Los Origenes De La Energía Del Adn Mitocondrial O Mtdna

Introducción

El tema principal en el presente ensayo será el ADN mitocondrial o mtDNA, para esto partimos del estudio de los orígenes de este orgánulo celular, conocido como la fuente de energía, la mitocondria, con ayuda de la sistemática y la evolución molecular podremos explicar por qué el genoma de este orgánulo tiene características distintas a las del genoma presente en el núcleo, entre las características que abordaremos están: el hecho de que el espacio interno de la mitocondria, la matriz, posee numerosa cantidad de mtDNA, en cuanto a la estructura veremos que cada molécula de mtDNA posee dos cadenas, una ligera (L) y otra pesada (H) abarcando la información de 38 genes que a su vez se reparten en ribosomales, de transferencia y otros formadores de polipéptidos, después haremos referencia al proceso de transcripción de este mtDNA para el que se va a requerir de promotores específicos para cada una de las cadenas, y otros factores de transcripción particulares como el TFAM y finalmente se hará mención a la manera en que se transfiere del mtDNA que se realiza únicamente por parte materna.

Desarrollo

Sistemática y evolución molecular

La sistemática corresponde al área o rama de la biología que se interesa por la categorización de las especies, a partir de conocer y comprender su historia que incluye aspectos como su evolución y sus antecedentes filogenéticos (Raffino, 2019). A su vez, la evolución molecular es una disciplina que trabaja por realizar los estudios necesarios que nos conduzcan a comprender los diversos cambios y evoluciones que sufre la cadena del ADN conforme avanza la historia evolutiva, estos cambios pueden evidenciarse en el locus, los nucleótidos u otras particularidades de este ácido nucleico que van adquiriendo distintas transformaciones conforme pasa el tiempo y de manera conjunta con las especies existentes de nuestro planeta que van evolucionando y avanzando de acuerdo a sus necesidades, permitiéndonos contrastar y diferenciar las características de los genomas de cada una de las especies y así poder conocer un poco más sobre ellas y también de sus ancestros (Evolución Molecular, 2019).

De este modo podemos estudiar el origen del ADN de las células, cuya localización dentro del espacio interno de las células eucariotas queda en el núcleo, adquiriendo el nombre de ADN nuclear, y en la mitocondria (ADN mitocondrial) en cuanto a las células animales, y en los vegetales lo podremos localizar presente en los organelos denominados cloroplastos, en cambio en las células procariotas se va a encontrar disperso en el citosol.

Desde ahora, nos concentraremos en la mitocondria y su propia cadena de ADN, el mtDNA. Debido a que el genoma de la mitocondria en comparación o contraste con el ADN nuclear presenta características muy diferentes se vio la necesidad de plantear ideas o hipótesis sobre el origen del genoma mitocondrial llegando hasta la teoría endosimbiótica, esta teoría plantea la idea de que alrededor de hace unos 2000 millones de años se originaron las células eucariotas producto de la coligación de dos bacterias procariotas, en la que una bacteria anaerobia y con la existencia de un núcleo en su estructura, engulló a una bacteria aeróbica, lo que en la actualidad conocemos como la célula eucariota fue una bacteria anaerobia y con respecto a la bacteria aerobia, constituye lo que conocemos como mitocondria, de este modo se logra explicar porque el mtDNA y el ADN nuclear son distintos, y es debido a que estos dos en un principio, se encontraban en células distintas que tras la endosimbiosis constituyeron una sola, la célula eucariota. (Megías, Molist, & Pombal, 2019).

Mitocondria

Presentes en todos los seres eucariotas aeróbicos, estos orgánulos poseen las enzimas requeridas en la mayoría de las reacciones oxidativas útiles para producir la energía fundamental para que se desarrollen las funciones celulares (Quarin, 2005). Estas estructuras celulares comprenden cerca del 20% del volumen total en las células nucleadas, es habitual encontrarlas con forma ovoide y además poseen su propio ADN, autónomo e independiente del ADN nuclear (Espino, 2018).

Estructura

• Membrana externa de la mitocondria:   muy permeable y contiene lípidos y proteínas: estructurales (forman canales acuosos, porinas) y las transferasas y quinasas (Seijo, 2012).
• Membrana interna en la mitocondria: es muy impermeable y se encuentra replegada al interior formando las crestas mitocondriales, posee lípidos y proteínas transportadoras (permeasas) (Seijo, 2012). Ilustración 1 Estructura de la Mitocondria, (Megías, Molist, & Pombal, 2019)
• Matriz mitocondrial: aquí se encuentran los nucleoides que son el lugar donde están las moléculas de ADN, los mitorribosomas y las enzimas requeridas para llevar a cabo procesos metabólicos (Megías, Molist, & Pombal, 2019).

