Mitochondrie

Électron micrographie d'une mitochondrie montrant sa matrice et les membranes mitochondriales

En la biologie cellulaire, une mitochondrie (mitochondries pluriel) est un joint-membrane organite trouvé dans la plupart des eucaryotes cellules . Ces organites vont de 1 à 10 micromètres ( um) en taille. Les mitochondries sont parfois décrits comme "des centrales cellulaires", car ils génèrent plus de l'approvisionnement de la cellule de l'adénosine triphosphate (ATP), utilisé comme une source de énergie chimique. En plus de fournir l'énergie cellulaire, les mitochondries sont impliqués dans une série d'autres processus, tels que signalisation, la différenciation cellulaire, la mort cellulaire, ainsi que le contrôle de la cycle cellulaire et la croissance cellulaire. Les mitochondries ont été impliqués dans plusieurs maladies humaines, y compris troubles mentaux, un dysfonctionnement cardiaque, et peut jouer un rôle dans le processus de vieillissement. Le mot vient de la mitochondrie grec μίτος ou mitos, fil + χονδρίον ou khondrion, granule. Leur descendance ne est pas entièrement comprise, mais, selon le la théorie endosymbiotique, les mitochondries sont les descendants de l'ancienne bactéries, qui ont été engloutis par les ancêtres des cellules eucaryotes ya plus d'un milliard d'années.

Plusieurs caractéristiques font mitochondries unique. Le nombre de mitochondries dans une cellule varie considérablement selon l'organisme et type de tissu. De nombreuses cellules ne ont qu'une seule mitochondrie, tandis que d'autres peuvent contenir plusieurs milliers de mitochondries. Le organite est composé de compartiments qui exercent des fonctions spécialisées. Ces compartiments ou régions comprennent la la membrane externe, le l'espace intermembranaire, le membrane interne, et de la crêtes et matrice. Protéines mitochondriales varient en fonction des tissus et les espèces. Chez l'homme, 615 types distincts de protéines ont été identifiés à partir de mitochondries cardiaques; alors que dans murins, 940 protéines codées par des gènes distincts ont été signalés. Protéome mitochondrial est pensé pour être régulé dynamiquement. Bien que la plupart de l'ADN d'une cellule est contenue dans le noyau de la cellule, la mitochondrie a son propre indépendant génome. En outre, son ADN présente une similitude substantielle bactérienne génomes.

Structure

Structure simplifiée de mitochondrie

Une mitochondrie contient les membranes intérieure et extérieure constituées de bicouches de phospholipides et les protéines . Les deux membranes ont cependant des propriétés différentes. En raison de cette organisation double-membranées, il ya cinq compartiments distincts au sein de la mitochondrie. Il est le membrane mitochondriale externe, la espace intermembranaire (l'espace entre les membranes externe et interne), la membrane mitochondriale interne, le espace crêtes (formé par des replis de la membrane interne), et le matrice (l'espace intérieur de la membrane intérieure).

Membrane externe

La membrane mitochondriale externe, qui entoure la totalité de organite, a une protéine-to- rapport phospholipide similaire à celle de la membrane plasmique eucaryote (environ 1: 1 en poids). Elle contient un grand nombre de protéines appelées intégrales porines. Ces porines forment des canaux qui permettent aux molécules 5000 Daltons ou moins en poids moléculaire à librement diffuser à partir d'un côté de la membrane à l'autre. Grandes protéines peuvent également entrer dans la mitochondrie si une séquence de signalisation à leur N-terminale se lie à une large protéines unités multiples appelé translocase de la membrane externe, qui les déplace ensuite activement à travers la membrane. La perturbation de la membrane externe permet des protéines dans l'espace intermembranaire des fuites dans le cytosol, ce qui conduit à une mort certaine cellulaire.

Espace Intermembrane

Le espace intermembranaire est l'espace entre la membrane externe et la membrane interne. Étant donné que la membrane externe est librement perméable aux petites molécules, les concentrations de petites molécules telles que des ions et des sucres dans l'espace intermembranaire est le même que le cytosol. Cependant, comme de grosses protéines doivent avoir une séquence de signalisation spécifique devant être transportés à travers la membrane externe, la composition de protéines de cet espace est différente de la composition protéique de la cytosol. Une protéine qui est localisée à l'espace intermembranaire est de cette façon cytochrome c.

