Genoma mitocondrialeGenoma mitocondriale

La maggior parte dei mitocondri contiene da 5 a 10 molecole di DNA.

Ogni cellula contiene centinaia o migliaia di mitocondri (ad eccezione degli eritrociti)

Nuovi mitocondri Nuovi mitocondri originano dalla divisione di originano dalla divisione di

quelli giquelli giàà esistentiesistenti

Organizzazione del genoma mitocondriale umanoOrganizzazione del genoma mitocondriale umano

Entrambi i filamenti (L ed H) hanno capacità codificante.

16.569 bp, no istoni, no DNA ripetitivo*

mRNA no 5’ e 3’ non tradotte

2 rRNA

22 tRNA

13 proteine

Filamento pesante(H) e leggero (L)

2 origini di replicazione (ansa D per H)

Entrambi i filamenti codificanti

2 promotori (ansa D), 2 lunghi RNA

16.569 16.569 bpbp, no istoni, no DNA , no istoni, no DNA ripetitivoripetitivo**

mRNAmRNA no 5no 5’’ e 3e 3’’ non tradottenon tradotte

2 2 rRNArRNA

22 22 tRNAtRNA

13 proteine13 proteine

Filamento pesante(H) e leggero (L)Filamento pesante(H) e leggero (L)

2 origini di replicazione (ansa D per H)2 origini di replicazione (ansa D per H)

Entrambi i filamenti codificantiEntrambi i filamenti codificanti

2 promotori (ansa D), 2 lunghi RNA2 promotori (ansa D), 2 lunghi RNA

Regione estremamente

polimorfica � utilizzata

come “impronta genetica”

in medicina forense

**

Notare la disposizione dei geni peri tRNA come “virgole” tra i geni.

Proteine codificate da geni sul DNA mitocondrialeProteine codificate da geni sul DNA mitocondriale

Molecola di DNA circolare da mitocondri di cellule epatiche di pollo: 16.775 bp.

Nonostante le differenti dimensioni, i mitocondri di tutti gli organismi contengono la

stessa quantità di DNA a singola copia, cioè quel DNA che codifica per prodotti

funzionali mitocondriali.

La differenza è che quasi tutto il genoma dei mitocondri animali è codificante,

mentre il genoma mitocondriale di funghi e piante contiene anche una gran quantità di

DNA che non codifica per alcun prodotto genico.

I cromosomi mitocondriali degli animali superiori sono più piccoli di quelli dei funghi o dei vegetali in genere.

Es. mtDNA umano = 16.569 bpmtDNA di pollo = 16.775 bpmtDNA di Drosophila = 18.000 bpmtDNA di Neurospora crassa = 60.000 bpmtDNA di lievito = 75.000 bpmtDNA delle piante = da 250.000 a 2 milioni di bp a seconda delle specie.

� Il DNA mitocondriale viene replicato (in modo asincrono) durante tutto il ciclo cellulare in modo non coordinato con la sintesi del DNA nucleare

� Il DNA mitocondriale è privo delle proteine istoniche

� Il contenuto in GC del mtDNA è spesso diverso da quello del DNA nucleare (separabili per densità)

� L’mtDNA viene duplicato dalla DNA polimerasi gamma

� Trascrizione: due grandi molecole di RNA sono tagliate successivamente per dare i singoli mRNA, tRNA e rRNA

� La presenza di ribosomi permette al mitocondrio di svolgere una propria sintesi proteica

DNA nucleare versus DNA mitocondriale DNA nucleare versus DNA mitocondriale

Confronto tra il codice (universale) del genoma Confronto tra il codice (universale) del genoma

nucleare e quello del DNA mitocondriale nucleare e quello del DNA mitocondriale

TGA ATA TGA ATA AGA AGG AAAAGA AGG AAA

Stop Ile Arg Arg Lys

Trp Met Stop Stop LysDNA

mitocondriale

DNA nucleare

� I meccanismi di riparazione del DNA generalmente mancano nei mitocondri

� Il mtDNA può essere sottoposto a livelli elevati di radicali dell’ossigeno che agiscono come mutageni

Il tasso di mutazione del Il tasso di mutazione del mtDNAmtDNA èè circa 10 volte circa 10 volte maggiore di quello nuclearemaggiore di quello nucleare

Mutanti Mutanti petitepetite di lievitodi lievito

Le mutazioni petite riguardano il DNA mitocondriale.

Nei mutanti petite di lievito il difettomitocondriale si traduce in mancanza diproduzione di ATP medianterespirazione cellulare. La produzione diATP deriva solo da fermentazione.

Con meno ATP prodotto/molecola diglucosio, i mutanti petite crescono piùlentamente delle cellule wild-type.

La teoria La teoria endosimbionticaendosimbiontica

Il genoma del DNA mitocondriale attuale e’ di circa 16 kb e codifica per 37 geniIl Il genomagenoma del DNA del DNA mitocondrialemitocondriale attualeattuale ee’’ didi circa 16 kb e circa 16 kb e codificacodifica per 37 per 37 genigeni

Cellula animale attuale Cellula vegetale

attuale