ميتوكندريون: الفرق بين النسختين

تسمى المتقدرة التي لا تحتوي على غشاء خارجي [[ميتوبلاست]].

=== الغشاء الخارجي ===

 

يحتوي الغشاء الخارجي كذلك على إنزيمات لها أدوار متنوعة مثل تمديد [[حمض دهني|الأحماض الدهنية]]، أكسدة [[أدرينالين|الإبنيفرين]]، و[[تحلل حيوي|تفكيك]] ال[[تريبتوفان]]. من هذه: الإنزيمات [[أكسيداز أحادي الأمين]]، مختزلة-c{{فاصل}} NADH-سيتوكروم غير الحساسة لل[[روتينون]] {{#tag:ref|بالإنجليزية rotenone-insensitive NADH-cytochrome c-reductase|group="ملاحظة"}} [[هيدروكسيلاز]] ال[[كينورينين]] و[[ليغاز]] [[مرافق الإنزيم-أ|كو-أ]]—حمض دهني {{#tag:ref|بالإنجليزية fatty-acid—CoA ligase|group="ملاحظة"}}. يسمح تمزيق الغشاء الخارجي للبروتينات في الفراغ بين الغشائي بالتسرب إلى العصارة الخلوية، وهذا يؤدي إلى نوع معين من موت الخلية.<ref name=Chipuk>{{cite journal | vauthors = Chipuk JE, Bouchier-Hayes L, Green DR | title = Mitochondrial outer membrane permeabilization during apoptosis: the innocent bystander scenario | journal = Cell Death and Differentiation | volume = 13 | issue = 8 | pages = 1396–1402 | date = August 2006 | pmid = 16710362 | doi = 10.1038/sj.cdd.4401963 }}</ref> يمكن أن يرتبط الغشاء الخارجي للمتقدرة [[شبكة إندوبلازمية|بالشبكة الإندوبلازمية]] في بنية تسمى [[أغشية مرتبطة بالمتقدرة|غشاء الشبكة الإندوبلازمية المرتبط بالمتقدرة]] ({{ام|MAM|mitochondria-associated ER-membrane}}). هذا الارتباط مهم بالنسبة لتأشير الكالسيوم بين الشبكة الإندوبلازمية والمتقدرة وله دور في نقل اللبيدات بينها.<ref name="Hayashi"/> توجد خارج الغشاء الخارجي جسيمات صغيرة (قطرها 60 أنغستروم) تسمى الوحدات الفرعية الخاصة ببارسون.

|[[تريبتوفان]]

|}

 

يجب أن تُعتبر بعض هذه الاختلافات تغيُّرات كاذبة في الشيفرة الجينية بسبب ظاهرة [[تحرير الرنا]] الشائعة في المتقدرات. لدى النباتات العليا، يُعتقد أن الكودون CGG يشفِّر الحمض الأميني [[تريبتوفان]] وليس ال[[أرجنين]]، لكن اكتُشِف أن الكودون في الرنا المعالَج هو UGG وهذا يتوافق مع الشيفرة الجينية القياسية للتريبتوفان.<ref>{{cite journal | vauthors = Hiesel R, Wissinger B, Schuster W, Brennicke A | title = RNA editing in plant mitochondria | journal = Science | volume = 246 | issue = 4937 | pages = 1632–1634 | date = December 1989 | pmid = 2480644 | doi = 10.1126/science.2480644 | bibcode = 1989Sci...246.1632H }}</ref> الشيفرة الجينية ل[[مفصليات الأرجل]] خضعت لتطور موازي داخل [[شعبة (تصنيف)|شعبة]] معينة، حيث تترجِم بعض الكائنات بشكل فريد الكودون AGG إلى [[لايسين]].<ref>{{cite journal | vauthors = Abascal F, Posada D, Knight RD, Zardoya R | title = Parallel evolution of the genetic code in arthropod mitochondrial genomes | journal = PLoS Biology | volume = 4 | issue = 5 | pages = e127 | date = May 2006 | pmid = 16620150 | pmc = 1440934 | doi = 10.1371/journal.pbio.0040127 }}</ref>

