Unterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA
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Hauptunterschied - Mitochondriale DNA vs. Kern-DNA
Mitochondriale DNA und Kern-DNA tragen zur genetischen Ausstattung der Zelle bei. Mitochondriale DNA (mtDNA) ist eine doppelsträngige, zirkuläre DNA, die in den Mitochondrien vorkommt. Es kodiert für Proteine und funktionelle RNAs, die von Mitochondrien benötigt werden. Einige Proteine, die von Kern-DNA kodiert werden, werden jedoch aus dem Zytosol importiert. Nuclear DNA (nDNA) besteht aus mehreren linearen Chromosomen, die fast alle Proteine kodieren, die von der Zelle benötigt werden. Mitochondriale DNA ist im Vergleich zur Kern-DNA kurz. Das Hauptunterschied zwischen Mitochondrien-DNA und Kern-DNA ist das Mitochondriale DNA wird für die von Mitochondrien geforderte genetische Information kodiert wohingegen Kern-DNA wird für die genetische Information kodiert, die von der gesamten Zelle benötigt wird.
Dieser Artikel erklärt,
1. Was ist Mitochondrien-DNA?
- Definition, Struktur und Zusammensetzung, Funktion
2. Was ist Kern-DNA?
- Definition, Struktur und Zusammensetzung, Funktion
3. Was ist der Unterschied zwischen Mitochondrien-DNA und Kern-DNA?
Was ist Mitochondrien-DNA?
Das Mitochondrium ist durch oxidative Phosphorylierung an der Produktion von Zellenergie beteiligt. Innerhalb des Mitochondrions wird ein eigenes Genom gefunden; Dies wird mitochondriale DNA genannt (mtDNA). Die mtDNA besteht aus einem doppelsträngigen, zirkulären DNA-Molekül, das in einem einzigen Chromosom angeordnet ist. Ein einzelnes Mitochondrion besteht aus Dutzenden von mtDNA-Kopien. Mitochondrien bestehen aus mehreren mtDNA-Molekülen. Eine einzelne Zelle kann mehr als 100 Mitochondrien enthalten. Daher können pro Zelle mehr als 1.000 Kopien von mtDNA gefunden werden. Die Anzahl der mtDNA-Kopien pro Zelle hängt von der Anzahl der mtDNA-Kopien pro Mitochondrien sowie der Größe und Anzahl der Mitochondrien pro Zelle ab. Es besteht zu etwa 0,25% aus der genetischen Ausstattung der Zelle. Die DNA im Mitochondrion ist in gezeigt Abbildung 1.
Abbildung 1: DNA im Mitochondrion
In mtDNA werden siebenunddreißig Gene gefunden. Diese Gene werden für die Proteine kodiert, die von den Funktionen in den Mitochondrien benötigt werden, sowie für die erforderlichen tRNAs und rRNAs durch Mitochondrien, insbesondere für die Proteinsynthese. Mitochondriale DNA- und RNA-Polymerasen werden in Mitochondrien lokalisiert gefunden. Die innerhalb der Mitochondrien synthetisierten Polypeptide sind Untereinheiten, die die multimeren Komplexe bilden, die entweder bei der ATP-Synthese oder beim Elektronentransport verwendet werden. Die mtDNA wird abhängig von dem Energiebedarf der Zelle unabhängig von der Kern-DNA repliziert.
In der Hefe ist die Vererbung der Mitochondrien biparental. Die mtDNA besteht aus einer mütterlichen Vererbungslinie beim Menschen. Bei Säugetieren trägt das Sperma wenig oder kein Zytoplasma zur Zygote bei. Daher stammen im Embryo fast alle Mitochondrien aus dem Ei. In Pflanzen ist die Vererbung von mtDNA die gleiche wie in Säugetieren. Daher werden Erkrankungen, die mit mtDNA in Zusammenhang stehen, durch mütterliche Vererbung erworben. Die mtDNA ist anfälliger für Mutationen im Vergleich zu Kern-DNA. Mis-sense-Mutationen in der mtDNA führen zur erblichen Optikusneuropathie von Leber. Große Deletionen in der mtDNA verursachen ein Kearns-Sayre-Syndrom und eine chronisch progressive äußere Ophthalmoplegie. Die zirkuläre mtDNA ist in gezeigt Figur 2.