Membrane interne

La membrane mitochondriale interne contient des protéines avec quatre types de fonctions:

1. Ceux qui effectuent la des réactions d'oxydoréduction la phosphorylation oxydative
2. ATP synthase, qui génère de l'ATP dans la matrice
3. Protéines de transport spécifiques qui régulent métabolite passage dans et hors de la matrice
4. machines d'importation de protéines.

Il contient plus de 100 différentes polypeptides et présente un rapport très élevé de protéines à des phospholipides (plus de 3: 1 en poids, qui est d'environ une protéine de 15 phospholipides). La membrane interne est à la maison à environ 1/5 de la protéine totale dans une mitochondrie. En outre, la membrane interne est riche en phospholipides une inhabituelle, cardiolipine. Ce phospholipide a été découvert dans le cœur de bœuf en 1942, et est généralement caractéristique des membranes plasmiques mitochondriales et bactériennes. Cardiolipin contient quatre acides gras plutôt que deux et peut aider à faire la membrane intérieure imperméable. Contrairement à la membrane externe, la membrane intérieure ne contient pas de porines et est très imperméable à toutes les molécules. Presque tous les ions et molécules nécessitent transporteurs membranaires spécifiques pour entrer ou sortir de la matrice. Les protéines sont transportés dans la matrice via le translocase du complexe membrane interne (TIM) ou via Oxa1. En outre, il existe un potentiel de membrane à travers la membrane intérieure formée par l'action des enzymes de la chaîne de transport d'électrons.

Crêtes

Image en coupe transversale des crêtes dans la mitochondrie de foie de rat pour démontrer la structure 3D probable et relation à la membrane interne

La membrane mitochondriale interne est compartimenté en nombreux crêtes, qui étendent la surface de la membrane mitochondriale interne, l'amélioration de son aptitude à produire de l'ATP. Ce sont des plis aléatoires pas simple mais plutôt invaginations de la membrane interne, qui peuvent affecter globale chimiosmotique fonction. Dans typique mitochondries du foie, par exemple, l'aire de surface, y compris les crêtes, est environ cinq fois supérieure à celle de la membrane externe. Les mitochondries des cellules qui ont une plus grande demande pour l'ATP, telles que les cellules musculaires, contient le plus crêtes de mitochondries de foie typiques.

Matrice

La matrice est l'espace englobé par la membrane intérieure. Il contient environ 2/3 de la protéine totale dans une mitochondrie. La matrice est importante dans la production d'ATP à l'aide de l'ATP synthase contenue dans la membrane interne. La matrice contient un mélange hautement concentré des centaines d'enzymes, mitochondrial spéciale ribosomes, ARNt, et plusieurs copies du ADN mitochondrial génome. Parmi les enzymes, les principales fonctions comprennent l'oxydation du pyruvate et acides gras , et la cycle de l'acide citrique.

Les mitochondries ont leur propre matériel génétique, et les machines à fabriquer leur propre ARN et protéines (voir: la biosynthèse des protéines). Une séquence publiée de l'ADN mitochondrial humain a révélé 16569 paires de base codant pour 37 gènes total, 24 ARNt et gènes ARNr et 13 gènes peptidiques. Le 13 mitochondriale peptides chez l'homme sont intégrées dans la membrane mitochondriale interne, ainsi que des protéines codées par gènes qui résident dans la cellule hôte de noyau.

Organisation et de la distribution

Les mitochondries sont trouvés dans presque tous les eucaryotes . Ils varient en nombre et l'emplacement fonction du type de cellule. Un nombre substantiel de mitochondries sont dans le foie, avec environ 1000-2000 mitochondries par cellule constituant 1 / 5ème du volume cellulaire. Les mitochondries peuvent être trouvés niché entre myofibrilles de muscle ou enroulée autour de la sperme flagelle. Souvent, ils forment un réseau complexe en 3D de branchement à l'intérieur de la cellule avec le cytosquelette. L'association avec le cytosquelette détermine la forme mitochondriale, ce qui peut affecter la fonction ainsi. Des données récentes suggèrent vimentine, l'un des composants du cytosquelette, est critique pour la liaison avec le cytosquelette.

Fonction

Les rôles les plus importants de la mitochondrie sont sa production de l'ATP et de la réglementation du cellulaire métabolisme. L'ensemble central de réactions impliquées dans la production d'ATP sont collectivement connu sous le nom cycle de l'acide citrique. Cependant, la mitochondrie a beaucoup d'autres fonctions en plus de la production d'ATP.

