Estructura y organización del ADN mitocondrial

El ADN mitocondrial humano es una molécula circular pequeña de doble cadena de aproximadamente 16.569 pares de bases que codifica un conjunto compacto de genes esenciales para la fosforilación oxidativa. Su organización densa, casi libre de intrones, sus dos cadenas composicionalmente distintas y una región de control no codificante corta lo distinguen del genoma nuclear, que es mucho más grande.

Definition

El ADN mitocondrial (ADNmt) es el genoma circular, de doble cadena y multicopia residente en las mitocondrias; en humanos tiene aproximadamente 16,6 kilobases de longitud y codifica 13 polipéptidos de la cadena respiratoria, 22 ARN de transferencia y 2 ARN ribosómicos, con una única región de control no codificante principal.

Scope

Este tema describe la forma física, el contenido génico y las características organizativas del genoma mitocondrial de mamíferos, basándose en la secuencia humana completa determinada en 1981. Cubre las cadenas pesada y ligera, los 37 genes (13 codificantes de proteínas, 22 de ARNt, 2 de ARNr), la región de control (bucle D) y la disposición económica y superpuesta del genoma. No cubre la mecánica de replicación ni la herencia, que se tratan en temas relacionados.

Core questions

• ¿Cuál es el tamaño y la forma física del genoma mitocondrial humano?
• ¿Qué genes codifica el ADNmt y qué proteínas mitocondriales se producen en su lugar a partir de genes nucleares?
• ¿Qué distingue la cadena pesada de la cadena ligera?
• ¿Qué es la región de control (bucle D) y qué contiene?
• ¿En qué se diferencia la economía genética del ADNmt del genoma nuclear?

Key concepts

• Genoma circular de doble cadena (~16,6 kb)
• Cadenas pesada (H) y ligera (L)
• 37 genes: 13 codificantes de proteínas, 22 de ARNt, 2 de ARNr
• Región de control no codificante / bucle de desplazamiento (bucle D)
• Organización compacta, casi sin intrones, con genes superpuestos
• Código genético mitocondrial variante
• Secuencia de Referencia de Cambridge Revisada (rCRS)

Mechanisms

Las dos cadenas del ADNmt difieren en su composición de bases: la cadena pesada rica en guanina y la cadena ligera rica en citosina, una propiedad explotada históricamente para separarlas y que se refleja en sus distintos complementos génicos. La secuencia humana completa de 1981 (Anderson y colaboradores) demostró que casi todo el genoma es codificante, con genes adyacentes o ligeramente superpuestos, pocos o ningún intrón, y algunos marcos de lectura que comparten nucleótidos; el único segmento no codificante sustancial es la región de control, que alberga orígenes y promotores que rigen la replicación y la transcripción. El genoma codifica 13 subunidades de los complejos de fosforilación oxidativa, además de los 22 ARNt y 2 ARNr necesarios para su traducción dentro del orgánulo, mientras que las aproximadamente 1.500 proteínas mitocondriales restantes están codificadas en el núcleo y son importadas. La secuencia paralela del ratón (Bibb y colaboradores, 1981) confirmó esta organización económica como una característica general de los mamíferos.

Clinical relevance

La organización compacta del ADNmt significa que incluso pequeños cambios en la secuencia pueden alterar genes críticos para el metabolismo energético, y la ubicación de una variante dentro de las regiones codificantes, de ARNt o de control ayuda a explicar las consecuencias bioquímicas descritas en la genética clínica. Esta entrada describe la estructura del genoma con fines educativos y no constituye una base para la interpretación genética individual o la atención médica.

History

La estructura del ADNmt se definió cuando Anderson y colaboradores publicaron la secuencia completa del genoma mitocondrial humano en 1981, uno de los primeros genomas completos secuenciados; este trabajo estableció el catálogo de genes, la asimetría de las cadenas y el código genético variante. La secuencia de ratón contemporánea confirmó la organización en mamíferos. La secuencia de referencia fue corregida posteriormente y ahora se utiliza como la secuencia de referencia de Cambridge revisada (rCRS) contra la cual se informan las variantes humanas.

Key figures

• Frederick Sanger
• Sjef Anderson
• David A. Clayton
• Bart G. Barrell

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

¿Qué tamaño tiene el genoma mitocondrial humano y cuántos genes contiene?

Es una molécula circular de aproximadamente 16.569 pares de bases que codifica 37 genes: 13 que especifican proteínas de la cadena respiratoria, 22 ARN de transferencia y 2 ARN ribosómicos.

¿Todas las proteínas mitocondriales están codificadas por el ADNmt?

No. Solo 13 polipéptidos están codificados por el ADNmt; la gran mayoría de las proteínas mitocondriales están codificadas por genes nucleares, se producen en el citoplasma y se importan al orgánulo.