سایه‌هایی که وجود دارند برحسب نشانهای داخل دایره، مشخص است. اولین وآخرین نوکلئوتید ژنهای 7 rRNA و mRNA در قسمت خارج آمده است. ژنهایtRNA با حرف آمینو اسید مربوطه نشان داده شده‌اند.

رونویسی MtDNA : تمامی 37 ژنی که توسط mtDNA انسان کد می شود، در ابتدا به صورت دو رونوشت پیش ساز چند ژنی بسیار بزرگ ساخته می‌شوند که یکی از این پیش سازها توسط زنجیره سبک و دیگری توسط زنجیره‌ سنگین کد می‌شود.

رونویسی mtDNA از دوراه انداز‍PL و PH (یکی برای هر زنجیره) واقع در ناحیه کنترل آغاز می‌شود. PH (راه انداز زنجیره سنگین) مسؤل رونویسی27 ژن است که عبارتند از: دوژن rRNA ، 13 ژن tRNA و 12ژن کد کنندة‌ پروتئین. PL مسئول رونویسی ژن پروتئین ND6، 27 ژن توسط زنجیره‌سنگین و تنها 10 ژن توسط زنجیره سبک کد می‌شود. هر دوراه از طریق یک جایگاه اتصال ، با یک فاکتور رونویسی میتوکندریایی یا Tfam (Transcripion factor associated mitochondra ) که توسط هسته کد می‌شود مرتبطند.Tfam یک پروتئین متصل شونده به DNA با دو دومین اتصال یابنده بهDNA است که دم C - ترمینال آن جهت رونویسی ضروری است. Tfam با افنیته بالایی به PL (در مقایسه با PH) متصل می‌شود که این مسأله با فراوانی نسبی رونویسی آنها، سازگار است. رونویسی از هردوراه انداز در حول mtDNA کروی پیش می‌رود و یکRNA پلی سیسترونیک را بوجود می‌آورد. سپس ژنهایtRNA که بین توالیهایrRNA و mRNA قرار گرفته‌اند، در داخل رونوشت fold شده و با فعالیت یک RNas خارج می‌شوند. mRNA ها و rRNA های آزاد پس از رونویسی پلی‌آدنیله می‌شوند (polyadenylation post – transcription) و tRNA ها تغییر یافته و CCA انتهای 3 به آنها اضافه می‌شود. همچنین علاوه بر رونوشت چندژنی طویل 6/16 کیلوبازی که راه‌انداز زنجیره H ایجاد و تمامی ژنهای زنجیره سنگین را شامل می‌شود ، یک رونوشت کوتاه 3 کیلوبازی نیز از این راه انداز ساخته می‌شود. این رونوشت که تنها دوژن rRNA و tRNAهای کنار آنرا شامل می‌شود، تقریباً 25 برابر بیشتر ازرونوشت طویل ساخته می‌‌شود و بنابراین ساخته شدن مقادیر کافیsrRNA12 و srRNA 16 را برای تمامی ریبوزوم‌ها که به منظور ترجمه به آن نیازمندند، ممکن می‌سازد.

ترجمهmtDNA:

mRNAهای DNA میتوکندری برروی ریبوزوم‌های میتوکندریایی (میتوریبوزوم‌ها)
S 55 که از زیرواحد بزرگ S39 و یک زیر واحد کوچکS 28 تشکیل شده‌اند، ترجمه می‌شوند. این ریبوزوم‌ها برخلاف ریبوزو‌م‌های باکتریایی و یوکاریوتی، rRNA کم و پروتئین‌های ریبوزومی زیادی دارند.mRNAهای tDNA، فاقد توالی شاین‌دالگارنو برای اتصال ریبوزوم بوده و عموما ترجمه در کدون آغازین در انتهای َ5 شورع می‌شود. تصور می شود که ترجمه با اتصال زیر واحد کوچک ریبوزوم به یک ناحیة 40 بازی ازmRNA آغاز می‌‌شود. سپس ریبوزوم به انتهای 5 حرکت می‌کند تا ترجمه را آغاز کند. نشان داده شده است که پیچش mRNA به دور ریبوزوم، تشکیل پلی‌زوم را محدود می‌کند. میتوریبوزوم‌ها نسبت به کلرا مفنیکل (CAP) که مهارکنندة ریبوزوم باکتری است، حساسند درحالیکه نسبت به سیلکوهزامید و امتین (emetine) که مهارکنندة‌ ریبوزوم S80 سیتوزولی (یوکاریوتی) است؛ مقاومند. آنها همچنین به آمینو گلیکوزید آنتی‌بیوتیک‌ها مثل استرپتومایسین و جنتامایسین نیز تا حدودی غیرحساسند. علاوه بر این کد ژنتیکی ترجمة mtDNA نیز متفاوت از کد ژنتیکی عمومی است. در mtDNA پستانداران، UGA بجای اینکه کدون خاتمه باشد، Trp را کد می‌کند.AuA بجای Ile ، Met را کد می‌کند وAGA و AGG، بجای اینکه Arg را کد کنند، کدونهای خاتمه هستند. تنها 22 tRNA برای ترجمة توالیهای کدکنندة پروتئین‌ ژنوم میتوکندری انسان کافی است. علت این امر سادگی جفت‌شدن کدون – آنتی‌کدون در میتوکندری نسبت به کدژنتیکی عمومی است. یک متیونیلtRNA در mtDNA انسان وجود دارد که هم برای Met و هم برای –n فورمیل متیونین اختصاصی است. مثل پروکاریوتها، n – فورمیلMet بعنوان آمینواسید آغازگر جایگزینMet می‌شود. علاوه براین گاهی کدونهایAuA یا Auu بجایAuG، بعنوان کدونهای شروع استفاده می‌شوند. هرچند اجزایRNA یی دستگاه ترجمه، توسط mtDNA کد می‌شوند، ژنهای کد کنندة‌فاکتورهای پروتئینی دخیل در ترجمه درهسته کد می‌شوند. این پروتئین‌ها عبارتند از: آمینواسیل tRNA سنتتاز، پروتئین‌های ریبوزومی، فاکتورهای طویل کننده و خاتمه دهنده و …

تحقیق بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)پژوهش بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)مقاله بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)دانلود تحقیق بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)بررسی میتوکندری (ساختار سلولی)میتوکندریساختار سلولی