El ADN mitocondrial (mtDNA)

En el interior de cada mitocondria y constituyendo al ADN que se ubica fuera del núcleo (DNA extra nuclear) logramos encontrar al mtDNA, este está localizado en unas estructuras denominadas nucleoides presentes en la matriz mitocondrial, con estructura circular y cerrada y formado por una doble hélice o cadena, este genoma abarca un equivalente cercano a unos 16500 pares de bases las cuales ayudan a la codificación de una pequeña cantidad de proteínas propias de la mitocondria, y a su vez el ADN nuclear va a codificar la cantidad restante.

Las dos cadenas del ADN mitocondrial son denominadas ligera (L) y pesada (H) esta última cadena (H) puede llegar a codificar 28 genes aproximadamente, aquellas secuencias se distribuyen en la cadena de manera demasiado compacta. Es importante mencionar también que el ADNmt conlleva información de 38 genes los cuales se distribuyen en: “2 ARNr (12S y 16S), 22ARNt y 13 genes capaces de codificar polipéptidos responsables de ensamblar varias subunidades que forman parte de los complejos que participan en la fosforilación oxidativa. (Fernández, 2006)

En el ADNmt podremos encontrar los puntos de iniciación del proceso de replicación para la cadena (H) además de que aquí estarán los desencadenadores del proceso de transcripción tanto para la cadena ligera (LSP) y para la cadena pesada (HSP) estos se hallan en una estructura llamada bucle de desplazamiento (D-loop) (Justo, 2005).

Transcripción y replicación del ADNmt

El ADNmt dispone los polipéptidos indispensables para que se lleve a cabo la labor de la mitocondria de manera correcta, este genoma desarrolla el proceso de transcripción a partir de los promotores HSP y LSP que son específicos para la cadena pesada (H) y la cadena ligera (L) respectivamente, dando como resultado un producto final de 2 hebras de ARNm por cada cadena, a su vez este proceso está estrechamente relacionado al de replicación en el cual es imprescindible un iniciador de ARN que es emanado por una hebra de ADNmt. Para empezar este proceso se requiere la actividad de una ARN polimerasa específica, así como también del factor de transcripción mitocondrial A “TFAM” (que se une al ADNmt facilitando la coalición del ARN polimerasa al punto de iniciación de la transcripción) y finalmente se requiere de los factores de transcripción mitocondriales B1 y B2 (TFB1M y TFB2M). El TFAM puede iniciar la transcripción in vivo y también in vitro, activando a los promotores de transcripción HSP (a altas concentraciones TFAM) y LSP (a bajas concentraciones de TFAM) recordemos que estos promotores están situados en el D-loop del mtDNA (Justo, 2005).

Características del mtDNA

Las principales características del mtDNA se resumen en los siguientes puntos:

• La poliplasmia: elevado número de molécula de mtDNA en las células
• La herencia materna: la transmisión o heredabilidad del mtDNA cuenta solo por parte de la madre.
• Tasa de mutación: el mtDNA presenta una elevada tasa de mutación

Poliplasmia: las mitocondrias contienen múltiples moléculas de ADN

Este término es usado para referirse al gran número de moléculas de mtDNA que se pueden encontrar en el interior de cada mitocondria que existe en la célula, se consigue observar la coligación entre el DNA de las mitocondrias y ciertas proteínas particulares como son las “binding proteins”, que en conjunto forman al nucleoide. La mitocondria posee gran número de mtDNA, cerca de 1.000 y 10.000 copias de mtDNA por célula que se organizan en nucleoides, de 2 a 10 nucleoides por mitocondria (Fernández, 2006).

