Mitokondrio

Rakenne

Mitokondriossa on kaksi kalvoa. Ne koostuvat fosfolipidikaksoiskerroksista ja proteiineista. Molemmilla kalvoilla on erilaiset ominaisuudet. Tämän kaksoiskalvoisen organisaation vuoksi mitokondrion sisällä on viisi erillistä lokeroa. Ne ovat:

1. mitokondrioiden ulompi kalvo,
2. kalvoväli (ulko- ja sisäkalvojen välinen tila),
3. mitokondrioiden sisäinen kalvo,
4. cristae-tila (joka muodostuu sisemmän kalvon poimuuntumista) ja
5. matriisi (sisemmän kalvon sisällä oleva tila). Mitokondriot ovat pieniä, pallomaisia tai lieriömäisiä organelleja. Yleensä mitokondrio on 2,8 mikronia pitkä ja noin 0,5 mikronia leveä. se on noin 150 kertaa pienempi kuin ydin. Kussakin solussa on noin 100-150 mitokondriaa.

Toiminto

Mitokondrioiden tärkein tehtävä solussa on ottaa glukoosia ja käyttää sen kemiallisiin sidoksiin varastoitunut energia ATP:n tuottamiseen prosessissa, jota kutsutaan soluhengitykseksi. Tässä prosessissa on kolme päävaihetta: glykolyysi, sitruunahappokierto eli Krebsin kierto ja ATP-synteesi. Tämä ATP vapautuu mitokondrionista, ja solun muut organellit hajottavat sen omien toimintojensa voimanlähteeksi.

DNA

On ajateltu, että mitokondriot olivat aikoinaan itsenäisiä bakteereja, ja niistä tuli osa eukaryoottisoluja, kun ne nielaisivat ne, prosessia kutsutaan endosymbioosiksi.

Suurin osa solun DNA:sta on solun ytimessä, mutta mitokondrionilla on oma itsenäinen perimänsä. Lisäksi sen DNA:ssa on huomattavaa samankaltaisuutta bakteerien genomien kanssa.

Mitokondrion DNA:n lyhenne on joko mDNA tai mtDNA. Tutkijat ovat käyttäneet molempia.

Perinnöllisyys

Mitokondriot jakautuvat bakteerisolujen jakautumisen tapaan kaksoissolujen jakautumisen avulla. Yksisoluisissa eukaryooteissa mitokondrioiden jakautuminen liittyy solunjakautumiseen. Jakautumista on valvottava siten, että jokainen tytärsolu saa vähintään yhden mitokondrion. Muissa eukaryooteissa (esimerkiksi ihmisissä) mitokondriot voivat monistaa DNA:nsa ja jakautua solun energiantarpeen mukaan eivätkä solusyklin kanssa samassa vaiheessa.

Yksilön mitokondriaaliset geenit eivät periydy samalla mekanismilla kuin ydingeenit. Mitokondriot ja siten myös mitokondrioiden DNA on yleensä peräisin vain munasolusta. Siittiöiden mitokondriot pääsevät munasoluun, mutta ne on merkitty myöhemmin tuhottaviksi. Munasolussa on suhteellisen vähän mitokondrioita, mutta juuri nämä mitokondriot jäävät eloon ja jakautuvat asuttaakseen aikuisen organismin solut. Mitokondriot periytyvät siis useimmissa tapauksissa naaraspuolelta, mikä tunnetaan äidin perimänä. Tämä tapa pätee kaikkiin eläimiin ja useimpiin muihin organismeihin. Mitokondriot periytyvät kuitenkin isänpuoleisesti joillakin havupuilla, ei kuitenkaan männyillä tai pihlajilla.

Yksi mitokondrio voi sisältää 2-10 kopiota DNA:ta. Tästä syystä mitokondrioiden DNA:n uskotaan lisääntyvän binäärisen jakautumisen avulla, jolloin syntyy tarkkoja kopioita. On kuitenkin jonkin verran todisteita siitä, että eläinten mitokondrioissa voi tapahtua rekombinaatiota. Jos rekombinaatiota ei tapahdu, koko mitokondrioiden DNA-sekvenssi edustaa yhtä haploidista genomia, mikä tekee siitä hyödyllisen populaatioiden evoluutiohistorian tutkimisessa.

Väestögeneettiset tutkimukset

Koska mitokondriaalisessa DNA:ssa ei tapahdu rekombinaatiota, se on hyödyllinen populaatiogenetiikassa ja evoluutiobiologiassa. Jos kaikki mitokondrion DNA periytyy yhtenä haploidisena yksikkönä, eri yksilöistä peräisin olevan mitokondrion DNA:n väliset suhteet voidaan nähdä geenipuuna. Näiden geenipuiden kuvioiden avulla voidaan päätellä populaatioiden evoluutiohistoriaa. Klassinen esimerkki tästä on se, että molekyylikellon avulla voidaan antaa päivämäärä niin sanotulle mitokondriaaliselle Eevalle. Tämä tulkitaan usein vahvaksi tueksi nykyihmisen leviämiselle Afrikasta. Toinen inhimillinen esimerkki on mitokondriaalisen DNA:n sekvensointi neandertalinilaisten luista. Suhteellisen suuri evolutiivinen etäisyys neandertalilaisten ja elävien ihmisten mitokondriaalisen DNA:n sekvenssien välillä on todiste siitä, että neandertalilaisten ja anatomisesti modernin ihmisen välillä ei ole ollut risteytymistä.

Mitokondrionaalinen DNA kuvastaa kuitenkin vain populaation naaraiden historiaa. Se ei välttämättä edusta koko väestön historiaa. Jossain määrin voidaan käyttää Y-kromosomista peräisin olevia isän geneettisiä sekvenssejä. Laajemmassa mielessä vain tutkimukset, jotka sisältävät myös ydin-DNA:n, voivat tarjota kattavan evoluutiohistorian populaatiosta.

Aiheeseen liittyvät sivut

• Soluhengitys
• Glykolyysi
• Krebsin sykli