Conversion d'énergie

Un rôle prépondérant pour les mitochondries est la production d' ATP , comme en témoigne le grand nombre de protéines dans la membrane interne pour cette entrée. Cela se fait par oxydation des principaux produits de glucose , pyruvate, et NADH, qui sont produits dans le cytosol. Ce processus de la respiration cellulaire, également connu sous le nom respiration aérobie, est dépendante de la présence d' oxygène . Lorsque l'oxygène est limitée, les produits glycolytiques sont métabolisés par respiration anaérobie, procédé qui est indépendant de la mitochondrie. La production d'ATP à partir de glucose a un peu près 13 fois plus haut rendement lors de la respiration aérobie par rapport à la respiration anaérobie.

Pyruvate: le cycle de l'acide citrique

Chaque molécule de pyruvate produit par glycolyse est transportée activement à travers la membrane mitochondriale interne, et dans la matrice où il est oxydé et combiné avec coenzyme A pour former CO _2, l'acétyl-CoA, et NADH.

L'acétyl-CoA est le substrat primaire pour entrer dans le cycle de l'acide citrique, aussi connu comme le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) ou le cycle de Krebs. Les enzymes du cycle de l'acide citrique sont situés dans la matrice mitochondriale, à l'exception de succinate déshydrogénase, qui est liée à la membrane mitochondriale interne dans le cadre de complexe II. Le cycle de l'acide citrique oxyde l'acétyl-CoA en dioxyde de carbone, et, dans le procédé, produit cofacteurs réduite (trois molécules de NADH et une molécule de FADH ₂₎ qui sont une source d'électrons pour le chaîne de transport d'électrons, et une molécule de GTP (qui est facilement converti en un ATP).

NADH et FADH _2: la chaîne de transport d'électrons

Schéma de la cellule animale typique, montrant des composants sous-cellulaires. Organites:
(1) nucléole
(2) noyau
(3) ribosomes (petits points)
(4) vésicule
(5) est rugueux réticulum endoplasmique (RE)
(6) Appareil de Golgi
(7) Cytosquelette
(8) RE lisse
(9) les mitochondries
(10) vacuole
(11) cytoplasme
(12) lysosome
(13) centrioles sein centrosome

L'énergie redox de NADH et FADH ₂ est transférée à l'oxygène (O ₂₎ en plusieurs étapes par l'intermédiaire de la chaîne de transport d'électrons. Ces molécules riches en énergie sont produites au sein de la matrice par l'intermédiaire du cycle de l'acide citrique mais sont également produites dans le cytoplasme par glycolyse. Réduire équivalents à partir du cytoplasme peut être importé via le malate-aspartate du système de navette de protéines antiporteur ou animale dans la chaîne de transport d'électrons en utilisant un navette de phosphate de glycerol. des complexes de protéines dans la membrane interne ( NADH déshydrogénase, cytochrome c réductase, et la cytochrome oxydase c) effectuer le transfert et la libération progressive de l'énergie est utilisée pour pomper protons (H ⁺⁾ dans l'espace intermembranaire. Ce processus est efficace, mais un petit pourcentage d'électrons peut prématurément réduire l'oxygène, former les espèces réactives de l'oxygène telles que superoxyde. Cela peut causer le stress oxydatif dans les mitochondries et peut contribuer à la diminution de la fonction mitochondriale associée au processus de vieillissement.

Lorsque la concentration de protons augmente dans l'espace intermembranaire, une forte gradient électrochimique est établie à travers la membrane intérieure. Les protons peuvent revenir à la matrice par la Complexe ATP synthase, et leur énergie potentielle est utilisée pour synthétiser de l'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique _(Pi). Ce processus est appelé chimiosmose, et a été décrit d'abord par Peter Mitchell qui a reçu le 1978 Prix Nobel de chimie pour ses travaux. Plus tard, une partie du prix Nobel de chimie 1997 a été décerné à Paul D. Boyer et John E. Walker pour leur clarification du mécanisme de travail de l'ATP synthase.

