Google+ Η εποποιία των μιτοχονδρίων : Biology4u.gr

Η εποποιία των μιτοχονδρίων

Έχει καταχωριστεί στις κατηγορίες: ΑΦΙΕΡΩΜΑΤΑ από στις 14 Ιουνίου 2014

Tο biology4u.gr αποφάσισε να αρχίσει μια σειρά αφιερωμάτων για τα σημαντικά οργανίδια του κυττάρου. Στα αφιερώματα αυτά θα συμπεριλάβουμε τις απαραίτητες πληροφορίες για την ταυτότητα κάθε οργανιδίου, ώστε να κατατοπίζεται ο αμύητος αναγνώστης, και αρκετές για την ιστορία της ανακάλυψής τους. Με τις τελευταίες, που απευθύνονται στους μυημένους, κυρίως, αναγνώστες, θα προσπαθήσουμε να ξεδιπλώσουμε την περιπέτεια της ανακάλυψης κάθε οργανιδίου· να ακολουθήσουμε τους μαιάνδρους με τους οποίους εξιχνιάστηκε η δομή και η λειτουργία τους και τέλος, να γνωρίσουμε τους ανθρώπους που κρύβονται πίσω από κάθε ψηφίδα, στο παζλ των γνώσεων που έχουμε αποκτήσει για κάθε οργανίδιο.

Μιτοχόνδρια

Θα αρχίσουμε λοιπόν με τα μιτοχόνδρια. Αυτά τα ιδιόρρυθμα κυτταρικά οργανίδια, που ενώ αψηφούν την κυριαρχία του πυρήνα και των εντολών του, παρέχουν σε όλα σχεδόν τα ευκαρυωτικά κύτταρα την ενέργεια που χρειάζονται, ώστε να παράγουν κάθε μορφή βιολογικού έργου που απαιτεί η επιβίωσή τους.

Η ταυτότητα των μιτοχονδρίων

Πολλά παλαιά, αλλά ακόμη και σύγχρονα σχολικά εγχειρίδια, παρομοιάζουν τα μιτοχόνδρια σαν τους σταθμούς παραγωγής ενέργειας των κυττάρων, μια μεταφορά που όσο διδακτική κι αν είναι, είναι απατηλή και κάνει τα κόκκαλα του Καρνώ να τρίζουν, καθώς η ενέργεια δεν παράγεται και δεν καταναλώνεται, απλώς αλλάζει μορφές και μεταφέρεται.

Στην πραγματιmitochondriaκότητα λοιπόν, τα μιτοχόνδρια αποτελούν τους σημαντικότερους παραγωγούς ενός μορίου το οποίο εναποθηκεύει πρόσκαιρα και για άμεση χρήση ενέργεια, όπως ακριβώς τα χρήματα που έχουμε στο πορτοφόλι μας, εναποθηκεύουν μια ανταλλακτική αξία: Δεν αποτελούν το σύνολο της περιουσίας μας, μάς βοηθούν ωστόσο να πραγματοποιούμε άμεσες συναλλαγές που δεν μπορούν να γίνουν με την ακίνητη λ.χ. περιουσία που διαθέτουμε.  

Σε αυτό λοιπόν το μόριο που ονομάζεται ΑΤΡ, τα κύτταρά μας «καταθέτουν» την ενέργεια που απελευθερώνεται από την ακίνητη «ενεργειακή» περιουσία τους, τα λίπη και τα σάκχαρα, για να είναι διαθέσιμη όποτε τη χρειάζονται. Υπάρχουν μάλιστα στα μιτοχόνδρια δύο διαδικασίες  με τις οποίες η οξείδωση των λιπών και των σακχάρων, απελευθερώνει ενέργεια που παγιδεύεται στο ΑΤΡ. Είναι η οξειδωτική φωσφορυλίωση (κυρίως) και ο κύκλος του Krebs, που όποιος ενδιαφέρεται για τις λεπτομέρειές τους, μπορεί να ανατρέξει  στους συνδέσμους που έχουμε επισυνάψει.

