Dziedziczenie pozajądrowe u prokariontów

Bakterie, oprócz głównej cząsteczki DNA (genoforu), posiadają plazmidy - koliste cząsteczki DNA zdolne do samodzielnej replikacji. Plazmidy nie zawierają genów niezbędnych do podstawowego metabolizmu komórki, ale przenoszą informacje dające bakteriom specjalne zdolności.

Podczas podziału komórkowego zreplikowane plazmidy przekazywane są komórkom potomnym. Bakterie mogą też wymieniać plazmidy między sobą poprzez horyzontalny transfer genów - zachodzi on podczas koniugacji (bezpośredniej wymiany przez pile płciowe), transdukcji (za pośrednictwem wirusów bakteryjnych) lub transformacji (pobieranie DNA z otoczenia).

Geny plazmidowe często nadają bakteriom oporność na antybiotyki, zdolność do infekowania gospodarzy czy możliwość rozkładania nietypowych źródeł węgla. Dzięki nim niektóre bakterie mogą też wchodzić w symbiozę z roślinami.

Warto zapamiętać! Plazmidy to "dodatkowe wyposażenie" bakterii - nie są niezbędne do życia, ale dają im specjalne supermoce, jak oporność na antybiotyki.

DNA pozajądrowe u eukariontów

W komórkach eukariotycznych większość DNA znajduje się w jądrze komórkowym, ale niewielka część występuje też w organellach komórkowych. U zwierząt i grzybów DNA pozajądrowe znajdziesz w mitochondriach, a u roślin dodatkowo w chloroplastach.

Genom mitochondrialny człowieka jest znacznie mniejszy niż jądrowy - zawiera tylko około 16 600 par zasad. Ma on postać kolistej cząsteczki DNA i charakteryzuje się genami ciągłymi, czyli takimi, których sekwencje kodujące nie są przedzielone fragmentami niekodującymi.

Mitochondrialne DNA jest bardziej podobne do bakteryjnego niż do jądrowego DNA eukariotów, co wspiera teorię endosymbiozy - mitochondria i chloroplasty powstały z bakterii, które zostały wchłonięte przez komórki eukariotyczne miliony lat temu.

Ciekawostka! DNA mitochondrialne jest znacznie bardziej narażone na uszkodzenia niż jądrowe, ponieważ mitochondria produkują wolne rodniki tlenowe podczas wytwarzania energii.

Dziedziczenie mitochondrialne

U ptaków i ssaków, w tym u człowieka, dziedziczenie mitochondrialne odbywa się wyłącznie w linii żeńskiej. Oznacza to, że wszystkie mitochondria, które masz w swoim ciele, pochodzą tylko od twojej mamy!

Podczas zapłodnienia plemnik dostarcza do komórki jajowej zasadniczo tylko jądro komórkowe z chromosomami. Nawet jeśli jakieś mitochondria z plemnika wnikną do komórki jajowej, to ulegają one degeneracji na wczesnym etapie rozwoju zarodka.

Z powodu takiego sposobu dziedziczenia, choroby mitochondrialne są przekazywane przez matkę wszystkim jej dzieciom, niezależnie od ich płci. Choroby te często dotyczą układu nerwowego i mięśni, ponieważ te tkanki potrzebują dużo energii, którą dostarczają właśnie mitochondria.

Zapamiętaj! Twoje mitochondria pochodzą wyłącznie od mamy - to dlatego DNA mitochondrialne jest wykorzystywane do śledzenia linii matczynej w badaniach genealogicznych.

Rodzaje dziedziczenia pozajądrowego

Dziedziczenie jednostronne występuje, gdy mitochondria lub plastydy pochodzą tylko od jednego z rodziców. U człowieka i większości zwierząt mitochondria dziedziczone są od matki - to przykład dziedziczenia jednostronnego.

W przypadku dziedziczenia obustronnego, mitochondria lub plastydy mogą pochodzić od obojga rodziców. Ten typ dziedziczenia występuje u niektórych roślin i glonów, gdzie potomstwo może otrzymywać chloroplasty i mitochondria zarówno od matki, jak i od ojca.

Dziedziczenie pozachromosomowe to szersze pojęcie obejmujące przekazywanie informacji genetycznej poza chromosomami jądrowymi. Obejmuje ono zarówno dziedziczenie mitochondrialne i plastydowe, jak i plazmidowe u bakterii.

Horyzontalny transfer genów to fascynujący proces, w którym materiał genetyczny przenoszony jest między niepowiązanymi organizmami. U bakterii zachodzi on przez koniugację (bezpośrednie połączenie komórek), transdukcję (za pośrednictwem wirusów) lub transformację (pobieranie DNA z otoczenia).

Uwaga! W przeciwieństwie do typowego dziedziczenia "pionowego" (od rodziców do potomstwa), transfer horyzontalny umożliwia szybkie rozprzestrzenianie się cech, takich jak oporność na antybiotyki, między różnymi gatunkami bakterii.

Ważne terminy w dziedziczeniu pozajądrowym

Plastydy to organelle otoczone dwiema błonami występujące u wszystkich roślin lądowych oraz niektórych glonów i protistów. Należą do nich chloroplasty, które odpowiadają za fotosyntezę, oraz inne typy plastydów o różnych funkcjach.

Bakterie wymieniają materiał genetyczny poprzez trzy główne mechanizmy. Transdukcja to przenoszenie DNA przez bakteriofagi (wirusy bakteryjne), które przez pomyłkę pakują fragmenty DNA bakterii zamiast własnego genomu i przenoszą je do innych komórek bakteryjnych.

Transformacja to proces, w którym bakterie pobierają fragmenty DNA ze środowiska, najczęściej pochodzące z rozpadłych komórek innych bakterii. Ten mechanizm pozwala bakteriom szybko adaptować się do zmian środowiskowych.

Koniugacja to bezpośrednia wymiana DNA między żywymi komórkami bakterii. Zachodzi przez specjalne struktury zwane pilami płciowymi, przez które jedna bakteria przekazuje plazmid lub fragment chromosomu do drugiej bakterii.

Pomoc w nauce: Zapamiętaj trzy "T" wymiany genów u bakterii: Transfer (ogólnie), Transdukcja (przez wirusy), Transformacja (pobieranie DNA z otoczenia). Do tego dochodzi Koniugacja (bezpośrednia wymiana).