La production de chaleur

Sous certaines conditions, les protons peuvent réintégrer la matrice mitochondriale sans contribuer à la synthèse d'ATP. Ce processus est connu comme fuite de protons ou de découplage mitochondrial et est due à la diffusion facilitée de protons dans la matrice. Le procédé de l'énergie potentielle dételé du gradient électrochimique de protons libérés sous forme de chaleur. Le processus est médié par un canal de proton appelée thermogénine, ou UCP1. Thermogénine est un 33k Da protéines d'abord découvert en 1973. thermogénine trouve principalement dans les tissu adipeux brun, ou de la graisse brune, et est responsable de la thermogenèse non frissons. Le tissu adipeux brun se trouve chez les mammifères, et est à son plus haut niveau en début de vie et chez les animaux hibernants. Chez l'homme, le tissu adipeux brun est présent à la naissance et diminue avec l'âge.

Stockage d'ions calcium

Les concentrations de calcium libre dans la cellule peut régler une gamme de réactions et est important pour la transduction du signal dans la cellule. Les mitochondries peut transitoirement magasin calcium, un processus contribuant pour l'homéostasie de la cellule de calcium. En fait, leur capacité à prendre rapidement en calcium pour plus tard les rend très bonnes "tampons" pour le calcium cytosolique. Le reticulum endoplasmique (RE) est le site de stockage le plus significatif de calcium, et il ya une interaction significative entre la mitochondrie et ER en ce qui concerne le calcium. Le calcium est repris dans le une matrice de calcium Uniport sur la membrane mitochondriale interne. Il est principalement entraînée par le mitochondrial potentiel de membrane. La libération de calcium de nouveau dans cet intérieur de la cellule peut se produire par l'intermédiaire d'une protéine d'échange sodium-calcium ou par des voies »induite par le calcium-calcium à libération». Ceci peut déclencher des pics de calcium ou d'ondes de calcium avec de grandes variations de la potentiel de membrane. Ceux-ci peuvent activer une série de seconde protéines du système de messagerie qui peut coordonner les processus tels que la libération de neurotransmetteurs dans les cellules nerveuses et la libération de hormones dans les cellules endocrines.

Fonctions supplémentaires

Les mitochondries jouent un rôle central dans de nombreux autres tâches métaboliques, tels que:

• Règlement de la potentiel de membrane
• La mort cellulaire programmée L'apoptose,
• excitotoxique glutamate de médiation une lésion neuronale
• Régulation de la prolifération cellulaire
• Règlement du cellulaire métabolisme
• Certain réactions de synthèse de l'hème (voir aussi: porphyrine)
• La synthèse des stéroïdes.

Certaines fonctions mitochondriales sont effectuées uniquement dans des types spécifiques de cellules. Par exemple, dans les mitochondries les cellules hépatiques contiennent des enzymes qui leur permettent de détoxifier l'ammoniac , un déchet du métabolisme des protéines. Une mutation dans les gènes de régulation une de ces fonctions peut entraîner les maladies mitochondriales.

Origine

Les mitochondries ont de nombreuses caractéristiques en commun avec les procaryotes. En conséquence, ils sont censés être à l'origine extraite de procaryotes symbiotiques.

Une mitochondrie contient L'ADN, qui est organisé comme plusieurs exemplaires d'un seul chromosome circulaire. Ce chromosome mitochondrial contient des gènes pour ribosomes, et les vingt et un de l'ARNt nécessaire pour la traduction de ARN messagers en protéines. La structure circulaire se retrouve également chez les procaryotes, et la similitude est prolongée par le fait que l'ADN mitochondrial est organisée avec une variante code génétique similaire à celle de Proteobacteria. Cela suggère que leur ancêtre, le soi-disant proto-mitochondrie, était un membre de la Proteobacteria. En particulier, le proto-mitochondrie était probablement lié à la rickettsies. Cependant, la relation exacte de l'ancêtre des mitochondries à l'alpha-protéobactéries et si les mitochondries a été formé en même temps ou après le noyau, reste controversée.

Les ribosomes codés par l'ADN mitochondrial sont semblables à ceux de bactéries dans la taille et la structure. Ils ressemblent beaucoup à l'bactérienne 70S du ribosome et le pas 80S ribosomes cytoplasmiques qui sont codés par ADN nucléaire.