Πάντως, το εκκεντρικό χαρακτηριστικό των μιτοχονδρίων είναι ότι, διαθέτοντας δικό τους γενετικό υλικό και ριβοσώματα, μπορούν να απολαμβάνουν ένα είδος γενετικής αυτονoμίας, μια και είναι ικανά να παράγουν πρωτεΐνες, κατ΄εντολήν του δικού τους DNA, και όχι του DNA του πυρήνα. Αυτό λοιπόν το χαρακτηριστικό (μαζί με άλλα) ώθησε την Lynn Margulis, να διατυπώσει το 1966, μια ευφάνταστη, αλλά πλέον αποδεκτή θεωρία, την Ενδοσυμβιωτική Θεωρία. Σύμφωνα με αυτήν τα σύγχρονα μιτοχόνδρια, αλλά και οι χλωροπλάστες, αποτελούν τα απομεινάρια προκαρυωτικών οργανισμών που εισέδυσαν, πριν 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια, σε άλλα προκαρυωτικά κύτταρα, από τα οποία εξελίχθηκαν τα πρώτα ευκαρυωτικά (φυτικά και ζωικά) κύτταρα. 

endosymbiosisΑν λοιπόν τα πράγματα έγιναν έτσι, και όλες οι ενδείξεις συνηγορούν γι΄αυτό, τότε στα ευκαρυωτικά κύτταρα, (άρα και στα κύτταρα του οργανισμού μας) τα μιτοχόνδρια αποτελούν ζωντανά απολιθώματα που συμβιώνουν μαζί τους, αποκομίζοντας αμοιβαία ωφέλεια: Τα ευκαρυωτικά κύτταρα παραλαμβάνουν από τα μιτοχόνδρια το απαραίτητο ΑΤΡ και σε ανταπόδοση, παρέχουν στα μιτοχόνδρια τις πρωτεΐνες που δεν μπορούν να παραγάγουν, καθώς και το απαραίτητο περιβάλλον για την επιβίωση τους, ως οργανιδίων του κυττάρου. Για όποιον λοιπόν επιθυμεί να διαβάσει πρόσθετες λεπτομέρειες για τη θεωρία της  Margulis, μπορεί να τις αναζητήσει στον σύνδεσμο που επισυνάψαμε.

Με την ευκαιρία, ας πούμε, ότι η Margulis τη δεκαετία του 70 συνέβαλε στη δημιουργία μιας άλλης ευφάνταστης θεωρίας, της θεωρίας της Γαίας, σύμφωνα με την οποία η Γη συμπεριφέρεται ως ένας οιονεί γιγαντιαίος οργανισμός με ενδογενή ικανότητα αυτορρύθμισης, ώστε να εξασφαλίζει την επιβίωση των οργανισμών-οργανιδίων που ζουν πάνω της και τη συνέχειά της. Αυτή όμως η θεωρία αντιμετώπισε τον σκεπτικισμό της επιστημονικής κοινότητας, και έχει βάσιμα αμφισβητηθεί. 

Ας επιστρέψουμε όμως στα μιτοχόνδρια προκειμένου να αναφερθούμε στη γενετική τους και στη σημασία της για την ανθρώπινη επιστήμη αλλά και την ανθρώπινη υγεία. 

Το γενετικό υλικό τους, ένα κυκλικό κατά κανόνα μόριο, μεταβιβάζεται στα παιδιά ενός ζευγαριού, από τη μητέρα και όχι από τον πατέρα τους. Αυτή η «μητριαρχική» συμπεριφορά των μιτοχονδρίων, οφείλεται στο γεγονός, ότι ενώ το ωάριο περιέχει χιλιάδες μιτοχόνδρια, τα οποία διασώζονται στο ζυγωτό που θα δημιουργηθεί, το σπερματοζωάριο περιέχει μια περίπου 100αδα, που στην πλειονότητά τους καταστρέφονται κατά τη διαδικασία της γονιμοποίησης. Φυσικά, καθώς το ζυγωτό υφίσταται αλλεπάλληλες κυτταρικές διαιρέσεις, κάθε θυγατρικό κύτταρο που δημιουργείται παίρνει ένα μέρος των μιτοχονδρίων του κυττάρου από το οποίο προέκυψε, που αφού τα διπλασιάσει τα διανέμει στους απογόνους του, έτσι ώστε κάθε κύτταρο του οργανισμού μας να περιέχει (ανάλογα με το είδος του ιστού στον οποίο ανήκει) ένα μεγάλο αριθμό μιτοχονδρίων.  