جينات متقدرة واحدة لا تتم وراثتها بنفس آلية الجينات الموجودة في النواة، فعادة ما تُورث المتقدرات من أحد الوالدين فقط. لدى البشر، حين تُخصَّب [[بويضة]] بواسطة نطفة تُساهم نواة البويضة ونواة النطفة بالتساوي في المحتوى الجيني لنواة [[بويضة مخصبة|اللاقحة]] (الزيجوت). على عكس ذلك لدى المتقدرات عادة ما يأتي [[دنا المتقدرة]] من البويضة فقط. متقدرات النطفة تدخل البويضة لكنها لا تساهم بالمعلومات الجينية لل[[جنين]].<ref>Kimball, J.W. (2006) [http://home.comcast.net/~john.kimball1/BiologyPages/S/Sexual_Reproduction.html#Copulation_and_Fertilization "Sexual Reproduction in Humans: Copulation and Fertilization,"] ''Kimball's Biology Pages'' (based on ''Biology'', 6th ed., 1996) {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20151002175927/http://home.comcast.net/~john.kimball1/BiologyPages/S/Sexual_Reproduction.html |date=2 أكتوبر 2015}}</ref> بدل ذلك، تُعلَّم متقدرات الأب بواسطة ال[[يوبيكويتين]] لتحديدها لاحقا من أجل تدميرها داخل الجنين.<ref>{{cite journal | vauthors = Sutovsky P, Moreno RD, Ramalho-Santos J, Dominko T, Simerly C, Schatten G | title = Ubiquitin tag for sperm mitochondria | journal = Nature | volume = 402 | issue = 6760 | pages = 371–372 | date = November 1999 | pmid = 10586873 | doi = 10.1038/46466 | bibcode = 1999Natur.402..371S }} Discussed in [http://www.sciencenews.org/20000101/fob3.asp ''Science News''].</ref> تحتوي البويضة على عدد قليل نسبيا من المتقدرات، لكن هذه المتقدرات هي من تنجو وتنقسم لتستعمر خلايا الكائن البالغ. نتيجة لذلك -وفي معظم الحالات- تورث المتقدرات من الأمهات، وهو نمط يُعرف باسم [[وراثة غير مندلية|الوراثة الأمومية]] ويتواجد لدى معظم الكائنات بما في ذلك معظم الحيوانات. مع ذلك، يمكن أن تورَث المتقدرات لدى بعض الأجناس عن طريق الأب، وهو الحال لدى بعض النباتات [[المخروطيات|المخروطية]] باستثناء أشجار ال[[صنوبر]] وال[[طقسوس]].<ref>{{cite journal |author=Mogensen HL|year=1996 |title=The Hows and Whys of Cytoplasmic Inheritance in Seed Plants |journal=American Journal of Botany |volume=83 |pages=383–404 |doi=10.2307/2446172 |issue=3 |jstor=2446172}}</ref> بالنسبة [[بلحيات البحر البحرية|لبلحيات البحر]]، تحدث الوراثة الأبوية فقط بين ذكور هذه الأجناس.<ref>{{cite journal | vauthors = Zouros E | title = The exceptional mitochondrial DNA system of the mussel family Mytilidae | journal = Genes & Genetic Systems | volume = 75 | issue = 6 | pages = 313–318 | date = December 2000 | pmid = 11280005 | doi = 10.1266/ggs.75.313 }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Sutherland B, Stewart D, Kenchington ER, Zouros E | title = The fate of paternal mitochondrial DNA in developing female mussels, Mytilus edulis: implications for the mechanism of doubly uniparental inheritance of mitochondrial DNA | journal = Genetics | volume = 148 | issue = 1 | pages = 341–347 | date = January 1998 | pmid = 9475744 | pmc = 1459795 }}</ref><ref>[http://mbe.library.arizona.edu/data/1995/1205/3stew.pdf Male and Female Mitochondrial DNA Lineages in the Blue Mussel ''(Mytilus edulis)'' Species Group] by Donald T. Stewart, Carlos Saavedra, Rebecca R. Stanwood, Amy 0. Ball, and Eleftherios Zouros {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130518011756/http://mbe.library.arizona.edu/data/1995/1205/3stew.pdf |date=18 مايو 2013}}</ref> تم اقتراح أن وراثة المتقدرات من الأب لدى البشر تحدث بنسبة صغيرة جدا.<ref>{{cite journal | vauthors = Johns DR | title = Paternal transmission of mitochondrial DNA is (fortunately) rare | journal = Annals of Neurology | volume = 54 | issue = 4 | pages = 422–424 | date = October 2003 | pmid = 14520651 | doi = 10.1002/ana.10771 }}</ref> واقتُرح سنة 2012 في مجلة [[علم الأحياء الحالي]] أن المتقدرات التي تخفض [[مدة الحياة|مدة حياة]] الذكر تبقى في النظام لأنها تورث من الأم فقط. في المقابل يُزيل [[اصطفاء طبيعي|الاصطفاء الطبيعي]] المتقدرات التي تخفض من عمر الإناث، وعليه انتقال مثل تلك المتقدرات إلى الجيل التالي ضعيف جدا، وهذا قد يوحي بأن إناث البشر وإناث الحيوانات تميل للعيش أطول من الذكور، ويدعي كُتّاب هذه الورقة أن هذا تفسير جزئي لكون النساء تعيش متوسط عمر أكبر بخمس إلى ستة أعوام من الرجال.<ref name="pmid22863313">{{cite journal| author=Camus MF, Clancy DJ, Dowling DK| title=Mitochondria, maternal inheritance, and male aging. | journal=Curr Biol | year= 2012 | volume= 22 | issue= 18 | pages= 1717-21 | pmid=22863313 | doi=10.1016/j.cub.2012.07.018 | pmc= | url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/eutils/elink.fcgi?dbfrom=pubmed&tool=sumsearch.org/cite&retmode=ref&cmd=prlinks&id=22863313 }} </ref><ref>[https://www.bbc.co.uk/news/health-19093442 Fruit flies offer DNA clue to why women live longer]. BBC. 2 August 2012 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20190530002939/https://www.bbc.co.uk/news/health-19093442 |date=30 مايو 2019}}</ref>