Le relation endosymbiotique des mitochondries avec leurs cellules hôtes a été popularisé par Lynn Margulis. Le hypothèse endosymbiotique suggère que les mitochondries descendu de bactéries qui en quelque sorte survécu endocytose par une autre cellule, et est devenu incorporé dans le cytoplasme. La capacité de ces bactéries à mener respiration dans des cellules hôtes qui ont compté sur glycolyse et fermentation aurait fourni un avantage évolutif considérable. D'une manière similaire, des cellules hôtes avec des bactéries symbiotiques capables de photosynthèse auraient également eu un avantage. L'incorporation de symbiotes aurait augmenté le nombre d'environnements dans lesquels les cellules peuvent survivre. Cette relation symbiotique est probablement développée il ya 1,7 à 2000000000 années.

Quelques groupes de eucaryotes unicellulaires manquent mitochondries: la microsporidies, metamonads, et Archamoebae. Ces groupes apparaissent comme les eucaryotes les plus primitives sur construites en utilisant des arbres phylogénétiques informations ARNr, ce qui suggère qu'ils ont comparu devant le origine des mitochondries. Cependant, ceci est maintenant connu pour être un artefact de long branche attraction - ils sont issus des groupes et de conserver les gènes ou les organites provenant de mitochondries (par exemple, mitosomes et hydrogénosomes).

Génome

Le génome mitochondrial humain est une circulaire d'ADN molécule d'environ 16 kilobases. Il encode 37 gènes: 13 pour sous-unités de complexes respiratoires I, III, IV et V, pour 22 mitochondriale ARNt, et 2 pour ARNr. Une mitochondrie peut contenir de deux à dix exemplaires de son ADN.

Comme chez les procaryotes, il ya une très forte proportion d'ADN codant et une absence de répétitions. Gènes mitochondriaux sont transcrit les transcriptions multigéniques, qui sont clivés et polyadénylé pour obtenir la maturité ARNm. Pas tous les protéines nécessaires à la fonction mitochondriale sont codées par le génome mitochondrial; plus sont codés par des gènes dans le noyau de la cellule et les protéines correspondantes importées dans la mitochondrie. Le nombre exact de gènes codés par le noyau et le génome mitochondrial diffère entre les espèces. En général, les génomes mitochondriaux sont circulaires, bien que des exceptions ont été rapportés. De plus, en général, l'ADN mitochondrial manque introns, comme ce est le cas dans le génome mitochondrial humain; Cependant, les introns ont été observés dans certains ADN mitochondrial eucaryotique, telle que celle de la levure et des protistes, y compris Dictyostelium discoideum.

Bien que de légères variations sur le code standard avaient été prédit plus tôt, aucun n'a été découvert qu'en 1979, lorsque les chercheurs étudiant gènes mitochondriaux humains ont établi qu'ils ont utilisé un code alternatif. Beaucoup de légères variantes ont été découvertes depuis, y compris divers codes mitochondriales alternatives. En outre, les codons AUA, l'ASC, et AUU sont tous les codons de démarrage admissibles.

Certaines de ces différences doivent être considérés comme des pseudo-changements dans le code génétique due au phénomène de la édition de l'ARN, ce qui est courant dans les mitochondries. Chez les plantes supérieures, on pensait que CGG codé pour tryptophane et pas arginine; Cependant, le codon de l'ARN traité a été découvert que le codon UGG, conformément au code génétique universel pour le tryptophane. Fait à noter, le code génétique mitochondrial arthropodes a connu une évolution parallèle dans un phylum, avec quelques organismes traduire unique AGG à la lysine.

Génomes mitochondriaux ont beaucoup moins de gènes que le eubactéries à partir de laquelle ils sont pensés pour être descendu. Bien que certains aient été tout à fait perdu, beaucoup ont été transférés à la noyau, tels que les complexes respiratoires II sous-unités protéiques. Ceci est pensé pour être relativement commune au fil du temps évolutif. Quelques organismes, tels que la Cryptosporidium, ont fait mitochondries qui manquent de tout ADN, sans doute parce que tous leurs gènes ont été perdus ou transféré. Dans Cryptosporidium, les mitochondries ont une altération ATP système de production qui rend la résistance à de nombreux mitochondriale classique parasite inhibiteurs tels que cyanure, azide, et atovaquone.

