माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए संरचना और संगठन

मानव माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए लगभग 16,569 बेस जोड़े का एक छोटा, दोहरा-फंसे गोलाकार अणु है जो ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलेशन के लिए आवश्यक जीनों के एक सघन सेट को एन्कोड करता है। इसका सघन, लगभग इंट्रॉन-मुक्त संगठन, इसके दो संरचनात्मक रूप से भिन्न स्ट्रैंड, और एक छोटा गैर-कोडिंग नियंत्रण क्षेत्र इसे कहीं अधिक बड़े नाभिकीय जीनोम से अलग करता है।

Definition

माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (mtDNA) माइटोकॉन्ड्रिया में मौजूद गोलाकार, दोहरा-फंसे, बहु-प्रतिलिपि जीनोम है; मनुष्यों में यह लगभग 16.6 किलोबेस लंबा होता है और 13 श्वसन-श्रृंखला पॉलीपेप्टाइड्स, 22 स्थानांतरण आरएनए, और 2 राइबोसोमल आरएनए को एन्कोड करता है, जिसमें एक एकल प्रमुख गैर-कोडिंग नियंत्रण क्षेत्र होता है।

Scope

यह विषय 1981 में निर्धारित पूर्ण मानव अनुक्रम के आधार पर स्तनधारी माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम के भौतिक स्वरूप, जीन सामग्री और संगठनात्मक विशेषताओं का वर्णन करता है। इसमें भारी और हल्के स्ट्रैंड, 37 जीन (13 प्रोटीन-कोडिंग, 22 tRNA, 2 rRNA), नियंत्रण क्षेत्र (D-लूप), और जीनोम की किफायती, अतिव्यापी व्यवस्था शामिल है। इसमें प्रतिकृति या वंशानुक्रम की यांत्रिकी शामिल नहीं है, जिनका वर्णन संबंधित विषयों में किया गया है।

Core questions

• मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम का आकार और भौतिक स्वरूप क्या है?
• mtDNA किन जीनों को एन्कोड करता है और कौन से माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन इसके बजाय नाभिकीय जीनों से बनते हैं?
• भारी स्ट्रैंड हल्के स्ट्रैंड से कैसे भिन्न है?
• नियंत्रण क्षेत्र (D-लूप) क्या है और इसमें क्या होता है?
• mtDNA की आनुवंशिक अर्थव्यवस्था नाभिकीय जीनोम से कैसे भिन्न है?

Key concepts

• गोलाकार दोहरा-फंसे जीनोम (~16.6 kb)
• भारी (H) और हल्के (L) स्ट्रैंड
• 37 जीन: 13 प्रोटीन-कोडिंग, 22 tRNA, 2 rRNA
• गैर-कोडिंग नियंत्रण क्षेत्र / विस्थापन लूप (D-लूप)
• सघन, लगभग इंट्रॉन-मुक्त संगठन जिसमें अतिव्यापी जीन होते हैं
• भिन्न माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिक कोड
• संशोधित कैम्ब्रिज संदर्भ अनुक्रम (rCRS)

Mechanisms

mtDNA के दो स्ट्रैंड बेस संरचना में भिन्न होते हैं: गुआनिन-समृद्ध भारी स्ट्रैंड और साइटोसिन-समृद्ध हल्का स्ट्रैंड, एक ऐसी विशेषता जिसका ऐतिहासिक रूप से उन्हें अलग करने के लिए उपयोग किया गया था और जो उनके विशिष्ट जीन पूरकों में परिलक्षित होती है। 1981 के पूर्ण मानव अनुक्रम (एंडर्सन और सहयोगियों) ने दिखाया कि लगभग पूरा जीनोम कोडिंग है, जिसमें जीन एक-दूसरे से सटे हुए या थोड़े अतिव्यापी होते हैं, कुछ या कोई इंट्रॉन नहीं होते हैं, और कुछ रीडिंग फ्रेम न्यूक्लियोटाइड्स साझा करते हैं; एकमात्र पर्याप्त गैर-कोडिंग खंड नियंत्रण क्षेत्र है, जिसमें उत्पत्ति और प्रमोटर होते हैं जो प्रतिकृति और प्रतिलेखन को नियंत्रित करते हैं। जीनोम ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलेशन कॉम्प्लेक्स की 13 उप-इकाइयों के साथ-साथ उनके अंग के अंदर अनुवाद के लिए आवश्यक 22 tRNA और 2 rRNA को एन्कोड करता है, जबकि शेष लगभग 1,500 माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन नाभिक में एन्कोड किए जाते हैं और आयात किए जाते हैं। समानांतर माउस अनुक्रम (बिब्ब और सहयोगियों, 1981) ने इस किफायती संगठन को एक सामान्य स्तनधारी विशेषता के रूप में पुष्टि की।

Clinical relevance

mtDNA का सघन संगठन का अर्थ है कि छोटे अनुक्रम परिवर्तन भी ऊर्जा चयापचय के लिए महत्वपूर्ण जीनों को बाधित कर सकते हैं, और कोडिंग, tRNA, या नियंत्रण क्षेत्रों के भीतर एक भिन्नता का स्थान नैदानिक आनुवंशिकी में वर्णित जैव रासायनिक परिणामों को समझाने में मदद करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक अभिविन्यास के लिए जीनोम संरचना का वर्णन करती है और व्यक्तिगत आनुवंशिक व्याख्या या देखभाल का आधार नहीं है।

History

mtDNA की संरचना को तब परिभाषित किया गया जब एंडरसन और सहयोगियों ने 1981 में मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम का पूर्ण अनुक्रम प्रकाशित किया, जो अब तक अनुक्रमित किए गए पहले पूर्ण जीनोमों में से एक था; इस कार्य ने जीन कैटलॉग, स्ट्रैंड विषमता और भिन्न आनुवंशिक कोड को स्थापित किया। समकालीन माउस अनुक्रम ने स्तनधारियों में संगठन की पुष्टि की। संदर्भ अनुक्रम को बाद में ठीक किया गया और अब इसे संशोधित कैम्ब्रिज संदर्भ अनुक्रम के रूप में उपयोग किया जाता है जिसके विरुद्ध मानव भिन्नताओं की रिपोर्ट की जाती है।

Key figures

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

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम कितना बड़ा है और इसमें कितने जीन होते हैं?

यह लगभग 16,569 बेस जोड़े का एक गोलाकार अणु है जो 37 जीनों को एन्कोड करता है: 13 जो श्वसन-श्रृंखला प्रोटीन को निर्दिष्ट करते हैं, 22 स्थानांतरण आरएनए, और 2 राइबोसोमल आरएनए।

क्या सभी माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन mtDNA द्वारा एन्कोड किए जाते हैं?

नहीं। केवल 13 पॉलीपेप्टाइड्स mtDNA द्वारा एन्कोड किए जाते हैं; अधिकांश माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन नाभिकीय जीनों द्वारा एन्कोड किए जाते हैं, साइटोप्लाज्म में बनते हैं, और अंग में आयात किए जाते हैं।