mitogentree

Όλα τα μέλη μιας οικογένειας που η γιαγιά φέρει ένα μιτοχονδριακό γονίδιο για ένα γνώρισμα, θα προσλάβουν το γονίδιο, μόνο όμως τα θηλυκά θα το μεταβιβάσουν στους απογόνους τους.

Συνεπώς τα κύτταρά μας φέρουν τα μιτοχόνδρια της μητέρας μας, αυτή της γιαγιάς μας, κ.ο.κ. μέχρι να φτάσουμε πίσω στη «μιτοχονδριακή Εύα» της οποίας τα μιτοχόνδρια, διανεμήθηκαν σε όλη την ανθρωπότητα που έζησε ποτέ.

Επειδή όμως ο διπλασιασμός των μιτοχονδρίων προϋποθέτει την αντιγραφή του DNA τους, και επειδή,  όποτε αντιγράφεται το DNA, καιροφυλακτεί το ενδεχόμενο λάθους, συμβαίνουν μεταλλάξεις. Μάλιστα οι μεταλλάξεις αυτές είναι 20 φορές πιθανότερες, σε σύγκριση με τις μεταλλάξεις του πυρηνικού DNA, διότι τα μιτοχόνδρια δεν διαθέτουν μηχανισμό επιδιόρθωσης κατά την αντιγραφή του γενετικού υλικού τους.

Έτσι μελετώντας τις διαφορές στις αλληλουχίες του γονιδιώματος των μιτοχονδρίων ανθρώπων που ζουν σε διαφορετικές περιοχές του κόσμου, τις διαφορές στις αλληλουχίες του γονιδιώματoς των μιτοχονδρίων οστών ανθρώπων που έζησαν κατά το παρελθόν, μπορούμε να ιχνηλατήσουμε τις καταγωγικές γραμμές των διαφόρων ανθρώπινων ομάδων, τους μεταναστευτικούς δρόμους που ακολούθησαν, την ίδια την εξέλιξη του είδους μας.

Αν αναρωτιέστε για τη σημασία της γενετικής των μιτοχονδρίων στην ανθρώπινη υγεία, η απάντηση είναι ότι το κυκλικό μόριό τους φέρει 37 μόλις γονίδια, από τα οποία 13 κωδικοποιούν πρωτεΐνες που είναι αναγκαίες στην οξειδωτική φωσφορυλίωση. Από μεταλλάξεις λοιπόν, αυτών των γονιδίων προκύπτουν μιτοχονδριακά νοσήματα στα οποία συμπεριλαμβάνονται μεταβολικές δυσλειτουργίες και επίσης διάφορες μυοπάθειες, ενώ υπάρχουν έρευνες που υποδηλώνουν ότι μπορεί να σχετίζονται με τη διαδικασία της γήρανσης και της παθολογίας που απορρέει από αυτήν. 

Κλείνοντας την παρουσίαση των μιτοχονδρίων, και πριν περάσουμε στην ιστορία της ανακάλυψής της, είναι χρήσιμο να αναφερθεί ότι καμία από τις λειτουργίες τους δεν θα ήταν δυνατή, αν τα μιτοχόνδρια δεν διέθεταν την κατάλληλη δομή που να τις επιτρέπει. Ότι τα μιτοχόνδρια περιέχουν DNA και ριβοσώματα είναι προφανές ότι τους χαρίζει γενετική αυτοδυναμία. Ότι διαθέτουν στο εσωτερικό τους (ονομάζεται μήτρα) τα ένζυμα του κύκλου του Krebs τα καθιστά ικανά να τον φέρουν σε πέρας. Τέλος στις αναδιπλώσεις της μιας από τις δύο μεμβράνες που διαθέτουν (της εσωτερικής), η κατάλληλη διάταξη των ενζύμων που συμμετέχουν στην οξειδωτική φωσφορυλίωση επιτρέπει τη διεξαγωγή της, δηλαδή την κατάθεση της ενέργειας που απελευθερώνει η οξείδωση των λιπών και των σακχάρων στο μόριο του ΑΤΡ. 