Abbildung 2: Mitochondriale DNA
Was ist Kern-DNA?
Die DNA, aus der das Genom der Zelle besteht, wird als nukleare DNA bezeichnet (nDNA). Die nDNA befindet sich im Kern einer eukaryontischen Zelle. Es besteht zu 99,75% aus der gesamten genetischen Ausstattung einer Zelle. Die nDNA oder das Genom einer eukaryotischen Zelle ist in mehrere lineare Chromosomen organisiert, die eng im Kern angeordnet sind. Der menschliche Körper besteht aus 46 einzelnen Chromosomen. Manchmal ist nDNA in mehreren Kopien vorhanden. Die Anzahl der nDNA-Kopien im Genom wird mit dem Begriff Ploidie bezeichnet. Menschliche Körperzellen sind diploid und enthalten zwei nDNA-Kopien, die als homologe Chromosomen bezeichnet werden. Gameten sind beim Menschen haploid.
Die Größe des menschlichen Genoms beträgt 3,3 Milliarden Basenpaare. Menschliche nDNA besteht aus 20.000 bis 25.000 Genen, einschließlich der in der mtDNA gefundenen Gene. Diese Gene sind für fast alle vom Organismus gezeigten Charaktere kodiert. Sie tragen Informationen für Wachstum, Entwicklung und Reproduktion. Gene werden entsprechend dem universellen genetischen Code durch Transkription und Translation in Proteine exprimiert. Die nDNA wird nur während der S-Phase des Zellzyklus repliziert. Die Organisation von nDNA ist in gezeigt Figur 3.
Abbildung 3: Nukleare DNA-Organisation
Die Vererbung von nDNA ist biparental. Jede der beiden Kopien des menschlichen Genoms wird von einem Elternteil vererbt, entweder von der Mutter oder vom Vater. Die nDNA enthält große Variationen der Merkmale, die sie aufgrund des Vorhandenseins verschiedener Allele für ein bestimmtes Gen aufweisen. Daher wird nDNA in Vaterschaftstests verwendet, um herauszufinden, welcher Tochterorganismus zu welchem Elternteil gehört. Andererseits ist die Vererbung von Krankheiten auch für die Eltern charakteristisch. Die nDNA ist weniger anfällig für Mutationen. Beispiele für genetische Störungen im menschlichen Genom sind Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Hämochromatose und Huntington-Krankheit. Die Vererbung sowohl von nDNA als auch von mtDNA ist in gezeigt Figur 4.
Abbildung 4: Vererbung von nDNA und mtDNA
Unterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA
Inhalt
Mitochondriale DNA: mtDNA besteht aus dem mitochondrialen Genom.
Nukleare DNA: nDNA besteht aus dem Genom der Zelle, einschließlich der mitochondrialen DNA.
DNA-Struktur
Mitochondriale DNA: mtDNA ist doppelsträngig und kreisförmig.
Nukleare DNA: nDNA ist doppelsträngig und linear.
Anzahl der Chromosomen
Mitochondriale DNA: mtDNA ist in einem einzigen Chromosom angeordnet.
Nukleare DNA: nDNA ist in mehreren Chromosomen angeordnet. Zum Beispiel ist menschliche nDNA in 46 Chromosomen angeordnet.
Zusammensetzung
Mitochondriale DNA: mtDNA besteht zu 0,25% aus der genetischen Ausstattung der Zelle in tierischen Zellen.
Nukleare DNA: nDNA besteht zu 99,75% aus der genetischen Ausstattung der Zelle in tierischen Zellen.
