Hauptunterschied – Mitochondriale DNA vs. nukleare DNA

Mitochondriale DNA und nukleäre DNA tragen zur genetischen Ausstattung der Zelle bei. Mitochondriale DNA (mtDNA) ist eine doppelsträngige, zirkuläre DNA, die sich in den Mitochondrien befindet. Es kodiert Proteine ​​und funktionelle RNAs, die von Mitochondrien benötigt werden. Einige Proteine, die von nuklearer DNA kodiert werden, werden jedoch aus dem Zytosol importiert. Nukleare DNA (nDNA) besteht aus mehreren linearen Chromosomen, die fast alle von der Zelle benötigten Proteine ​​kodieren. Die mitochondriale DNA ist im Vergleich zur nuklearen DNA kurz. Die Hauptunterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA ist das mitochondriale DNA ist für die genetische Information kodiert, die von Mitochondrien benötigt wird wohingegen Kern-DNA ist für die genetische Information kodiert, die von der gesamten Zelle benötigt wird.

Dieser Artikel erklärt,

1. Was ist mitochondriale DNA? – Definition, Struktur und Zusammensetzung, Funktion 2. Was ist nukleare DNA? – Definition, Struktur und Zusammensetzung, Funktion 3. Was ist der Unterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA?

Was ist mitochondriale DNA?

Das Mitochondrium ist an der Produktion von zellulärer Energie durch oxidative Phosphorylierung beteiligt. Im Mitochondrium befindet sich sein eigenes Genom; Dies wird als mitochondriale DNA bezeichnet (mtDNA). Die mtDNA besteht aus einem doppelsträngigen, zirkulären DNA-Molekül, das in einem einzigen Chromosom angeordnet ist. Ein einzelnes Mitochondrium 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 aus etwa 0,25% der genetischen Ausstattung der Zelle. Die DNA im Mitochondrium ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: DNA im Mitochondrium

37 Gene werden in mtDNA kodiert gefunden. Diese Gene werden für die Proteine ​​kodiert, die für die Funktionen innerhalb der Mitochondrien benötigt werden, sowie die benötigten tRNAs und rRNAs von Mitochondrien, insbesondere für die Proteinsynthese. Mitochondriale DNA- und RNA-Polymerasen werden in Mitochondrien lokalisiert gefunden. Die in Mitochondrien synthetisierten Polypeptide sind Untereinheiten, die die multimeren Komplexe bilden, die entweder bei der ATP-Synthese oder beim Elektronentransport verwendet werden. Die mtDNA wird je nach Energiebedarf der Zelle unabhängig von der Kern-DNA repliziert.

Bei Hefe ist die Vererbung der Mitochondrien biparental. Die mtDNA besteht aus einer mütterlichen Erblinie beim Menschen. Bei Säugern wird durch die Spermien wenig oder kein Zytoplasma zur Zygote beigetragen. Daher stammen im Embryo fast alle Mitochondrien aus der Eizelle. Bei Pflanzen ist die Vererbung der mtDNA die gleiche wie bei Säugetieren. Daher werden mit mtDNA assoziierte Krankheiten durch mütterliche Vererbung erworben. Die mtDNA ist im Vergleich zur Kern-DNA anfälliger für Mutationen. Fehlsinnmutationen in der mtDNA verursachen Lebersche hereditäre Optikusneuropathie. Große Deletionen in der mtDNA verursachen das Kearns-Sayre-Syndrom und eine chronisch fortschreitende externe Ophthalmoplegie. Die zirkuläre mtDNA ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Mitochondriale DNA

Was ist nukleare DNA?

Die DNA, aus der das Genom der Zelle besteht, wird als Kern-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 sich dicht gepackt im Zellkern befinden. Der menschliche Körper besteht aus 46 einzelnen Chromosomen. Manchmal existiert nDNA in mehreren Kopien. Die Anzahl der Kopien von nDNA im Genom wird mit dem Begriff Ploidie beschrieben. Menschliche Körperzellen sind diploid und enthalten zwei Kopien von nDNA, die als homologe Chromosomen bezeichnet werden. Gameten werden beim Menschen haploid gefunden.