Réplication et l'héritage

Les mitochondries diviser par fission binaire similaire à la division cellulaire bactérienne; contrairement aux bactéries, cependant, les mitochondries peuvent également fusionner avec d'autres mitochondries .. Le règlement de cette division diffère entre les eucaryotes. Dans de nombreux eucaryotes unicellulaires, leur croissance et la division est liée à la cycle cellulaire. Par exemple, une seule mitochondrie peut diviser en synchronisme avec le noyau. Ce processus de division et de séparation doit être étroitement contrôlée de telle sorte que chaque cellule fille reçoit au moins une mitochondrie. En d'autres eucaryotes (chez l'homme par exemple), les mitochondries peuvent répliquer leur ADN et diviser essentiellement en réponse aux besoins en énergie de la cellule, plutôt que en phase avec le cycle cellulaire. Lorsque les besoins en énergie d'une cellule sont élevés, les mitochondries croissent et se divisent. Lorsque la consommation d'énergie est faible, les mitochondries sont détruites ou deviennent inactifs. Dans ces exemples, et contrairement à la situation dans de nombreux eucaryotes unicellulaires, les mitochondries sont apparemment distribués au hasard dans les cellules filles lors de la division de la cytoplasme.

Gènes mitochondriaux d'un individu ne sont pas héritées par le même mécanisme que les gènes nucléaires. Lors de la fécondation d'un ovule par un spermatozoïde, le noyau de l'ovule et le sperme noyau chaque contribuent également à la composition génétique de la noyau zygote. En revanche, les mitochondries, et donc l'ADN mitochondrial, provient généralement de l'oeuf seulement. Les mitochondries du sperme entrer l'œuf mais ne contribue pas à l'information génétique de l'embryon. Au lieu de cela, les mitochondries paternelles sont marqués avec ubiquitine pour les sélectionner pour la destruction tard à l'intérieur du embryon. L'ovule contient relativement peu de mitochondries, mais ce sont ces mitochondries qui survivent et se divisent pour alimenter les cellules de l'organisme adulte. Les mitochondries sont, par conséquent, dans la plupart des cas hérités en bas de la ligne féminine, connue sous le nom héritage maternel. Ce mode est vu dans la plupart des organismes, y compris tous les animaux. Cependant, les mitochondries chez certaines espèces peuvent parfois être hérités paternellement. Ce est la norme chez certains conifères, mais pas dans les arbres de pins et Ifs. Il a également été suggéré que cela se produit à un niveau très bas chez les humains.

Héritage uniparental conduit à peu de possibilités de recombinaison génétique entre les différentes lignées de mitochondries, même si une seule mitochondrie peut contenir de 2 à 10 copies de son ADN. Pour cette raison, l'ADN mitochondrial est généralement considéré reproduire par fission binaire. Que recombinaison ne tiendra maintient l'intégrité génétique plutôt que de maintenir la diversité. Cependant, il ya des études montrant la preuve de recombinaison de l'ADN mitochondrial. Il est clair que les enzymes nécessaires pour la recombinaison sont présents dans des cellules de mammifères. En outre, il semble que les mitochondries des animaux peuvent subir une recombinaison. Les données sont un peu plus controversée chez les humains, bien que des preuves indirectes de recombinaison existe. Si la recombinaison ne se produit pas, la séquence d'ADN mitochondrial ensemble représente une simple haplotype, ce qui le rend utile pour étudier l'histoire évolutive des populations.

études génétiques de la population

La quasi-absence de recombinaison génétique dans l'ADN mitochondrial en fait une source d'information utile pour les scientifiques impliqués dans génétique des populations et la biologie évolutive . Parce que tout l'ADN mitochondrial est hérité comme une seule unité, ou haplotype, les relations entre l'ADN mitochondrial provenant de différents individus peuvent être représentés comme une Arbre gène. Patterns dans ces arbres de gènes peuvent être utilisées pour déduire l'histoire évolutive des populations. L'exemple classique est celui de génétique évolutive humaine, où le horloge moléculaire peut être utilisé pour fournir une date récente pour Eve mitochondriale . Ce est souvent interprétée comme un appui solide pour une expansion humaine moderne récente Hors de l'Afrique. Un autre exemple est l'homme le séquençage de l'ADN mitochondrial de Neandertal os. La relativement grande distance évolutive entre les séquences d'ADN mitochondrial de Néandertaliens et les humains vivant a été interprété comme une preuve de l'absence de croisements entre Néandertaliens et hommes anatomiquement modernes.

Cependant, l'ADN mitochondrial reflète l'histoire de femmes seulement dans une population et donc ne peut pas représenter l'histoire de la population dans son ensemble. Ceci peut être partiellement surmonté par l'utilisation de séquences génétiques paternels, tels que la de la région non-recombiner Y-chromosome. Dans un sens plus large, que les études qui comprennent également ADN nucléaire peut fournir un historique de l'évolution globale de la population.