El ADN mitocondrial tiene herencia citoplasmática materna:

La transferencia del mtDNA se realiza de forma no mendeliana por parte materna. En un principio tanto hombres como mujeres lo heredan y lo poseen, sin embargo, las mujeres son las únicas que lo transmiten en la herencia a su progenie. Para poder explicar esto han surgido diversos argumentos o planteamientos, entre los cuales tenemos: La notable diferencia en el total de moléculas de mtDNA entre el óvulo (gameto femenino) y el gameto masculino (espermatozoide), un óvulo maduro posee entre 100000 y 200000 copias de mtDNA, en cambio un espermatozoide tan solo 50 copias. Otra explicación atribuye este suceso se debe a que el medio intracelular del zigoto, el citoplasma, donde se localizan las mitocondrias, proviene del óvulo, a diferencia de lo que pasa en los espermatozoides, ya que la mayoría de las mitocondrias se encuentran en el flagelo o cola, pero inusitadamente estos sobreviven a la primera división celular. Esto plantea el origen de un precepto que indica la presencia de un mecanismo en el oocito que lo vuelve capaz de reconocer y eliminar las mitocondrias presentes en el gameto de origen paterno el espermatozoide (Fernández, 2006).

Tasa de mutación

Una característica del mtDNA es que presenta una tasa de mutación involuntaria que se encuentra en una proporción elevada con respecto a la tasa de mutación del ADN nuclear, esta particularidad puede estar causada por la alta obtención de radicales libres que se producen en la mitocondria, estos contituyen un daño para el ADN que se encuentra desprotegido al no poseer proteínas como las histonas protectoras. A causa de esto, los seres de una misma especie pueden tener cambios muy significantes en sus secuencias de hasta unos 70 nucleótidos, incluso en una misma persona o individuo de cualquier especie, se estará en un mismo individuo se estará construyendo con el paso del tiempo una pequeña diferencia en el mtDNA. (Montoya, 2000)

Conclusión

De esta manera concluimos que con el aporte de ciertas áreas de la biología como la sistemática y otras disciplinas como la evolución molecular y su contribución en el análisis de los orígenes de esta estructura celular: mitocondria, se logró explicar por qué el genoma de este orgánulo tiene características distintas a las del genoma del núcleo, fenómeno causado porque en un principio la mitocondria era una célula independiente, por esta razón posee su propio núcleo con características distintas, entre las que podemos mencionar la alta cantidad de mtDNA que las mitocondrias poseen, esta puede ir de 1.000 y 10.000 copias de mtDNA organizadas en los nucleoides de la matriz mitocondrial, estructuralmente este mtDNA helicoidal posee dos cadenas, una ligera (L) y otra pesada (H) que abarcan la información de 38 genes que a su vez se reparten en 2 ARNr (12S y 16S), 22ARNt y 13 genes formadores de polipéptidos, para la transcripción de este mtDNA se va a requerir de los promotores HSP y LSP que son específicos para cada cadena, un factor de transcripción mitocondrial A “TFAM” y los factores de transcripción mitocondriales B1 y B2 (TFB1M y TFB2M); y por último cabe mencionar que la transferencia de este mtDNA se realiza por la transmisión del citoplasma (contenedor de las mitocondrias) procedente del gameto materno, el óvulo, hacia la progenie.

Bibliografía

• Espino, C. (2018). Mitocondrias. Obtenido de Cienciorama: http://www.cienciorama.unam.mx/a/pdf/555_cienciorama.pdf
• Evolución Molecular. (2019). Obtenido de Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Evoluci%C3%B3n_molecular
• Fernández, E. (2006). El DNA mitocondrial. Obtenido de Tesis en red: https://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/795/01.TESIS_EFD_INTRODUCCION.pdf?sequence=2&isAllowed=y
• Justo, R. (2005). Función y biogénesis mitocondrial. Función y biogénesis mitocondrial. Obtenido de Tesis en red: https://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/9380/trjl1de1.pdf?sequence=1&isAllowed=y
• Megías, M., Molist, P., & Pombal, M. (2019). La célula, Mitocondrías. Obtenido de Atlas de Histología vegetal y animal: https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/6-mitocondrias.php
• Montoya, J. (2000). El ADN Mitocondrial. Obtenido de Scientific Electronic Library Online: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0036-36342001000200010
• Quarin, C. (2005). Genoma Extranuclear. Obtenido de Hipertextos del área de Biología: http://www.biologia.edu.ar/genetica/extranuclear.htm#Uso%20del%20ARNmt%20para%20determinaci%C3%B3n%20de%20parentescos
• Raffino, M. (2019). Sistemática. Obtenido de Concepto.de: https://concepto.de/sistematica/
• Seijo, J. (2012). Mitocondria catabolismo. Obtenido de Tirso de Molina: http://www.tirsoferrol.org/ciencias/pdf/a14_mitocondriacatabolismo.pdf