Tragom zvezda

Mitohondrijalna DNK

Mitohondrije su majušne organele, sastavni delovi svake ćelije. Ne nalaze se u ćelijskom jezgru, sitnoj vrećici u sredini ćelije koja sadrži hromozome, već u delu ćelije koju nazivamo citoplazma. Pomoću njih ćelije koriste kiseonik i proizvode energiju. Što je ćelija aktivnija potrebno joj je više energije, pa sadrži više mitohondrija. U aktivnim tkivima – mišićima, nerima i mozgu – svaka ćelija sadrži i do hiljadu mitohondrija. Svaka mitohondrija je umotana u dve membrane. Unutrašnja sadrži enzime za obavljanje završne faze u procesu metabolizma kiseonika. Ti enzimi su organizovani u zamršenu strukturu. Gorivo koje u organizam unesemo hraneći se, u toj fazi sagoreva u moru kseonika. Naravno, nema plamena. Kiseonik se potpuno razgrađuje, pa ipak, proces je vrlo sličan sagorevanju gasa u lampi na gas ili sagorevanju u motoru automobila. Gorivo i kiseonik zajednički proizvode energiju.

Mitohondrijalna DNK

Vatra i motori proizvode energiju u obliku svetla i toplote. Pri sagorevanju goriva u našem organizmu mitohondrije ne emituju svetlost nego stvaraju toplotu pa je naše telo i zbog toga toplo. Međutim, najvažniji produkt aktivnosti mitohondrija jeste molekul vrlo velike energije, adenozin-trifosfat (ATP), neophodan za obavljanje doslovno svih funkcija u organizmu, od stezanja srčanog mišića do funkcija nerava u retini (upravo zato možete da čitate ovaj tekst) sve do ćelija u mozgu kojima shvatamo to što smo pročitali. U središtu svake mitohondrije nalazi se maleni delić DNK, mini – hromozom dug samo 16 500 baza, puka minijatura kada se uporedi s činjenicom da hromozomi jedra sadrže tri hiljade miliona baza. Nastupilo je poprilično iznenađenje kada je u mitohondrijama otkrivena DNK. A reč je o vrlo posebnim stvarčicama. Pre svega, dvostruki lanac ove DNK je kružni. Bakterije i drugi mikroorganizmi imaju kružne hromozome, ali nemaju ih složeni višećelijski organizmi, pa samim tim ni ljudi. Evo još jednog iznenađenja: genetički kod u mitohondrijalnoj DNK neznatno je drugačiji od koda u hromozomima jedra. Mitohondrijalni geni sadrže kod za enzime koji deluju unutar mitohondrija sa zadatkom da za sebe vežu kiseonik. Međutim, mnogi geni koji upravljaju radom mitohondrija čvrsto su ugnježdeni u hromozomima ćelijskog jedra. Otkuda sve to? Objašnjenje je zbilja izuzetno. Kako se sada zna, u pradavna vremena mitohondrije su bile slobodne bakterije. Onda su, pre više stotina miliona godina, krenule u invaziju na složene ćelije. Stoga bismo mogli da ih nazovemo parazitima ili njihov odnos s tim ćelijama možemo smatrati simbiozom u kojoj su se okoristile obe strane. Ćelije su oprilično ućarile – počele su da iskorišćavaju kiseonik. Od iste količine goriva stvaraju mnogo više molekula ATP nego kada ne koriste kiseonik. Ni mitohondrije nisu loše prošle, sigurno im je bilo mnogo udobnije u ćeliji nego van nje. Sasvim lagano, kroz milione godina, neki mitohondrijalni geni preneseni su u jedro i tamo su ostali. Dakle, mitohondrije su danas zarobljene u ćelijama i ne mogu se vratiti u spoljašnji svet čak i da to žele. Postale su genetički institucionalizovane. Dokazi neuspešnih prelaza gena između mitohondrija i jedra vidljivi su i dan danas. Hromozomi nose kršod delića razbijenih mitohondrijalnih gena koji su tokom evolucije prešli u jedro. Pošto nisu cli, nemaju nikakvu funkciju. Oni su svojevrsni molekularni fosili, puk svedoci davnašnjih neuspešnih prelaza.