Η ιστορία της ανακάλυψης  των μιτοχονδρίων

Οι βιοβλάστες του Altmann σε ηπατικά κύτταρα ποντικού

Αν και πολλές από τις γνώσεις μας για τα μιτοχόνδρια είναι προϊόντα έρευνας των τελευταίων δεκαετιών, τα οργανίδια αυτά είναι παλαιοί μας γνώριμοι, καθώς έχουμε αντιληφθεί την ύπαρξή τους, περισσότερο από ενάμιση αιώνα πριν. Τόσο η ταυτοποίησή τους, όσο και η εξιχνίαση των λεπτομερειών της δομής και της λειτουργίας τους, είναι αποτέλεσμα της εργασίας δεκάδων επιστημόνων, που ο καθένας προσέθεσε τη δική του ψηφίδα, στη γνώση που κατέχουμε σήμερα. 

Πότε, και πώς, αντιληφθήκαμε την ύπαρξή τους

Η πρώτες καταγραφές ενδοκυτταρικών δομών, που αναφέρονται πιθανώς σε αυτά, μας πηγαίνουν πίσω στα 1840, δηλαδή τότε περίπου που ανακαλύφθηκε ο πυρήνας του κυττάρου (1831). O πρώτος όμως ερευνητής που τα περιέγραψε με σαφήνεια, ήταν ο γερμανός ιστολόγος Richard Altmann, που τους έδωσε την ονομασία βιοβλάστες το 1890. Ο Altmann, κατά ένα περίεργο και προφητικό τρόπο, πίστευε πως αποτελούν αυτοτελείς οργανισμούς που ζουν μέσα στα κύτταρα, φέροντας σε πέρας ζωτικές λειτουργίες.

Λίγα χρόνια αργότερα το 1898, ο επίσης Γερμανός μικροβιολόγος Carl Benda, έδωσε στα μιτοχόνδρια το σύγχρονο όνομά τους, χρησιμοποιώντας τις ελληνικές λέξεις μίτος (νήμα) και χόνδρος (αρχ. σφαιρικό σωμάτιο), για να αποδώσει τη μορφή με την οποία γίνονταν αντιληπτά στο οπτικό μικροσκόπιο μετά τη χρώση τους με κρυσταλλικό ιώδες, ενώ το 1900 ο Leonor Michaelis (ο γνωστός Γερμανός βιοχημικός που συνέβαλε στη διατύπωση της εξίσωσης Michaelis- Menten) ανεκάλυψε πως η οξειδοαναγωγική χρωστική Janus Green μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως έμβια χρώση για την παρατήρηση των μιτοχονδρίων. Μέχρι μάλιστα το 1952, οπότε ελήφθησαν οι πρώτες υψηλής ανάλυσης φωτογραφίες μιτοχονδρίων με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, οι φωτογραφίες των μιτοχονδρίων λαμβάνονταν μετά τη χρώση τους με τη χρωστική αυτή.

To 1904 o Friedrich Meves περιέγραψε πρώτος τα μιτοχόνδρια των φυτικών κυττάρων (Nymphaea alba) και 4 χρόνια αργότερα διετύπωσε την άποψη ότι αποτελούνται από πρωτεΐνες και λιπίδια, ενώ μαζί με τον Claud Regaud πρότειναν πως αποτελούν τους φορείς των γονιδίων (!).

Πότε, και πώς, αρχίσαμε να κατανοούμε τη λειτουργία τους

Το 1912 οι B.F. Kingsbury and Otto Warburg, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, διετύπωσαν την διορατική υπόθεση ότι τα μιτοχόνδρια συμμετέχουν στη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής. Επειδή όμως η υπόθεσή τους στηριζόταν κυρίως σε δεδομένα που προέρχονταν από μικροσκοπικές παρατηρήσεις και σχεδόν καθόλου από τη μελέτη της βιοχημείας των μιτοχονδρίων, έμειναν αθεμελίωτες, όπως και όλες οι εργασίες των δεκαετιών του 1910 και του 1920 που υποστήριζαν τη σωματιδιακή υπόσταση της κυτταρικής αναπνοής. 