 

 

 

=== ترميم الدنا ===

 

تُرمَّم شروخ السلسلة المزدوجة بواسطة ترميم [[تأشيب متماثل|التأشيب المتماثل]] في كل من دنا المتقدرة الخاص بالثدييات<ref name="pmid29116362">{{cite journal |vauthors=Dahal S, Dubey S, Raghavan SC |title=Homologous recombination-mediated repair of DNA double-strand breaks operates in mammalian mitochondria |journal=Cell. Mol. Life Sci. |volume=75 |issue=9 |pages=1641–1655 |date=May 2018 |pmid=29116362 |doi=10.1007/s00018-017-2702-y |url=}}</ref> والنبات.<ref name="pmid17396019">{{cite journal |vauthors=Odahara M, Inouye T, Fujita T, Hasebe M, Sekine Y |title=Involvement of mitochondrial-targeted RecA in the repair of mitochondrial DNA in the moss, Physcomitrella patens |journal=Genes Genet. Syst. |volume=82 |issue=1 |pages=43–51 |date=February 2007 |pmid=17396019 |doi= 10.1266/ggs.82.43|url=}}</ref> يمكن أن ترمم كذلك شروح السلسلة المزدوجة في دنا المتقدرة بواسطة [[ربط النهاية المتوسط بالتنادد المكروي]].<ref name="pmid26609070">{{cite journal |vauthors=Tadi SK, Sebastian R, Dahal S, Babu RK, Choudhary B, Raghavan SC |title=Microhomology-mediated end joining is the principal mediator of double-strand break repair during mitochondrial DNA lesions |journal=Mol. Biol. Cell |volume=27 |issue=2 |pages=223–35 |date=January 2016 |pmid=26609070 |pmc=4713127 |doi=10.1091/mbc.E15-05-0260 |url=}}</ref> رغم وجود دليل على عمليات الترميم بالعكس المباشر وترميم الدنا غير المتطابق في دنا المتقدرة، لا تزال هذه العمليات غير موصوفة ومحددَّة الخصائص بشكل جيد.<ref name="pmid27915046" />

=== انعدام دنا المتقدرة ===

== دراسات الوراثيات السكانية ==

[[ملف:MtDNA-MRCA-generations-Evolution.svg|290px|تصغير|يسار|عبر اصطفاء أو [[انحراف وراثي|انحراف عشوائي]]، خط النسل الأنثوي يرجع إلى أنثى واحدة، مثل [[حواء الميتوكوندرية]]. في هذا المثال وعبر خمسة أجيال، تمثل الألوان خطوط نسل أمومية منقرضة، وينحدر خط النسل الأمومي الأسود من [[دنا متقدرة|دنا المتقدرة]] الخاص ب[[أحدث سلف مشترك]].]]