Dysfonction et la maladie

Les maladies mitochondriales

Avec leur place centrale dans le métabolisme cellulaire, les dommages - et le dysfonctionnement ultérieure - dans les mitochondries est un facteur important dans un large éventail de maladies humaines. Maladies mitochondriales souvent présents que des troubles neurologiques, mais peut se manifester par myopathie, diabète , endocrinopathie multiple, ou une variété d'autres manifestations systémiques. Maladies causées par mutation dans le ADNmt comprennent Syndrome de Kearns-Sayre, Le syndrome MELAS et Neuropathie optique héréditaire de Leber. Dans la grande majorité des cas, ces maladies sont transmises par une femelle à ses enfants, comme le zygote tire ses mitochondries et où son ADNmt de l'ovule. Les maladies telles que Syndrome de Kearns-Sayre, le syndrome de Pearson, et ophtalmoplégie externe progressive sont pensés pour être due à des réarrangements de l'ADNmt à grande échelle, alors que d'autres maladies telles que Le syndrome MELAS, Neuropathie optique héréditaire, de l'épilepsie myoclonique avec fibres rouges en lambeaux (MERRF), et d'autres de Leber sont dues à mutations ponctuelles dans l'ADN mitochondrial.

En d'autres maladies, défauts dans les gènes nucléaires conduisent à un dysfonctionnement des protéines mitochondriales. Ce est le cas en L'ataxie de Friedreich, paraplégie spastique héréditaire, et La maladie de Wilson. Ces maladies sont héréditaires dans un relation de domination, que se applique à la plupart des autres maladies génétiques. Une variété de troubles peut être causée par des mutations nucléaires d'enzymes de la phosphorylation oxydative, tels que coenzyme Q10 et la carence Syndrome de Barth. Influences environnementales peuvent également interagir avec les prédispositions héréditaires et causer une maladie mitochondriale. Par exemple, il peut y avoir un lien entre l'exposition aux pesticides et l'apparition ultérieure de La maladie de Parkinson.

D'autres maladies ne sont pas directement liées à des enzymes mitochondriaux peuvent figurer dysfonction des mitochondries. Il se agit notamment de la schizophrénie , trouble bipolaire, la démence, la maladie d'Alzheimer , la maladie de Parkinson l'épilepsie , accident vasculaire cérébral , maladie cardiovasculaire, la rétinite pigmentaire, et le diabète sucré . Le dénominateur commun de ces conditions apparemment sans rapport est-dommages cellulaires provoquant le stress oxydatif et l'accumulation de les espèces réactives de l'oxygène. Ces oxydants puis endommagent l'ADN mitochondrial, ce qui entraîne un dysfonctionnement mitochondrial et la mort cellulaire.

Relations possibles au vieillissement

Compte tenu du rôle des mitochondries que la puissance de la cellule, il peut y avoir une fuite de haute énergie des électrons dans la chaîne respiratoire pour former les espèces réactives de l'oxygène. Il peut en résulter important le stress oxydatif dans les mitochondries avec des taux de mutation élevés de l'ADN mitochondrial. Un cercle vicieux est supposée se produire, que le stress oxydatif entraîne des mutations de l'ADN mitochondrial, qui peuvent conduire à des anomalies enzymatiques et d'autres stress oxydatif. Un certain nombre de changements se produisent aux mitochondries au cours du processus de vieillissement. Les tissus provenant de patients âgés montrent une diminution de l'activité enzymatique des protéines de la chaîne respiratoire. Délétions importantes dans le génome mitochondrial peuvent conduire à des niveaux élevés de le stress oxydatif et la mort neuronale dans La maladie de Parkinson. Hypothétiques liens entre le vieillissement et le stress oxydatif sont pas nouvelles et ont été proposées il ya plus de 50 ans; Cependant, il ya beaucoup de débat pour savoir si les changements mitochondriales sont des causes de vieillissement ou simplement caractéristiques du vieillissement. Une remarquable étude chez la souris ne ont démontré aucune augmentation des espèces réactives de l'oxygène malgré l'augmentation des mutations de l'ADN mitochondrial, ce qui suggère que le processus de vieillissement ne est pas due au stress oxydatif. De ce fait, les relations exactes entre les mitochondries, le stress oxydatif et le vieillissement ne ont pas encore été réglées.