Το πρώτο αποφασιστικό βήμα στην κατεύθυνση της μελέτης της βιοχημείας των μιτοχονδρίων έγινε το 1934, όταν οι R. R Bensley και  R.Hoerr περιέγραψαν μια μέθοδο με την οποία απομόνωσαν από ηπατικά κύτταρα ινδικών χοιριδίων κλάσματα που περιείχαν σφαιρικές και επιμήκεις δομές. Αν και τα κλάσματα αυτά, δεν βάφονταν με την χρωστική Janus Green, πιστεύεται πως, εν μέρει τουλάχιστον, αποτελούνταν από μιτοχόνδρια. Έτσι ή αλλιώς πάντως με τη μέθοδό τους, άνοιξαν τον δρόμο για τη βιοχημική μελέτη  κλασμάτων του κυτταροπλάσματος, τον δρόμο που αργότερα οδήγησε στη σύνδεση των μιτοχονδρίων με την κυτταρική αναπνοή.

  • Αποσαφήνιση της σχέσης ανάμεσα στη δομή και τη λειτουργία των μιτοχονδρίων

albert ClaudeΑποφασιστικής σημασίας για τη διερεύνηση της λειτουργίας των μιτοχονδρίων και της σχέσης που έχει με τη δομή τους, ήταν η εργασία του Albert Claude, του Βέλγου βιολόγου και κατόχου του βραβείου Νόμπελ το 1974, που από πολλούς χαρακτηρίστηκε ως ο πατέρας της Βιολογίας κυττάρου. Με τον χαρακτηρισμό αυτό αναγνωρίζεται η συμβολή του στην επινόηση της μεθόδου της διαφορικής υπερφυγοκέντρησης, δηλαδή της τεχνικής που μετέτρεψε το κύτταρο, από ένα χαοτικό μείγμα ουσιών, σε ένα αντικείμενο μελέτης στο οποίο τα διαφορετικά μέρη που το αποτελούν, μπορεί να απομονωθούν και να μελετηθούν αναλυτικά.

Ο Claude, στο πλαίσιο αυτής της εργασίας τους, καθόρισε τα κριτήρια με βάση τα οποία τα διαφορετικά κλάσματα ταυτοποιούνται και χαρακτηρίζονται για τις βιοχημικές ιδιότητές τους. Στα κριτήρια αυτά συμπεριλαμβανόταν η μελέτη του μεγέθους, του σχήματος και της λεπτής δομής των διαφορετικών κλασμάτων που έπαιρνε. Επιπροσθέτως, πρότεινε πως για τον εντοπισμό των ενζύμων και των άλλων συστατικών του κυττάρου, σε ένα οργανίδιο, έπρεπε να λαμβάνονταν υπόψη ποσοτικά κριτήρια, όπως η συνολική ποσότητα του συστατικού και η σχετική συγκέντρωσή του, στο υπό μελέτη οργανίδιο. Με τη μέθοδο της διαφορικής υπερφυγοκέντρησης ο Claude έπαιρνε 4 κλάσματα: Ένα βαρύ, που αποτελείται από τους πυρήνες των κυττάρων και θραύσματα του κυττάρου, ένα ενδιαμέσου βάρους, από «μεγάλα σωμάτια» στα οποία συμπεριλαμβάνονταν τα μιτοχόνδρια, ένα ελαφρύ κλάσμα «υπομικροσκοπικών σωματίων» που ονόμασε «μικροσώματα» και που αργότερα αποκαλύφθηκε ότι αποτελούνται από θραύσματα Ενδοπλασματικού Δικτύου, και ένα ευδιάλυτο κλάσμα, από διάφορα συστατικά του κυτταροπλάσματος.