{{مفصلة|علم الوراثة البشري الميتوكوندري}}

 

مع ذلك لا يعكس دنا المتقدرة سوى تاريخ الإناث في التجمع السكاني ولهذا يمكن أن لا يمثل تاريخ التجمع السكاني ككل. يمكن التغلب على هذا الإشكال جزئيا عبر استخدام التسلسلات الجينية الأبوية مثل المنطقة التي لا تخضع لإعادة التركيب الجيني في [[كروموسوم واي|الكروموسوم Y]].<ref name=Garrigan06/> بشكل عام، لا يمكن سوى للدراسات التي تشمل [[حمض نووي للنواة|الدنا النووي]] أيضا تقديم تاريخ تطوري شامل للتجمعات السكانية.<ref>{{cite journal | vauthors = Harding RM, Fullerton SM, Griffiths RC, Bond J, Cox MJ, Schneider JA, Moulin DS, Clegg JB | title = Archaic African and Asian lineages in the genetic ancestry of modern humans | journal = American Journal of Human Genetics | volume = 60 | issue = 4 | pages = 772–789 | date = April 1997 | pmid = 9106523 | pmc = 1712470 }}</ref>

تضرُّرُ المتقدرات والخلل الوظيفي الناتج عن ذلك عامل مهم في مجموعة من الأمراض البشرية وذلك بسبب تأثيرها في أيض الخلية. عادة ما تتجلى الاضطرابات المتقدرية على أنها اضطرابات عصبية مثل ال[[توحد]].<ref name="Griffiths"/> كما يمكنها أن تتجلى على شكل: [[اعتلال عضلي]]، [[السكري]]، اعتلال الغدد الصماء المتعدد، والعديد من الاضطرابات الجهازية الأخرى.<ref name=Zeviani>{{cite journal | vauthors = Zeviani M, Di Donato S | title = Mitochondrial disorders | journal = Brain | volume = 127 | issue = Pt 10 | pages = 2153–2172 | date = October 2004 | pmid = 15358637 | doi = 10.1093/brain/awh259 }}</ref> تشمل الأمراض التي تحدث بسبب طفرة في دنا المتقدرة: [[متلازمة كيرنز ساير]]، [[متلازمة ميلاس]] و[[اعتلال ليبر العصبي البصري الوراثي]].<ref name="pmid15861210">{{cite journal | vauthors = Taylor RW, Turnbull DM | title = Mitochondrial DNA mutations in human disease | journal = Nature Reviews. Genetics | volume = 6 | issue = 5 | pages = 389–402 | date = May 2005 | pmid = 15861210 | pmc = 1762815 | doi = 10.1038/nrg1606 }}</ref> في معظم الحالات، تنتقل هذه الأمراض بواسطة الأم إلى أبنائها وذلك لأن [[بويضة مخصبة|اللاقحة]] تحصل على متقدراتها -ومنه دنا المتقدرة- من البويضة. يُعتقد أن سبب أمراضٍ مثل: [[متلازمة كيرنز ساير]]، متلازمة بيرسون و[[شلل العين التقدمي الخارجي المزمن]] يعود إلى إعادات تنظيم دنا المتقدرة واسعة النطاق، بينما أمراض أخرى مثل: متلازمة ميلاس، اعتلال ليبر العصبي البصري الوراثي، الصرع الرمعي العضلي ذو الألياف الرثة ({{ام|MERRF|myoclonic epilepsy with ragged red fibers }}) وأخرى سببها [[طفرة نقطية|طفرات نقطية]] في دنا المتقدرة.<ref name=Zeviani/>

[[ملف:Ragged red fibres - gtc - very high mag.jpg|280px|تصغير|يمين|[[صورة مجهرية]] تُظهر ألياف حمراء رثة وممزقة، وهو أمر يحدث في مختلف أنواع أمراض المتقدرة، الصورة [[خزعة عضلية]] مصبوغة ب[[صباغ ثلاثي الكروم لجوموري]].]]

