Estrutura e Organização do DNA Mitocondrial

O DNA mitocondrial humano é uma pequena molécula circular de fita dupla, com aproximadamente 16.569 pares de bases, que codifica um conjunto compacto de genes essenciais para a fosforilação oxidativa. Sua organização densa, quase sem íntrons, suas duas fitas composicionalmente distintas e uma curta região de controle não codificadora o diferenciam do genoma nuclear, que é muito maior.

Definition

O DNA mitocondrial (mtDNA) é o genoma circular, de fita dupla e multicópia residente nas mitocôndrias; em humanos, tem cerca de 16,6 kilobases de comprimento e codifica 13 polipeptídeos da cadeia respiratória, 22 RNAs transportadores e 2 RNAs ribossômicos, com uma única região de controle não codificadora principal.

Scope

Este tópico descreve a forma física, o conteúdo gênico e as características organizacionais do genoma mitocondrial de mamíferos, com base na sequência humana completa determinada em 1981. Abrange as fitas pesada e leve, os 37 genes (13 codificadores de proteínas, 22 de tRNA, 2 de rRNA), a região de controle (alça D) e o arranjo econômico e sobreposto do genoma. Não aborda a mecânica de replicação ou herança, que são tratadas em tópicos relacionados.

Core questions

• Qual é o tamanho e a forma física do genoma mitocondrial humano?
• Quais genes o mtDNA codifica e quais proteínas mitocondriais são, em vez disso, produzidas a partir de genes nucleares?
• O que distingue a fita pesada da fita leve?
• O que é a região de controle (alça D) e o que ela contém?
• Como a economia genética do mtDNA difere do genoma nuclear?

Key concepts

• Genoma circular de fita dupla (~16,6 kb)
• Fitas pesada (H) e leve (L)
• 37 genes: 13 codificadores de proteínas, 22 de tRNA, 2 de rRNA
• Região de controle não codificadora / alça de deslocamento (alça D)
• Organização compacta, quase sem íntrons, com genes sobrepostos
• Código genético mitocondrial variante
• Sequência de Referência de Cambridge Revisada (rCRS)

Mechanisms

As duas fitas do mtDNA diferem na composição de bases: a fita pesada rica em guanina e a fita leve rica em citosina, uma propriedade explorada historicamente para separá-las e refletida em seus distintos complementos gênicos. A sequência humana completa de 1981 (Anderson e colaboradores) mostrou que quase todo o genoma é codificador, com genes adjacentes ou ligeiramente sobrepostos, poucos ou nenhum íntron, e alguns quadros de leitura compartilhando nucleotídeos; o único segmento não codificador substancial é a região de controle, que abriga origens e promotores que governam a replicação e a transcrição. O genoma codifica 13 subunidades dos complexos da fosforilação oxidativa, além dos 22 tRNAs e 2 rRNAs necessários para sua tradução dentro da organela, enquanto as aproximadamente 1.500 proteínas mitocondriais restantes são codificadas no núcleo e importadas. A sequência paralela do camundongo (Bibb e colaboradores, 1981) confirmou essa organização econômica como uma característica geral dos mamíferos.

Clinical relevance

A organização compacta do mtDNA significa que mesmo pequenas alterações na sequência podem interromper genes críticos para o metabolismo energético, e a localização de uma variante dentro das regiões codificadoras, de tRNA ou de controle ajuda a explicar as consequências bioquímicas descritas na genética clínica. Esta entrada descreve a estrutura do genoma para orientação educacional e não é uma base para interpretação genética individual ou cuidado.

History

A estrutura do mtDNA foi definida quando Anderson e colaboradores publicaram a sequência completa do genoma mitocondrial humano em 1981, um dos primeiros genomas inteiros sequenciados; este trabalho estabeleceu o catálogo de genes, a assimetria das fitas e o código genético variante. A sequência de camundongo contemporânea confirmou a organização em mamíferos. A sequência de referência foi posteriormente corrigida e agora é usada como a Sequência de Referência de Cambridge Revisada, contra a qual as variantes humanas são relatadas.

Key figures

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

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

Qual o tamanho do genoma mitocondrial humano e quantos genes ele carrega?

É uma molécula circular de cerca de 16.569 pares de bases que codifica 37 genes: 13 que especificam proteínas da cadeia respiratória, 22 RNAs transportadores e 2 RNAs ribossômicos.

Todas as proteínas mitocondriais são codificadas pelo mtDNA?

Não. Apenas 13 polipeptídeos são codificados pelo mtDNA; a grande maioria das proteínas mitocondriais é codificada por genes nucleares, produzida no citoplasma e importada para a organela.