Χάρη στη μέθοδο που επινόησε εντοπίστηκαν, αποκλειστικά, στα μιτοχόνδρια τα ένζυμα του κύκλου του Krebs, της οξείδωσης των λιπαρών οξέων και της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, κ.α’.,από ερευνητές όπως o Albert Lehninger και ο Eugene Kennedy  που το 1948 πιστώθηκαν την ανακάλυψη ότι τα μιτοχόνδρια αποτελούν τα οργανίδια στα οποία διεξάγεται η οξειδωτική φωσφορυλίωση.

  • Αποσαφήνιση της δομής των μιτοχονδρίων

mitocristaeΌτι τα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από μεμβράνη, ήταν γνωστό από τα αποτελέσματα των πρώτων παρατηρήσεων με το οπτικό μικροσκόπιο, που επιβεβαιώθηκαν από τις πρώτες μικρογραφίες μιτοχονδρίων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το 1945 από τους A. Claude και E. Fullam. H μελέτη όμως της λεπτής δομής των μιτοχονδρίων έπρεπε να περιμένει, ως τις αρχές της δεκαετίας του 1950, οπότε βελτιώθηκαν οι τεχνικές για τη λήψη λεπτών τομών. Χάρη σε αυτές οι G. E. Pallade (κάτοχος του βραβείου Νόμπελ Φυσιολογίας, το 1974) και F. S. Sjöstrand πήραν τις πρώτες υψηλής ανάλυσης μικρογραφίες μιτοχονδρίων με τις οποίες αποκαλύφθηκε ότι τα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από 2 μεμβράνες, και ότι η εσωτερική εμφανίζει τις χαρακτηριστικές αναδιπλώσεις (μιτοχονδριακές ακρολοφίες).

Παράλληλα επιβεβαιώθηκε ότι τα μιτοχόνδρια αποτελούν ιδιαίτερα δυναμικές δομές, καθώς ο αριθμός τους, το μέγεθος, το σχήμα τους, αλλά και η θέση τους ποικίλουν, ανάλογα με τις λειτουργικές ανάγκες του ιστού, στα κύτταρα του οποίου ανήκουν. Επίσης διαπιστώθηκε ότι τα μιτοχόνδρια παρουσιάζουν εντυπωσιακή κινητικότητα στα διάφορα στάδια του κυτταρικού κύκλου, όπως κατά τη μίτωση, και όταν υποβάλλονται σε διάφορα περιβαλλοντικά ερεθίσματα. Εντούτοις προς το παρόν δεν έχει γίνει δυνατό να  συνδεθούν οι κινήσεις αυτές με τη φυσιολογία του κυττάρου και επίσης να γίνει κατανοητός ο μηχανισμός με τον οποίο συμβαίνουν.  

  • Κατανόηση του συστήματος μεταφοράς ενέργειας στα μιτοχόνδρια

Αν και από τις αρχές της δεκαετίας του 1950 είχε αναγνωριστεί ευρέως ότι τα μιτοχόνδρια αποτελούν τα οργανίδια στα οποία διεξάγεται η οξειδωτική φωσφορυλίωση και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, ακόμη δεν είχε γίνει κατανοητός ο ρόλος της εσωτερικής μεμβράνης στη δράση των ενζύμων που παίρνουν μέρος στις διαδικασίες αυτές (τα ένζυμα αυτά δρουν από μόνα τους ή μετέχουν σε σύμπλοκα; Διατάσσονται τυχαία ή με καθορισμένο τρόπο στη μεμβράνη;) καθώς και ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται μεταξύ τους. Ειδικά για τον τρόπο με τον οποίο συνδέεται η οξειδωτική φωσφορυλίωση και η αναπνευστική αλυσίδα, προτάθηκαν διαφορετικές θεωρίες με κυριότερες την χημική θεωρία (διατυπώθηκε το 1953 από τον E. C. Slater) και τη χημειωσμωτική θεωρία, (διατυπώθηκε το 1961 από τον Peter D. Mitchell)  που είναι και η επικρατούσα. 