Die Größe des menschlichen Genoms beträgt 3,3 Milliarden Basenpaare. Menschliche nDNA besteht aus 20.000 bis 25.000 Genen, einschließlich der Gene, die in mtDNA gefunden werden. Diese Gene sind für fast alle Merkmale des Organismus kodiert. Sie tragen Informationen für Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung. Gene werden gemäß 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 Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Organisation der nuklearen DNA

Die Vererbung von nDNA ist biparental. Jede der beiden Kopien des menschlichen Genoms wird von einem Elternteil geerbt, entweder von der Mutter oder vom Vater. Die nDNA enthält große Variationen der Merkmale, die sie aufgrund des Vorhandenseins verschiedener Allele pro ein bestimmtes Gen aufweisen. Daher wird nDNA bei Vaterschaftstests verwendet, um herauszufinden, welcher Tochterorganismus zu welchem ​​Elternteil beim Menschen 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 die Huntington-Krankheit. Die Vererbung von sowohl nDNA als auch mtDNA ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Vererbung von nDNA und mtDNA

Unterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA

Inhalt

Mitochondriale DNA: mtDNA besteht aus dem mitochondrialen Genom.

Kern-DNA: nDNA besteht aus dem Genom der Zelle, einschließlich der mitochondrialen DNA.

DNA-Struktur

Mitochondriale DNA: mtDNA ist doppelsträngig und zirkulär.

Kern-DNA: nDNA ist doppelsträngig und linear.

Anzahl der Chromosomen

Mitochondriale DNA: mtDNA ist in einem einzigen Chromosom angeordnet.

Kern-DNA: nDNA ist in mehrere Chromosomen angeordnet. Zum Beispiel ist die menschliche nDNA in 46 Chromosomen angeordnet.

Komposition

Mitochondriale DNA: mtDNA besteht aus 0,25% der genetischen Ausstattung der Zelle in tierischen Zellen.

Kern-DNA: nDNA besteht zu 99,75 % aus dem Erbgut der Zelle in tierischen Zellen.

Gehege

Mitochondriale DNA: mtDNA ist nicht von der Kernhülle umschlossen.

Kern-DNA: nDNA wird vom Kern umschlossen.

Standort

Mitochondriale DNA: mtDNA schwebt frei in der mitochondrialen Matrix.

Kern-DNA: nDNA findet sich in der Kernmatrix, fixiert an der Kernhülle.

Genomgröße

Mitochondriale DNA: Die Größe der mtDNA beträgt 16.569 Basenpaare.

Kern-DNA: Die Größe der nDNA beträgt 3,3 Milliarden Basenpaare.

Histonproteine

Mitochondriale DNA: mtDNA ist nicht mit Histonproteinen verpackt.

Kern-DNA: nDNA ist dicht mit Histonproteinen gepackt.

Anzahl der Kopien

Mitochondriale DNA: Pro Zelle können mehr als 1.000 Kopien von mtDNA gefunden werden.

Kern-DNA: Die Anzahl der nDNA-Kopien pro Körperzelle kann je nach Spezies unterschiedlich sein. Menschliche Körperzellen enthalten zwei Kopien von nDNA.

Anzahl der Gene

Mitochondriale DNA: mtDNA besteht aus 37 Genen, die für 13 Proteine, 22 tRNAs und 2 rRNAs kodieren.

Kern-DNA: nDNA besteht aus 20.000-25.000 Genen, darunter drei mt-Gene.

Die tRNAs und rRNAs

Mitochondriale DNA: mtDNA kodiert jede einzelne tRNA und rRNA, die von Mitochondrien benötigt werden.

Kern-DNA: nDNA kodiert jede einzelne tRNA und rRNA, die von den Prozessen im Zytoplasma benötigt werden.

Autonomie

Mitochondriale DNA: mtDNA kodiert für die meisten Proteine, die von Mitochondrien benötigt werden. Einige Proteine, die von Mitochondrien benötigt werden, werden jedoch von nDNA kodiert. Daher sind Mitochondrien halbautonome Organellen.

Kern-DNA: nDNA kodiert für jedes Protein, das von der Zelle benötigt wird.

Nicht-kodierende Regionen

Mitochondriale DNA: mtDNA fehlen nicht-kodierende DNA-Regionen wie Introns.

Kern-DNA: nDNA enthält nicht-kodierende DNA-Regionen wie Introns und untranslatierte Regionen.

