Differenza tra DNA mitocondriale e DNA nucleare

Differenza principale - DNA mitocondriale vs DNA nucleare

Il DNA mitocondriale e il DNA nucleare contribuiscono alla composizione genetica della cellula. Il DNA mitocondriale (mtDNA) è un DNA circolare a doppio filamento che si trova all'interno dei mitocondri. Codifica le proteine ​​e gli RNA funzionali richiesti dai mitocondri. Ma alcune proteine, che sono codificate dal DNA nucleare, vengono importate dal citosol. Il DNA nucleare (nDNA) è composto da diversi cromosomi lineari, che codifica quasi tutte le proteine ​​richieste dalla cellula. Il DNA mitocondriale è breve rispetto al DNA nucleare. Il differenza principale tra DNA mitocondriale e DNA nucleare è quello il DNA mitocondriale è codificato per l'informazione genetica richiesta dai mitocondri mentre il DNA nucleare è codificato per l'informazione genetica richiesta dall'intera cellula.

Questo articolo spiega,

1. Cos'è il DNA mitocondriale
      - Definizione, struttura e composizione, funzione
2. Cos'è il DNA nucleare
     - Definizione, struttura e composizione, funzione
3. Qual è la differenza tra DNA mitocondriale e DNA nucleare

Cos'è il DNA mitocondriale

Il mitocondrio è coinvolto nella produzione di energia cellulare attraverso la fosforilazione ossidativa. All'interno del mitocondrio si trova il suo genoma; questo è chiamato DNA mitocondriale (mtDNA). Il mtDNA è composto da una molecola di DNA circolare a doppio filamento, che è disposta in un singolo cromosoma. Un singolo mitocondrio consiste in dozzine di copie di mtDNA. I mitocondri sono costituiti da più molecole di mtDNA. Una singola cellula può contenere più di 100 mitocondri. Pertanto, per cella, è possibile trovare più di 1.000 copie di mtDNA. Il numero di copie di mtDNA per cellula dipende dal numero di copie di mtDNA per i mitocondri, nonché dalle dimensioni e dal numero di mitocondri per cellula. È composto da circa lo 0,25% della composizione genetica della cellula. Il DNA nel mitocondrio è mostrato in Figura 1.

Figura 1: DNA nel mitocondrio

Trentasette geni sono stati trovati codificati nel mtDNA. Questi geni sono codificati per le proteine ​​richieste dalle funzioni all'interno dei mitocondri così come i tRNA e gli rRNA richiesti dai mitocondri, specialmente per la sintesi proteica. DNA mitocondriale e RNA polimerasi si trovano localizzati nei mitocondri. I polipeptidi sintetizzati all'interno dei mitocondri sono subunità, che formano i complessi multimerici utilizzati nella sintesi dell'ATP o nel trasporto di elettroni. Il mtDNA è replicato indipendentemente dal DNA nucleare in base al fabbisogno energetico della cellula.

Nel lievito, l'eredità dei mitocondri è biparentale. Il mtDNA consiste in una discendenza materna di ereditarietà nell'uomo. Il citoplasma poco o niente è contribuito allo zigote dallo sperma nei mammiferi. Pertanto, nell'embrione, quasi tutti i mitocondri sono derivati ​​dall'ovulo. Nelle piante, l'eredità del mtDNA è la stessa dei mammiferi. Quindi, le malattie associate al mtDNA sono acquisite dall'eredità materna. Il mtDNA è più suscettibile alle mutazioni rispetto al DNA nucleare. Le mutazioni di senso errato nel mtDNA causano la neuropatia ottica ereditaria di Leber. Le grandi delezioni nel mtDNA causano la sindrome di Kearns-Sayre e l'oftalmoplegia esterna progressiva cronica. Il mtDNA circolare è mostrato in figura 2.