Πότε, και πώς, αρχίσαμε να κατανοούμε τη βιογένεση των μιτοχονδρίων

mitodivΑπό όλες τις γνώσεις που έχουμε για τα μιτοχόνδρια, αυτές που αφορούν στη βιογένεσή τους και στη γενετική τους είναι οι πλέον πρόσφατες, καθώς η διερεύνηση των συγκεκριμένων τομέων προϋπέθετε την αποσαφήνιση της δομής και της λειτουργίας των οργανιδίων. Είναι μάλιστα γεγονός  ότι στις αρχές της δεκαετίας του 50 ήταν ευρέως αποδεκτή η άποψη της de novo δημιουργίας των μιτοχονδρίων, άποψη που φαινόταν να υποστηρίζεται και από πειράματα στα οποία μετά την ολοκληρωτική αφαίρεση των μιτοχονδρίων από κύτταρα, τα μιτοχόνδρια επανεμφανίζονταν. Την άποψη αυτή, η επιστημονική κοινότητα απέρριψε ολοκληρωτικά στα τέλη της δεκαετίας του 60 διότι αποδείχτηκε ότι κατά την αναερόβια ανάπτυξη των ζυμών, τα μιτοχόνδρια δεν εξαφανίζονται, αλλά ότι μεταπίπτουν σε μια μεταβολικώς αδρανή μορφή (προμιτοχόνδρια) η οποία δεν γίνεται εύκολα αντιληπτή με τη χρήση συμβατικών μεθόδων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Από την άλλη, η ανακάλυψη του DNA των μιτοχονδρίων (το 1963,  χάρη στην εργασία των Margit M. K. Nass και Sylvan Nass και την επιβεβαίωσή της το 1964 από τον  G. Schatz  κ.α΄.) διέλυσε κάθε ενδεχόμενο τα μιτοχόνδρια να μπορούν να δημιουργούνται de novo.

Πότε, και πώς, ανακαλύψαμε ότι τα μιτοχόνδρια περιέχουν ριβοσώματα και παράγουν πρωτεΐνες 

Το 1958 ο D. J. McLean κ.α΄. εργαζόμενος με μιτοχόνδρια που είχε απομονώσει από το ήπαρ ποντικού και στα οποία είχε χορηγήσει επισημασμένα αμινοξέα, ήταν ο πρώτος που υποστήριξε ότι τα μιτοχόνδρια είναι ικανά για την παραγωγή πρωτεϊνών. Όμως αν και η εργασία του αρχικά εντυπωσίασε και δημιούργησε προσδοκίες για την ευρύτερη κατανόηση της βιογένεσης των μιτοχονδρίων, στη συνέχεια αντιμετώπισε επιφυλακτικότητα (και διότι ο ρυθμός με τον οποίο ενσωματώνονταν τα αμινοξέα ήταν απελπιστικά αργός, και διότι δεν κανένα από τα ένζυμα της μήτρας ή τα κυτοχρώματα δεν ήταν επισημασμένα) και προς το τέλος της δεκαετίας, η επιστημονική κοινότητα έτεινε προς την ιδέα ότι τα μιτοχόνδρια δεν είναι ικανά να παράγουν πρωτεΐνες.  Ευτυχώς όμως το 1966 οι Clark-Walker και Linnane με την εργασία τους απέδειξαν ότι η χορήγηση του αντιβιοτικού, χλωραμφαινικόλη (που ήταν γνωστό ότι αναστέλει την πρωτεϊνοσύνθεση) σε ζύμες που αναπτύσσονται αερόβια, σταματά τη δυνατότητα δημιουργίας μιτοχονδρίων, ενώ το επόμενο έτος αποδείχτηκε πώς τα μιτοχόνδρια περιέχουν ριβοσώματα. Έτσι το ενδιαφέρον για τη δυνατότητα των μιτοχονδρίων να παράγουν πρωτεΐνες αναθερμάνθηκε και οδήγησε σε μια σειρά πειραμάτων, που στις αρχές της δεκαετίας του 70 δεν άφησαν καμία αμφιβολία ότι είναι ορθή. 