Genetischer Code

Mitochondriale DNA: Die meisten Codons in mtDNA folgen nicht dem universellen genetischen Code.

Kern-DNA: Codons in der nDNA folgen dem universellen genetischen Code.

Reproduzieren

Mitochondriale DNA: mtDNA wird unabhängig von nDNA repliziert.

Kern-DNA: nDNA wird nur während der S-Phase des Zellzyklus repliziert.

Transkription

Mitochondriale DNA: Die von der mtDNA kodierten Gene sind polycistronisch.

Kern-DNA: Die von der nDNA kodierten Gene sind monocistronisch.

Nachlass

Mitochondriale DNA: mtDNA wird mütterlicherseits vererbt.

Kern-DNA: nDNA wird von beiden Eltern gleichermaßen vererbt.

Rekombination

Mitochondriale DNA: mtDNA wird von der Mutter an ihre Nachkommen vererbt, ohne sich zu verändern.

Kern-DNA: nDNA wird durch Rekombination geordnet, während sie auf die Nachkommen übertragen wird.

Beitrag zur Fitness des Einzelnen

Mitochondriale DNA: mtDNA trägt weniger zur Fitness des Individuums in der Bevölkerung bei.

Kern-DNA: nDNA hat einen hohen Beitrag zur Fitness des Individuums in der Bevölkerung.

Mutationsrate

Mitochondriale DNA: Die Mutationsrate der mtDNA ist vergleichsweise hoch.

Kern-DNA: Die Mutationsrate in der nDNA ist gering.

Identifizierung von Personen

Mitochondriale DNA: Die mtDNA kann auch zur Identifizierung von Individuen verwendet werden.

Kern-DNA: Die nDNA wird bei Vaterschaftstests verwendet.

Genetische Störungen

Mitochondriale DNA: Die Leber hereditäre Optikusneuropathie, das Kearns-Sayre-Syndrom und die chronisch progressive externe Ophthalmoplegie sind Beispiele für genetische Erkrankungen, die durch Mutationen der mtDNA verursacht werden.

Kern-DNA: Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Hämochromatose und Chorea Huntington sind Beispiele für genetische Erkrankungen, die durch Mutationen in der nDNA verursacht werden.

Abschluss

Kern-DNA trägt zusammen mit der mitochondrialen DNA zur genetischen Ausstattung tierischer Zellen bei. Pflanzenzellen enthalten auch Chloroplasten-DNA in ihren Zellen. Die nDNA besteht aus dem Genom der Zelle und mtDNA besteht aus dem mitochondrialen Genom. Die nDNA enthält Gene, die für alle Merkmale des Organismus 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 zusammen mit den tRNAs und rRNAs, die für die Funktionen der Mitochondrien benötigt werden, für 37 Gene kodiert. Daher ist der Hauptunterschied zwischen mitochondrialer DNA und nuklearer DNA ihr Inhalt.

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Bildhöflichkeit: 1. „Mitochondriale DNA lg“ Von National Human Genome Research Institute – National Institutes of Health. Nationales Institut für Humangenomforschung. „Glossar der genetischen Begriffe sprechend.“ Abgerufen am 17. November 2016 von (Public Domain) über Commons Wikimedia2. “Mitochondrial DNA de” Nach abgeleiteter Arbeit: Shanel (Vortrag)Mitochondrial DNA de.svg: Übersetzung von Knopfkind; Layout von jhc – Mitochondriale DNA de.svg, CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia3. “Eukaryote DNA-en” Von Eukaryote_DNA.svg: *Difference_DNA_RNA-EN.svg: *Difference_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (Talk)Übersetzung: Sponk (Talk)Chromosom.svg: *Derivative Arbeit: Tryphon (Talk)Chromosom-upright.png: Originalversion: Magnus Manske, diese Version mit aufrechtem Chromosom: Benutzer:Dietzel65Animal_cell_structure_en.svg: LadyofHats (Mariana Ruiz)derivative work: Radio89derivative work: Radio89 – Diese Datei wurde abgeleitet vonEukaryote DNA.svg: (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia4. „Mitochondriale DNA versus nukleare DNA“ vom University of California Museum of Paleontology (UCMP) und dem National Center for Science Education – „Marshalling the Evidence“. Evolution verstehen. Museum für Paläontologie der Universität von Kalifornien. 22. April 2014.. (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia