ADN MITOCONDRIAL. MITOCONDRIA Orgánulo semiautomático, se encuentra presente en prácticamente todas las células eucariotas y en su interior tienen lugar un gran número de procesos metabólicos esenciales, que incluyen entre otros la oxidación de ácidos grasos, el ciclo de Krebs, y algunas etapas de la biosíntesis de aminoácidos y del grupo hemo. En particular, y debido a su importancia, se ha considerado que la función fundamental de la mitocondria es la de generar energía química en forma de ATP mediante la combustión de los nutrientes obtenidos de la dieta, un proceso conocido como fosforilación oxidativa, desempeña un papel fundamentalmente en la muerte celular programada (apoptosis) y en la señalización intracelular mediada por calcio. + En ella tiene lugar el proceso de fosforilación oxidativa mediante el cual los coenzimas reducidos NADH + H y FADH2, procedentes del catabolismo de los nutrientes celulares, se oxidan y ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico y finalmente al O2. ESTRUCTURA Tradicionalmente se ha considerado a la mitocondria como un orgánulo discreto, de forma esférica o alargada, y con unas dimensiones que normalmente están en torno a 3-4μm de largo y 1μm de diámetro. La mitocondria posee una doble membrana que delimita dos compartimentos en su interior: el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial. La membrana mitocondrial externa, que separa el espacio intermembrana del citoplasma, es fácilmente permeable a pequeñas moléculas e iones, mientras que la membrana mitocondrial interna es mucho menos permeable, necesitando de la presencia de numerosos transportadores específicos. En la membrana mitocondrial interna se encuentra insertada la cadena de transporte electrónico y es, por tanto, el lugar físico donde se produce la fosforilación oxidativa y por lo tanto la síntesis de ATP mitocondrial. En la doble membrana mitocondrial se localiza la maquinaria de importe de proteínas de la mitocondria. Está compuesta por una serie de complejos responsables del transporte al interior de la mitocondria y procesamiento de las proteínas de destino mitocondrial sintetizadas en el citoplasma. La membrana mitocondrial interna presenta invaginaciones lamelares, denominadas crestas, que incrementan en gran medida la superficie de la misma y aumentan su capacidad funcional. Aunque el número de mitocondrias por célula es 2 5 constante para cada tipo celular, oscilando entre 10 -10 , la densidad de las crestas es variable, dependiendo principalmente de la demanda energética. DNA MITOCONDRIAL. El ADN mitocondrial (ADNmt) es un genoma extranuclear, circular y de pequeño tamaño, que tiene exactamente 16.569 pares de bases, se encuentra en la parte interna de las mitocondrias y ha sido útil para la identificación humana debido a su alta tasa de mutación, la falta de recombinación y la vía de herencia materna. Debido a su localización, el ADNmt puede extraerse de diente, cabello sin raíz y hueso, además de presentar un elevado número de copias en comparación con el ADN nuclear. El ADNmt se compone de dos regiones, una región codificante que comprende 37 genes relacionados con la cadena respiratoria de los cuales 13 genes codifican para RNAm por tanto para 13 proteinas, 22 genes para un RNAt y 2 genes que codifican para el RNAr. Y una región no codificante de 1,122 pb conocida como “D-loop” o “región control”, que es una región altamente polimórfica, y en donde se encuentran las regiones hipervariables I y II (HVR I y HVR II). Estas regiones hipervariables, son las que comúnmente se analizan con fines de identificación humana. En la región D-loop también se encuentra una tercera región hipervariable (HVR III), que podría analizarse en aquellos casos en donde se requiera tener un mayor poder de discriminación en comparación con el análisis de las regiones HVR I y HVR II Cada mitocondria posee varias copias de ADNmt y en cada célula existe un gran número de mitocondrias, por lo tanto, las células somáticas normales pueden contener múltiples copias de ADNmt aproximadamente entre 1.000 y 10.000 copias. Cuatro o cinco cromosomas mitocondriales se agrupan formando los llamados nucleoides. Genoma mitocondrial contiene un total de 37 genes Organización de la información genética: ADNmt puede dividirse en dos regiones: región codificante y región de control. Región codificante, como su nombre indica, es la parte del genoma mitocondrial donde se localizan los genes, es decir, es la parte que codifica para la formación de cadenas polipeptídicas. Región de Control, también conocida como asa de desdoblamiento o desplazamiento (bucle D o D-loop), abarca un segmento de aproximadamente 1.120 pares de bases. Dentro de esta región existen dos segmentos hipervariables, en los que se concentran las posiciones nucleotídicas más variables dentro del genoma mitocondrial: el segmento HVI y el segmento HVII. Existe una tercera región hipervariable, el segmento HVIII que se extiende entre las bases 438 y 574 y que hasta la fecha no ha sido prácticamente analizada. Es tan polimórfica que se utiliza en medicina forense para identificar sujetos. En mamíferos, la composición de nucleótidos de las dos cadenas del ADNmt es diferente: una de ellas es rica en residuos de guanina y timina y se denomina cadena pesada (H), mientras que la otra se denomina cadena ligera (L). Representación del ADN mitocondrial humano. En el exterior se representa la cadena pesada y en el interior la cadena ligera. Los ARNt se representan por el código de una letra del aminoácido correspondiente. Se indican las posiciones de los origenes de replicación de la cadena pesada (OH) y ligera (OL), así como los promotores a partir de los cuales se inicia la trascripción mitocondrial (LSP y HSP). A diferencia del ADN nuclear, que se encuentra en el núcleo de cada célula, el ADN mitocondrial se localiza en las mitocondrias. éstas se encuentran repartidas por el citoplasma celular y son las responsables de producir la energía necesaria para el mantenimiento de la célula y, por tanto, del organismo. Herencia materna del DNA mitocondrial La transmisión del ADNmt no es mendeliana, sino matrilineal ya que se hereda exclusivamente de la madre debido a que las mitocondrias paternas contenidas en los espermatozoides son eliminadas de forma selectiva. El hecho de ser transmitido de madres a hijos es una de las particularidades que convierten al ADNmt en una valiosa herramienta en estudios de genética de poblaciones. Ausencia de recombinación: Esta falta de recombinación determina que el genoma mitocondrial sea transmitido de generación en generación sin barajeo de regiones, lo que permite identificar un linaje a lo largo de muchas generaciones. Variabilidad del ADN mitocondrial: La aparición de variabilidad en el ADNmt se debe principalmente a dos factores: por un lado, la elevada tasa de mutación del ADN mitocondrial, 10 veces mayor que la del ADN nuclear (Brown et al. 1979), y por otro lado, al efecto del cuello de botella que sufre la población de mitocondrias durante la formación del ovocito. Este proceso de cuello de botella supone una drástica reducción en la población de mitocondrias. De esta forma, si en la población mitocondrial materna aparece una variante genética y ésta se encuentra en una frecuencia muy baja, este proceso puede hacer que en la descendencia esa variante sea mínimamente apreciable o incluso aparezca como variante instaurada. Además, el hecho de que el ADNmt sea una molécula circular supone una ventaja adicional, puesto que de esta forma es menos susceptible a la actividad de las exonucleasas que degradan el ADN comenzando por los extremos. Esta situación, unida a que el ADNmt se encuentra protegido en un orgánulo de doble membrana, podría contribuir a su mantenimiento. El ADNmt depende para su correcta replicación, reparación y estabilización de numerosas proteínas codificadas en el ADN nuclear. Mutaciones en estas proteínas pueden producir daños cuantitativos (depleción) o cualitativos (deleciones) en el ADNmt.