Πότε, και πώς, άρχισε να ξετυλίγεται το νήμα των αποκαλύψεων για το γενετικό υλικό των μιτοχονδρίων

Όπως ήδη ελέχθη από τις αρχές της δεκαετίας του 60 έγινε γνωστό ότι τα μιτοχόνδρια περιέχουν DNA. Την ανακάλυψη αυτή έκαναν οι Margit M. K. Nass και Sylvan Nass όταν παρουσίασαν στην επιστημονική κοινότητα μικρογραφίες μιτοχονδρίων εμβρύων κοτόπουλου, των οποίων οι νηματοειδείς δομές, που έμοιαζαν με DNA, μπορούσαν να διασπαστούν από DNAάσες, αλλά όχι από RNAάσες. Την επαλήθευση της ανακάλυψης έκανε ο G. Schatz με την απομόνωση και την ταυτοποίηση του DNA των μιτοχονδρίων, με βιοχημικές μεθόδους. Η ανακάλυψη του DNA των μιτοχονδρίων προσέλκυσε το ενδιαφέρον πολλών μοριακών βιολόγων που έστρεψαν την έρευνά τους σε αυτό. Έτσι το 1966 οι Nass  και van Bruggen  ανεκοίνωσαν ότι το μόριο στους ανώτερους ευκαρυωτικούς οργανισμούς είναι κυκλικό και ότι το μέγεθός του ποικίλει μεταξύ των διαφορετικών ειδών, ενώ μια δεκαετία περίπου αργότερα (1975) ανακοινώθηκε ο πρώτος γενετικός χάρτης του γονιδιώματος των μιτοχονδρίων των ζυμών, χάρη στην εργασία του P.L. Molloy κ.α΄.

Την επόμενη χρονιά, με την υιοθέτηση της μεθόδου των περιοριστικών ενδονουκλεασών από πολλά εργαστήριά και τον συνδυασμό της με την ηλεκτρονική μικροσκοπία και διάφορες μεθόδους αλληλουχοποίησης, προέκυψαν εντυπωσιακά ευρήματα από τη μελέτη του γονιδιώματος των μιτοχονδρίων. Μεταξύ αυτών αξίζει να αναφερθεί η αποκάλυψη ότι μεταξύ των γονιδίων των ζυμών παρεμβάλλονται περιοχές που είναι πλούσιες στις βάσεις AT, ενώ διαπιστώθηκε η ύπαρξη περιοχών που μεσολαβούν μεταξύ των γονιδίων.  

Από την έρευνα που έγινε από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 και εντεύθεν, ταυτοποιήθηκαν τα γονίδια του μιτοχονδριακού γονιδιώματος των θηλαστικών, αποκαλύφθηκε η πολυκιστρονική φύση του μιτοχονδριακού mRNA, αποσαφηνίστηκαν λεπτομέρειες της αντιγραφής του mtDNA, αλληλουχοποιήθηκε πλήρως το μιτοχονδριακό γονιδίωμα και ταυτοποιήθηκαν οι αλληλουχίες που σχετίζονται με μιτοχονδριακά νοσήματα.

Αποτέλεσμα αυτών των ερευνών ήταν η αποσαφήνιση των διαφορών που υπάρχουν ανάμεσα στο πυρηνικό γενετικό υλικό και στο γενετικό υλικό των μιτοχονδρίων. Οι διαφορές αυτές μπορούν να συνοψιστούν ως ακολούθως:

diferenmitnuclgenome

Για τη σύνταξη του άρθρου αξιοποιήθηκαν πληροφορίες από τις ακόλουθες πηγές:

  • Mitochondria: A Historical Review  http://jcb.rupress.org/content/91/3/227s.full.pdfhttp://www.britannica.com/blogs/2010/08/the-mysteries-of-mitochondria/
  • http://genome.wellcome.ac.uk/doc_WTD020876.html
  • http://centennial.rucares.org/index.php?page=Cell_Fractionation
  • http://www.nature.com/scitable/topicpage/mtdna-and-mitochondrial-diseases-903
  • http://hubpages.com/hub/Mitochondrial-DNA-A-Magical-Mystery-Tour
  • Principles on Biochemistry, Albert Lehninger
  • http://www.nature.com/scitable/topicpage/mtdna-and-mitochondrial-diseases-903#

Ετικέτες: ,

Ο σχολιασμός έχει κλείσει