MITOKONDRIER BRYDER REGLER
Mitokondrier er små legemer, som findes i celler og som har til opgave at oxidere nedbrydningsprodukter fra føden for ved denne proces at opbygge ATP (adenosintriphosphat), et meget energirigt molekyle, der kan bruges til cellens arbejdsprocesser. Man har længe været klar over, at mitokondrierne indeholdt deres eget DNA, RNA, ribosomer og øvrigt udstyr, der behøves for at fordoble generne og lave proteiner ud fra dem. Man har desuden i flere år antaget, at alle gener vil give ophav til de samme aminosyrekæder, hvad enten genet aflæses i mitokondrier eller i cellens kerne. Man har nemlig konstateret, at vidt forskellige organismer alle aflæser generne efter den samme kode. Koden er derfor blevet anset for at være ens for alle organismer. Den genetiske kode, der koder for en bestemt aminosyre, består af 3 DNA-baser. (Baserne i DNA er A=adenin. T=thymin, C=cytosin og G=guanin). DNA-molekylet omskrives til et RNA-molekyle ved at disse baser parres på præcis måde (A, T, C og G i DNA-molekylet parres altid med henholdsvis U=uracil, A, G og C i RNA-molekylet). Dette RNAmolekyle ("meddeler-RNA" = mRNA) oversættes derefter til protein, på en sådan måde, at grupper på 3 baser af mRNA'et ("triplet-kode") udgør en kode for en bestemt aminosyre. De 4 baser i mRNA (U, A, G og C) kan samles i grupper på 3 på 64 forskellige måder, men da der kun er 20 aminosyrer, findes der oftest flere koder for samme aminosyre.Nu har det imidlertid vist sig, at denne kode, som man hidtil har anset for at være generel for alle organismer, planter såvel som dyr, ikke gælder helt for mitokondrierne. Der er tilmed forskelle mellem de genetiske koder i forskellige organismers mitokondrier. I tabellen nedenfor ses forskellige genetiske mekanismers oversættelser af den samme DNA-streng. Hvis DNA-kæden GTTCAG... var en del af et almindelig kernegen fra et dyr, en plante eller genet fra en bakterie ville aminosyrekæden standse ved den sidste "triplet-codon", som på mRNAstrengen er UGA, der normalt betyder et stopsignal. Hvis denne DNA-streng derimod var en del af en mitokondrie, som de nævnte, ville den fortsætte og for UGA Indsætte aminosyren tryptophan. Mitokondrierne i gær, i menneske og hos Neurospora-svampen viser sig desuden at have ændringer andre steder i den genetiske kode. I gærarten Saccharomyces cerevlslae ville CUA være en kode for threonin i stedet for leucin og menneskecellers mitokondrier ville for koden AUA indsætte methionin I stedet for isoleucin. I mitokondriegener fra mennesker er koderne AGA og AGG sandsynligvis stopsignaler, mens de i den almindelige kode vil stå for arginin.
Mitokondrierne adskiller sig også fra resten af cellen med hensyn til deres "transport-RNA" (=tRNA) og genernes opbygning: Mitokondrier anvender færre typer af transport-RNA end cellens cytoplasma. (Transport-RNA bruges til at transportere en bestemt aminosyre til mRNA ved proteinopbygningen). Der anvendes også færre typer af tRNA i mitokondrier end i bakterier. I mitokondrier fra mennesker, køer, gærarter og Neurospora-svampen findes der højst op til 24 tRNA-typer, mens man regner med, at der i ikke-mitokondrielle systemer anvendes mellem 32 og 40 tRNA-typer.
Da der er 64 mulige koder for aminosyrer, og da de alle skal kunne aflæses, må en del af tRNAtyperne altså kunne aflæse flere forskellige "triplet"-koder. Det sker f.eks. ved, at kun de 2 første af de 3 baser, der udgør koden, karakteriserer et bestemt tRNA. Mitokondriernes tRNA'er må altså være mindre specialiserede end tRNA'erne i cytoplasmaet.
Adskillige mitokondrie-gener har indre segmenter, som ikke koder for genproduktet. Disse segmenter betegnes "introner" (engelsk: introns). I gærarten Saccharomyces cerevisiae har man i mitokondrierne f.eks. fundet et gen for "cytochrom b", som har mindst 3 introner. Dette gen omskrives altså til en RNA-streng med mindst 3 segmenter, som først må fjernes, før det endelige mRNA er dannet. Dette endnu ufærdige RNA kan kaldes "primært omskrevet RNA" (på engelsk: "primary transcript RNA"). De stykker, der ikke skal bruges i det endelige mRNA spaltes fra, og forsøg tyder på at intron-segmenterne selv koder for noget protein, som spiller en rolle ved denne fraspaltning. Bakteriegener har ikke introner, og introner er heller ikke fundet ved sekvens-analyse af menneskets mitokondrie-DNA.
Måske udgør gensystemet i mitokondrierne et primitivt system, fordi de i lang tid har været forskånet for selektionstrykket. Man kan forestille- sig, at mitokondrierne i f.eks. gærarter er endnu mere primitive i deres DNA-struktur end selv DNA'et i bakterier. Mange ting tyder på, at mitokondrierne er udviklet fra primitive ilttålende bakterier, som er blevet optaget i værtscellerne, og lever symbiotisk med disse. Nutidens ilttålende bakterier har omkring den samme størrelse som mitokondrier og har stor lighed med hensyn til den energiproducerende mekanisme, enzymer til dannelse af ATP, komplekse molekylsystemer beregnet på transport af elektro= ner (en vigtig del af energitransportsystemet) og i det elektrokemiske potential over membraner. Desuden indeholder mitokondrierne som sagt deres eget DNA, RNA osv, og de er i stand til at formere sig i cellen ved deling. Imidlertid må de i udviklingens løb have mistet en hel del af deres DNA. Således har bakterie-DNA en længde på 1000 mikro-meter (= 1 mm), mens mitokondrie-DNA i planter er 30-40 pm, i gærarter 26 pm og i pattedyr (inklusive mennesket) kun 5 mikro-meter.
Mitokondrierne får en del af deres proteiner fra cytoplasmaets DNA. De importerede proteiner (DNA- og RNA-polymeraser, aminoacyl-tRNAsyntetaser, mitokondrielle ribosomproteiner m.v.) er biokemisk forskellige fra de proteiner, som har de tilsvarende funktioner andre steder i cellen. Kern e-DNA'et må altså have 2 slags gener for proteiner, der gør det samme arbejde. Man kan således forestille sig, at mitokondriets DNA gradvist er blevet integreret i værtens kerneDNA. Generne i mitokondrierne koder for flere vigtige proteiner, f.eks. "cytochrom b" og 3 komponenter til cytochrom-oxidase. Begge disse proteiner er involveret i det energigivende system og en integreret del af mitokondriernes indre membran. Hvis de blev dannet i cytoplasmaet uden for mitokondrierne, ville de blot ødsle energien bort, i stedet for, som i mitokondrierne, at bruge energien til at opbygge ATP, hvori energien bindes til senere brug. New Scientist 11/12-1980 s.721-23.
Artiklen her bragtes i BioNyt nr. 3
| Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden her!  |