Struktur dan Organisasi DNA Mitokondria

DNA mitokondria manusia adalah molekul sirkular untai ganda kecil dengan sekitar 16.569 pasangan basa yang mengkodekan serangkaian gen ringkas yang esensial untuk fosforilasi oksidatif. Organisasinya yang padat, hampir bebas intron, dua untai dengan komposisi yang berbeda, dan daerah kontrol non-pengkodean yang pendek membedakannya dari genom nukleus yang jauh lebih besar.

Definition

DNA mitokondria (mtDNA) adalah genom sirkular, untai ganda, multikopi yang berada di mitokondria; pada manusia panjangnya sekitar 16,6 kilobasa dan mengkodekan 13 polipeptida rantai pernapasan, 22 RNA transfer, dan 2 RNA ribosom, dengan satu daerah kontrol non-pengkodean utama.

Scope

Topik ini menjelaskan bentuk fisik, kandungan gen, dan fitur organisasi genom mitokondria mamalia, berdasarkan sekuens lengkap manusia yang ditentukan pada tahun 1981. Ini mencakup untai berat dan ringan, 37 gen (13 pengkode protein, 22 tRNA, 2 rRNA), daerah kontrol (D-loop), dan susunan genom yang ekonomis dan tumpang tindih. Ini tidak mencakup mekanisme replikasi atau pewarisan, yang dibahas dalam topik terkait.

Core questions

• Berapa ukuran dan bentuk fisik genom mitokondria manusia?
• Gen apa saja yang dikodekan oleh mtDNA dan protein mitokondria mana yang justru dibuat dari gen nukleus?
• Apa yang membedakan untai berat dari untai ringan?
• Apa itu daerah kontrol (D-loop) dan apa yang dikandungnya?
• Bagaimana ekonomi genetik mtDNA berbeda dari genom nukleus?

Key concepts

• Genom sirkular untai ganda (~16,6 kb)
• Untai berat (H) dan ringan (L)
• 37 gen: 13 pengkode protein, 22 tRNA, 2 rRNA
• Daerah kontrol non-pengkodean / displacement loop (D-loop)
• Organisasi padat, hampir tanpa intron dengan gen tumpang tindih
• Kode genetik mitokondria varian
• Sekuens Referensi Cambridge yang Direvisi (rCRS)

Mechanisms

Kedua untai mtDNA berbeda dalam komposisi basa: untai berat yang kaya guanin dan untai ringan yang kaya sitosin, sebuah sifat yang secara historis dimanfaatkan untuk memisahkannya dan tercermin dalam komplemen gennya yang berbeda. Sekuens lengkap manusia tahun 1981 (Anderson dan rekan) menunjukkan bahwa hampir seluruh genom adalah pengkodean, dengan gen yang berdekatan atau sedikit tumpang tindih, sedikit atau tanpa intron, dan beberapa kerangka baca berbagi nukleotida; satu-satunya segmen non-pengkodean yang substansial adalah daerah kontrol, yang menampung asal dan promotor yang mengatur replikasi dan transkripsi. Genom mengkodekan 13 subunit kompleks fosforilasi oksidatif ditambah 22 tRNA dan 2 rRNA yang diperlukan untuk translasi di dalam organel, sementara sekitar 1.500 protein mitokondria lainnya dikodekan di nukleus dan diimpor. Sekuens tikus paralel (Bibb dan rekan, 1981) mengkonfirmasi organisasi ekonomis ini sebagai fitur umum mamalia.

Clinical relevance

Organisasi mtDNA yang ringkas berarti bahwa bahkan perubahan sekuens kecil dapat mengganggu gen yang penting untuk metabolisme energi, dan lokasi varian dalam daerah pengkodean, tRNA, atau kontrol membantu menjelaskan konsekuensi biokimia yang dijelaskan dalam genetika klinis. Entri ini menjelaskan struktur genom untuk orientasi pendidikan dan bukan merupakan dasar untuk interpretasi atau perawatan genetik individu.

History

Struktur mtDNA didefinisikan ketika Anderson dan rekan menerbitkan sekuens lengkap genom mitokondria manusia pada tahun 1981, salah satu genom utuh pertama yang pernah diurutkan; pekerjaan ini menetapkan katalog gen, asimetri untai, dan kode genetik varian. Sekuens tikus kontemporer mengkonfirmasi organisasi di seluruh mamalia. Sekuens referensi kemudian dikoreksi dan sekarang digunakan sebagai Sekuens Referensi Cambridge yang direvisi sebagai dasar pelaporan varian manusia.

Key figures

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

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

Seberapa besar genom mitokondria manusia dan berapa banyak gen yang dibawanya?

Ini adalah molekul sirkular sekitar 16.569 pasangan basa yang mengkodekan 37 gen: 13 yang menentukan protein rantai pernapasan, 22 RNA transfer, dan 2 RNA ribosom.

Apakah semua protein mitokondria dikodekan oleh mtDNA?

Tidak. Hanya 13 polipeptida yang dikodekan oleh mtDNA; sebagian besar protein mitokondria dikodekan oleh gen nukleus, dibuat di sitoplasma, dan diimpor ke dalam organel.