Gehege
Mitochondriale DNA: mtDNA wird nicht von der Kernhülle eingeschlossen.
Nukleare DNA: nDNA wird vom Kern eingeschlossen.
Ort
Mitochondriale DNA: mtDNA ist in der Mitochondrienmatrix frei schwebend.
Nukleare DNA: nDNA wird in der Kernmatrix gefunden, die an der Kernhülle befestigt ist.
Genomgröße
Mitochondriale DNA: Die Größe der mtDNA beträgt 16.569 Basenpaare.
Nukleare DNA: Die Größe der nDNA beträgt 3,3 Milliarden Basenpaare.
Histonproteine
Mitochondriale DNA: mtDNA ist nicht mit Histonproteinen gepackt.
Nukleare DNA: nDNA ist eng mit Histonproteinen gefüllt.
Anzahl der Kopien
Mitochondriale DNA: Mehr als 1.000 Kopien von mtDNA können pro Zelle gefunden werden.
Nukleare DNA: Die Anzahl der nDNA-Kopien pro Körperzelle kann sich je nach Spezies unterscheiden. Menschliche Körperzellen enthalten zwei nDNA-Kopien.
Anzahl der Gene
Mitochondriale DNA: mtDNA besteht aus 37 Genen, die für 13 Proteine, 22 tRNAs und 2 rRNAs kodieren.
Nukleare DNA: nDNA besteht aus 20.000-25.000 Genen, darunter drei mt-Gene.
Die tRNAs und rRNAs
Mitochondriale DNA: mtDNA kodiert für jede von Mitochondrien benötigte tRNA und rRNA.
Nukleare DNA: nDNA kodiert für jede tRNA und rRNA, die für die Prozesse im Zytoplasma erforderlich ist.
Autonomie
Mitochondriale DNA: mtDNA kodiert für die meisten Proteine, die von Mitochondrien benötigt werden. Einige von den Mitochondrien benötigte Proteine werden jedoch von der nDNA kodiert. Mitochondrien sind daher halbautonome Organellen.
Nukleare DNA: nDNA kodiert für jedes Protein, das von der Zelle benötigt wird.
Nicht kodierende Regionen
Mitochondriale DNA: mtDNA fehlen nicht kodierende DNA-Bereiche wie Introns.
Nukleare DNA: nDNA enthält nicht kodierende Bereiche der DNA wie Introns und nicht translatierte Bereiche.
Genetischer Code
Mitochondriale DNA: Die meisten Codons in mtDNA folgen nicht dem universellen genetischen Code.
Nukleare DNA: Codons in der nDNA folgen dem universellen genetischen Code.
Replikation
Mitochondriale DNA: mtDNA wird unabhängig von nDNA repliziert.
Nukleare DNA: nDNA wird nur während der S-Phase des Zellzyklus repliziert.
Transkription
Mitochondriale DNA: Gene, die von der mtDNA codiert werden, sind polycistronisch.
Nukleare DNA: Gene, die von der nDNA kodiert werden, sind monocistronisch.
Erbe
Mitochondriale DNA: mtDNA wird mütterlich vererbt.
Nukleare DNA: nDNA wird von beiden Elternteilen gleichermaßen vererbt.
Rekombination
Mitochondriale DNA: mtDNA wird von der Mutter an ihren Nachwuchs vererbt, ohne sich zu verändern.
Nukleare DNA: nDNA wird durch Rekombination während der Übertragung an die Nachkommenschaft arrangiert.
Beitrag zur Fitness des Einzelnen
Mitochondriale DNA: mtDNA trägt weniger zur individuellen Kondition der Bevölkerung bei.
Nukleare DNA: nDNA hat einen hohen Beitrag zur individuellen Kondition der Bevölkerung.
Rate der Mutationen
Mitochondriale DNA: Die Mutationsrate in mtDNA ist vergleichsweise hoch.