Mitohondrije su još po nečemu specifične. Dok DNK u hromozomima jedra nasleđujemo od oba roditelja, mitohondrije nasleđujemo isključivo od majke. U citoplazmi ženske jajne ćelije ima 250 000 mitohondrija a u spermatozoidima ih je veoma malo, tek toliko da obezbede energiju za kretanje uz zidove materice, na putu prema jajnoj ćeliji. Pošto samo jedan spermatozoid uspe da prodre u jajnu ćeliju da bi predao svoj tovar hromozomima jedra, mitohondrije mu više ne trebaju pa bivaju odbačene zajedno s repom spermatozoida. Dakle, u jajnu ćeliju ulazi samo glava spermatozoida, u njoj je tovar s DNK jedra. Nabubrela, oplođena jajna ćelija sadrži DNK od oba roditelja. Ona ima samo mitohondrije koje su oduvek bile tu, u njenoj citoplazmi. Sve potiču isključivo od majke. Potom oplođena jajna ćelija počinje da se deli i deli. Prvo se oblikuje embrion, zatim fetus pa dete od koga najčešće nastane odrasla osoba. U tom procesu u ćelijama postoje samo kopije mitohondrija iz majčine jajne ćelije. Iako se mitohondrije nalaze u svim ćelijama i muškaraca i žena, samo ih žene prenose na potomstvo jer se jajne ćelije stvaraju samo u ženskom organizmu. Očevi potomstvu prenose DNK jedra, a njihova mitohondrijalna DNK ostaje tamo gde je i bila. DNK i u mitohondrijama i u jedru menja se spontano, kroz jednostavne greške tokom replikacije koja prati deobu ćelija. U ćelijama postoje svojevrsni mehanizmi za ispravljanje grešaka, ali ponekad, greška se provuče. Ukoliko mutacije nastanu u ćelijama koje proizvode jajne ćelije ili spermatozoide mogu da se prenesu na potomstvo. Dalje se ne prenose mutacije koje nastaju u drugim ćelijama u organizmu (somatskim ćelijama). Većina mutacija DNK nema nikakvog efekta. Ako pogode ili onesposobe neki vrlo važan gen, mutacije postaju vidljive, ali to se zbiva u veoma retkim slučajevima. Takve mutacije mogu da izazovu vrlo teška genetička oboljenja. Najčešće su ipak bezazlene. Mutacije u jedru DNK izuzetno su retke: važi gruba procena da pri svakoj deobi ćelija mutira otprilike samo jedna od milijardu baza nukleotida. Kontrola grešaka u mitohondrijama nije tako stroga i propušta oko dvadeset puta više mutacija. Sledi da se u mitohondrijalnoj DNK događa mnogo više promena nego u istoj količini DNK jedra. Znači, molekularni sat po kome pomoću DNK izračunavamo protok vremena u mitohondrijama, otkucava mnogo brže nego u jedru. Zbog toga su mitohondrije još pogodnija alatka za proučavanje ljudske evolucije. Kada bi mutacije u njima zaista bile tako retke, tada bi veliki broj ljudi imao identičnu mitohondrijalnu DNK i ne bi bilo dovoljno varijeteta prema kojima bi se rekonstruisali razvojni procesi tokom vremena. Pomenućemo još jedno korisno svojstvo. Mutacije se dešavaju u svim delovima kružne strukture mitohondrijalne DNK no na jednom kratkom segmentu DNK izuzetno su česte. Taj deo DNK, dugačak otprilike 500 baza nukleotida, zove se kontrolno područje. Za razliku od ostalog dla mitohondrijalne DNK, u posmatranom segmentu nema posebnih kodova – otuda u njemu tolike mutacije. Da ih ima, mnoge mutacije bi se odrazile na delovanje mitohondrijalnih enzima. Ponekad se mutacije dese u delovima mitohondrijalne DNK van kontrolnog područja. Ukoliko se jave mutacije gena i oštete važne delove mitohondrijalnog mehanizma, posledice su neka retka neurološka oboljenja. Oštećene mitohondrije najčešće ne prežive i samo se retke prenose sledećoj generaciji. Te mutacije, dakle postepeno same nestaju. Za razliku od njih mutacije u kontrolnom području ne iššezavaju zato što to područje nema nikakvu funkciju. One su neutralne. Kao da taj segment DNK mora postojati da bi se mitohondrije pravilno delile, ali redosled baza u njemu uopšte nije važan. Evo idealne situacije za istraživanja: imamo kratak segment DNK prepun neutralnih mutacija. Mnogo bi brže i jeftinije bilo očitati sekvencu DNK u kontrolnom području, gde je samo pet stotina baza, nego čitav redosled mitohondrijalne DNK u više od šesnaest hiljada baza. Međutim, pitanje je da li bi kontrolno područje bilo dovoljno stabilno za proučavanje evolucije čoveka. Bil bi nam neverovatno teško da uočimo obrasce koji se dosledno ponavljaju tokom dužih perioda ukoliko bi kontrolno područje mutiralo vrlo često i sa svakom generacijom. Još od kada se ojavio Vilsonov rad znalo se da ako zađemo preduboko u istoriju Homo sapiensa istražujući mitohondrijalnu DNK moramo da obuhvatimo najmanje 150 000 godina ljudske evolucije, što je oko 6000 generacija. U ovom trenutku pomoć je stigla iz nenadanog izvora. Naime jedna vrsta hrčka, sirijski hrčak nađen u blizini Alepa u Siriji, ispostaviće se ima samo jednu ženku kao majku svih hrčaka. Mitohondrijalna DNK svih hrčaka ove vrste je identična što ukazuje na mogućnost da i mnogi ljudi imaju istu mitohondrijalnu DNK, što znači da vode poreklo od jedne pramajke. Ispostaviće se kasnije da svi evropljani vode poreklo od 7 žena.

RSS
Follow by Email
Facebook
Twitter