 

=== علاقة محتملة بالشيخوخة ===

نظرا لدور المتقدرة كمركز لتوليد الطاقة في الخلية، يمكن أن يكون هنالك بعض التسرب لإلكتروناتٍ عالية الطاقة في السلسلة التنفسية لتشكيل [[أنواع الأكسجين التفاعلية|أنواع الأكسجين التفاعلي]]. ويُعتقد أن هذا يمكن أن يُنتِج [[إجهاد تأكسدي|إجهادا تأكسديا]] معتبرا في المتقدرات ذات المعدل العالي في طفرات [[دنا متقدرة|الدنا المتقدري]] الخاص بها.<ref>{{cite journal | vauthors = Richter C, Park JW, Ames BN | title = Normal oxidative damage to mitochondrial and nuclear DNA is extensive | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 85 | issue = 17 | pages = 6465–6467 | date = September 1988 | pmid = 3413108 | pmc = 281993 | doi = 10.1073/pnas.85.17.6465 | bibcode = 1988PNAS...85.6465R }}</ref> فرضية وجود روابط بين الشيخوخة والإجهاد التأكسدي ليست جديدة وتم اقتراحها سابقا سنة 1956،<ref>{{cite journal | vauthors = Harman D | title = Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry | journal = Journal of Gerontology | volume = 11 | issue = 3 | pages = 298–300 | date = July 1956 | pmid = 13332224 | doi = 10.1093/geronj/11.3.298 | citeseerx = 10.1.1.663.3809 }}</ref> ثم ظهرت نسخة محسنة منها باسم [[نظرية المتقدرة للشيخوخة|نظرية الجذور الحرة المتقدرية للشيخوخة]].<ref>{{cite journal | vauthors = Harman D | title = The biologic clock: the mitochondria? | journal = Journal of the American Geriatrics Society | volume = 20 | issue = 4 | pages = 145–147 | date = April 1972 | pmid = 5016631 | doi = 10.1111/j.1532-5415.1972.tb00787.x }}</ref> يُعتقد أن دورة ضارة تحدث -بينما يؤدي الإجهاد التأكسدي إلى طفرات في دنا المتقدرة- والتي يمكن أن تؤدي إلى اضطرابات إنزيمية والمزيد من الإجهاد التأكسدي.

 

== تاريخ البحث والاكتشاف ==

 

أثبتت تجارب أجريت سنة 1939 باستخدام خلايا عضلية مفرومة أن التنفس الخلوي باستخدام ذرة أكسجين واحدة يمكن أن يشكل جزيئتي ATP، وفي سنة 1941 طور [[فريتس ليبمان]] مفهوم أن روابط الفوسفات في الـATP هي شكل من الطاقة في الأيض الخلوي. في الأعوام التالية، أكتُشفت تفاصيل أكثر حول التنفس الخلوي، رغم أن علاقته مع المتقدرات لم تكن معروفة.<ref name=Ernster/> سمح ابتكار [[تجزيء خلوي|تجزيء النسيج]] بواسطة [[ألبير كلود]] بعزل المتقدرات من بقية أجزاء الخلية وإجراء الدراسات عليها وحدها، واستنتج ألبير كلود سنة 1946 أن [[سيتوكروم سي أكسيداز|سيتوكروم أكسيداز]] وإنزيمات أخرى مسؤولة عن السلسلة التنفسية تتواجد في المتقدرات. اكتشف [[يوجين كينيدي]] و[[ألبرت ليننغر]] سنة 1948 أن المتقدرات هي موقع [[فسفرة تأكسدية|الفسفرة التأكسدية]] لدى حقيقيات النوى، ومع مرور الوقت تم تطوير طريقة التجزيء أكثر وتحسنت جودة المتقدرات المستخلصة وتم اكتشاف تواجد عناصر أخرى من السلسلة التنفسية في المتقدرات.<ref name=Ernster/>