Nukleare DNA: Die Mutationsrate in der nDNA ist gering.
Identifizierung von Personen
Mitochondriale DNA: Die mtDNA kann auch zur Identifikation von Individuen verwendet werden.
Nukleare DNA: Die nDNA wird bei Vaterschaftstests verwendet.
Genetische Störungen
Mitochondriale DNA: Die erbliche Optikusneuropathie von Leber, das Kearns-Sayre-Syndrom und die chronisch progressive äußere Ophthalmoplegie sind Beispiele für genetische Erkrankungen, die durch die Mutationen der mtDNA verursacht werden.
Nukleare DNA: Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Hämochromatose und Huntington-Krankheit sind Beispiele für genetische Erkrankungen, die durch Mutationen in der nDNA verursacht werden.
Fazit
Nukleare DNA trägt zusammen mit der mitochondrialen DNA zur genetischen Ausstattung von Tierzellen bei. Pflanzenzellen enthalten in ihren Zellen auch Chloroplasten-DNA. Die nDNA besteht aus dem Genom der Zelle und mtDNA aus dem mitochondrialen Genom. Die nDNA enthält Gene, die für alle vom Organismus gezeigten Merkmale kodieren. Die mtDNA ist auch in der nDNA enthalten. Die nDNA besteht aus mehr als 20.000 Genen. Die von diesen Genen kodierten Proteine sind für die phänotypischen Merkmale des Organismus verantwortlich. Die mtDNA wird für 37 Gene zusammen mit den tRNAs und rRNAs kodiert, die von den Funktionen der Mitochondrien benötigt werden. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen Mitochondrien-DNA und Kern-DNA in deren Inhalt.
Referenz:
1. Lodish, Harvey. "Organelle DNAs". Molekulare Zellbiologie. 4. Ausgabe. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 28. März 2017.
2. Cooper, Geoffrey M. "Mitochondria". Die Zelle: ein molekularer Ansatz. 2. Auflage US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 28. März 2017.
3. Brown, Terence A. "Das menschliche Genom". Genome. 2. Auflage US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 28. März 2017.
4. Alberts, Bruce. "Die Struktur und Funktion von DNA". Molekularbiologie der Zelle. 4. Ausgabe. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 28. März 2017.
5. Stöppler, Melissa Conrad. "Liste der genetischen Erkrankungen: Definitionen, Typen und Beispiele." MedicineNet. N.p., n. D. Netz. 28. März 2017.
Bildhöflichkeit:
1. "Mitochondrial dna lg" vom Nationalen Institut für Humangenomforschung - National Institutes of Health. Nationales Institut für Humangenomforschung. "Glossar der genetischen Begriffe im Gespräch". Abgerufen am 17. November 2016 von (Public Domain) über Commons Wikimedia
2. "Mitochondrial DNA de" Durch Ableitung: Shanel (Diskussion) Mitochondrial DNA de.svg: Übersetzung von Knopfkind; Layout von jhc - Mitochondrial DNA de.svg, CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
3. "Eukaryote DNA-de" Von Eukaryote_DNA.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Übersetzung von Sponk (Diskussion): Sponk (Diskussion) Chromosome.svg: * Ableitung: Tryphon (Diskussion) Chromosom -upright.png: Originalversion: Magnus Manske, diese Version mit aufrechtem Chromosom: Benutzer: Dietzel65Animal_cell_structure_en.svg: LadyofHats (Mariana Ruiz) abgeleitete Arbeit: Radio89derivative Arbeit: Radio89 - Diese Datei stammt vonEukaryote DNA.svg: (CC BY-SA) 3.0) über Commons Wikimedia
4. "Mitochondriale DNA vs. Kern-DNA" Von der University of California, Museum für Paläontologie (UCMP) und dem National Center for Science Education - "Marshalling the Evidence". Evolution verstehen. Museum der Paläontologie der Universität von Kalifornien. 22. April 2014… (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