Figura 2: DNA mitocondriale

Cos'è il DNA nucleare

Il DNA che costituisce il genoma della cellula è noto come DNA nucleare (nDNA). L'nDNA si trova nel nucleo di una cellula eucariotica. È composto dal 99,75% della composizione genetica totale di una cellula. L'nDNA o il genoma di una cellula eucariotica è organizzato in diversi cromosomi lineari, che si trovano strettamente racchiusi all'interno del nucleo. I corpi umani sono composti da 46 singoli cromosomi. A volte, nDNA esiste in più copie. Il numero di copie di nDNA nel genoma è descritto con il termine ploidy. Le cellule somatiche umane sono diploidi, contenenti due copie di nDNA, che sono chiamati cromosomi omologhi. I gameti si trovano aploidi negli umani.

La dimensione del genoma umano è di 3,3 miliardi di paia di basi. L'nDNA umano è composto da 20.000 a 25.000 geni, compresi i geni trovati nel mtDNA. Questi geni sono codificati per quasi tutti i personaggi esibiti dall'organismo. Portano informazioni per la crescita, lo sviluppo e la riproduzione. I geni sono espressi in proteine ​​secondo il codice genetico universale attraverso la trascrizione e la traduzione. L'nDNA viene replicato solo durante la fase S del ciclo cellulare. L'organizzazione di nDNA è mostrata in figura 3.

Figura 3: organizzazione del DNA nucleare

L'ereditarietà dell'nDNA è biparentale. Ciascuna delle due copie del genoma umano è ereditata da un genitore, sia dalla madre che dal padre. L'nDNA contiene enormi variazioni dei tratti che esibiscono a causa della presenza di vari alleli per un particolare gene. Pertanto, l'nDNA è usato nei test di paternità per scoprire quale organismo figlie appartiene a quale genitore nell'uomo. D'altra parte, l'ereditarietà delle malattie è anche caratteristica dei genitori. L'nDNA è meno incline alle mutazioni. Esempi di disordini genetici nel genoma umano sono la fibrosi cistica, l'anemia falciforme, l'emocromatosi e la malattia di Huntington. L'ereditarietà di entrambi nDNA e mtDNA è mostrata in figura 4.

Figura 4: Ereditarietà di nDNA e mtDNA

Differenza tra DNA mitocondriale e DNA nucleare

Soddisfare

DNA mitocondriale: il mtDNA è costituito dal genoma mitocondriale.

DNA nucleare: nDNA è costituito dal genoma della cellula, incluso il DNA mitocondriale.

Struttura del DNA

DNA mitocondriale: mtDNA è a doppia elica e circolare.

DNA nucleare: nDNA è a doppio filamento e lineare.

Numero di cromosomi

DNA mitocondriale: mtDNA è organizzato in un singolo cromosoma.

DNA nucleare: nDNA è organizzato in diversi cromosomi. Ad esempio, nDNA umano è organizzato in 46 cromosomi.

Composizione

DNA mitocondriale: Il mtDNA è composto dallo 0,25% del corredo genetico della cellula nelle cellule animali.

DNA nucleare: nDNA è composto dal 99,75% del corredo genetico della cellula nelle cellule animali.

Allegato

DNA mitocondriale: il mtDNA non è racchiuso dall'involucro nucleare.

DNA nucleare: nDNA è racchiuso dal nucleo.

Posizione

DNA mitocondriale: Il mtDNA fluttua liberamente nella matrice mitocondriale.

DNA nucleare: nDNA si trova nella matrice nucleare, fissata all'involucro nucleare.

Dimensione del genoma

DNA mitocondriale: La dimensione del mtDNA è di 16.569 paia di basi.

DNA nucleare: La dimensione del nDNA è di 3,3 miliardi di paia di basi.

Proteine ​​istoniche

DNA mitocondriale: Il mtDNA non è ricco di proteine ​​istoniche.

DNA nucleare: nDNA è strettamente imballato con proteine ​​istoniche.

Numero di copie

DNA mitocondriale: Più di 1.000 copie di mtDNA possono essere trovate per cellula.

DNA nucleare: Il numero di copie di nDNA per cellula somatica può variare a seconda della specie. Le cellule somatiche umane contengono due copie di nDNA.

Numero di geni

DNA mitocondriale: mtDNA è costituito da 37 geni, che codificano 13 proteine, 22 tRNA e 2 rRNA.

DNA nucleare: nDNA comprende 20.000-25.000 geni, inclusi tre geni mt.

Il tRNA e gli rRNA

DNA mitocondriale: mtDNA codifica ogni tRNA e rRNA richiesti dai mitocondri.

DNA nucleare: nDNA codifica ogni tRNA e rRNA richiesti dai processi nel citoplasma.

Autonomia

DNA mitocondriale: Il mtDNA codifica per la maggior parte delle proteine, che sono richieste dai mitocondri. Ma alcune proteine ​​richieste dai mitocondri sono codificate da nDNA. Pertanto, i mitocondri sono organuli semi-autonomi.

DNA nucleare: nDNA codifica per ogni proteina, richiesta dalla cella.

Regioni non codificanti

DNA mitocondriale: Il mtDNA manca di regioni del DNA non codificanti come gli introni.

DNA nucleare: nDNA contiene regioni non codificanti di DNA come introni e regioni non tradotte.

Codice genetico

DNA mitocondriale: La maggior parte dei codoni nel mtDNA non segue il codice genetico universale.

DNA nucleare: I codoni nel nDNA seguono il codice genetico universale.

replicazione

DNA mitocondriale: mtDNA è replicato indipendentemente da nDNA.

DNA nucleare: nDNA viene replicato solo durante la fase S del ciclo cellulare.

Trascrizione

DNA mitocondriale: I geni codificati dal mtDNA sono policistronici.

DNA nucleare: I geni codificati dal nDNA sono monocistronici.

Eredità

DNA mitocondriale: mtDNA è ereditato maternamente.

DNA nucleare: nDNA è ereditato allo stesso modo da entrambi i genitori.

Ri combinazione

DNA mitocondriale: Il mtDNA viene ereditato dalla madre alla sua progenie senza cambiare.

DNA nucleare: nDNA è organizzato attraverso la ricombinazione durante il trasferimento alla prole.

Contributo al fitness individuale

DNA mitocondriale: Il mtDNA ha un minore contributo all'idoneità della persona nella popolazione.

DNA nucleare: nDNA ha un alto contributo per l'idoneità dell'individuo tra la popolazione.

Tasso di mutazioni

DNA mitocondriale: Il tasso di mutazioni nel mtDNA è relativamente alto.

DNA nucleare: Il tasso di mutazioni nel nDNA è basso.

Identificazione degli individui

DNA mitocondriale: Il mtDNA può anche essere utilizzato nell'identificazione di individui.

DNA nucleare: L'nDNA è usato per test di paternità.

Disturbi genetici

DNA mitocondriale: La neuropatia ottica ereditaria di Leber, la sindrome di Kearns-Sayre e l'oftalmoplegia esterna progressiva cronica sono gli esempi delle malattie genetiche causate dalle mutazioni del mtDNA.

DNA nucleare: La fibrosi cistica, l'anemia falciforme, l'emocromatosi e la malattia di Huntington sono gli esempi di malattie genetiche causate dalle mutazioni nel nDNA.

Conclusione

Il DNA nucleare, insieme al DNA mitocondriale, contribuisce alla composizione genetica delle cellule animali. Le cellule vegetali contengono il DNA del cloroplasto anche nelle loro cellule. L'nDNA è costituito dal genoma della cellula e il mtDNA è costituito dal genoma mitocondriale. L'nDNA contiene geni che codificano per tutti i tratti esibiti dall'organismo. Il mtDNA è anche incluso nel nDNA. L'nDNA è composto da oltre 20.000 geni. Le proteine ​​codificate da questi geni sono responsabili dei tratti fenotipici dell'organismo. Il mtDNA è codificato per 37 geni insieme ai tRNA e agli rRNA richiesti dalle funzioni dei mitocondri. Quindi, la principale differenza tra DNA mitocondriale e DNA nucleare è il loro contenuto. 

Riferimento:
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Cortesia dell'immagine:
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4. "DNA mitocondriale versus DNA nucleare", dal Museo di Paleontologia della University of California (UCMP) e dal Centro nazionale per l'educazione scientifica - "Marshalling the Evidence". Capire l'evoluzione. Museo di Paleontologia dell'Università della California. 22 aprile 2014 ... (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia