¿Qué pasaría si translocáramos todo el ADN mitocondrial de una especie dada a su genoma nuclear?

No siempre es una ventaja selectiva. 2 razones: (nota, estoy borrando memoria, así que siéntete libre de corregirme, y también si necesitas referencias, me encantaría desenterrarlas)

Hidrofobicidad y Regulación

En primer lugar, las proteínas mitocondriales son extremadamente hidrofóbicas . Esto es para que puedan pegarse en la membrana de las mitocondrias de manera eficiente. Quizás lo más importante, la cantidad de hidrofobicidad en esta proteína interfiere con la importación de las proteínas a la ubicación adecuada. Si expresa Cox1 del núcleo en la levadura, por ejemplo, y lo importa a las mitocondrias, obtendrá expresión, pero no mitocondrias funcionales.

Más importante aún, existe lo que yo llamaría una inmensa cantidad de regulación que entra en la expresión mitocondrial. En el ejemplo anterior, Cox1 no se coloca correctamente en su posición. Para una explicación más visual.

(no es mi foto)

Esta es la ATP sintasa. Sintetiza ATP de una manera similar a cómo las represas crean energía. Las partes alfa y beta de la imagen giran cuando los protones atraviesan el canal, y esa energía se convierte en ATP.

No desea terminar el canal antes del rotor y viceversa porque el gradiente se destruiría, perdiendo energía. ¿Cómo coordinas la inserción de ambos al mismo tiempo?

La solución más elegante es sintetizar algunos de los componentes literalmente al lado del canal. Es por eso que las mitocondrias todavía tienen ADN. La síntesis de proteínas necesita estar cerca de esos canales para ser más eficiente. El aumento de la eficiencia, de hecho, es lo suficientemente grande como para justificar * cientos * de proteínas mitocondriales accesorias para mantener un ribosoma mitocondrial ortogonal. Esos 37 genes son en su mayoría solo ARN para producir las aproximadamente 8 proteínas que se requieren. Los ribosomas están literalmente fusionados con la membrana, y el ADN mitocondrial está justo en esa membrana esperando las señales correctas para crear ARN y proteína justo al lado de donde debe estar. Es selectivamente ventajoso colocar proteínas en el núcleo EXCEPTO esas pocas proteínas productoras de energía.

A menos que cree nuevas proteínas reguladoras e importadoras para insertar esas pocas correctamente en la membrana, tendrá que lidiar con el ADN mitocondrial.

Haría que las mitocondrias no funcionen. A continuación, hay una gran respuesta, dada por Keoni Gandall, que destaca algunos de los problemas que sucederían si esto ocurriera, pero incluyo mi respuesta aquí porque hay un punto clave que este encuestado no abordó. Esto es que la mayoría de los genes dentro de las mitocondrias no producen proteínas. Hay 37 genes dentro del genoma mitocondrial. De estos, solo 13 fabrican proteínas. El resto fabrica ARN funcionales, moléculas que esencialmente “traducen” el código genético presente en el genoma en proteínas útiles. La razón por la cual las mitocondrias necesitan hacer esto es que evolucionaron a partir de bacterias que entraron en una relación simbiótica con células eucariotas, por lo que no “hablan el mismo idioma” que una célula eucariota. El código genético que le dice a la mitocondria qué secuencias traducir a qué aminoácidos es diferente del código genético que le dice a la célula eucariota que haga lo mismo. La siguiente tabla muestra las secuencias, resaltadas en rojo, que son diferentes para la traducción mitocondrial que para la traducción en nuestras propias células:

Esto significa que las mitocondrias se ejecutan básicamente en un sistema operativo diferente que el resto de la célula. Si los ribosomas que interactúan con su ADN nuclear ven UGA, eso significa “deja de construir lo que sea que estés construyendo”. Si la mitocondria ve la misma secuencia, eso significa “agregar triptófano”. Del mismo modo, si sus ribosomas “estándar” ven AGA, lo leen como “agregar arginina”, mientras que las mitocondrias lo leen como “detener”. Esto significa que si los genes para construir las proteínas que construye la mitocondria se trasladan al núcleo tal como están, producirían proteínas rotas. Resultó productos a medio terminar cuando el código realmente solo pedía triptófano y agregaba arginina y continuaba cuando el código realmente decía que se había terminado. El resultado es que las proteínas que estaba construyendo no funcionarían.

Ahora, si todos los genes de las mitocondrias se translocaran al núcleo, incluidos los de sus ARN funcionales, eso sería un caos absoluto. ¿Cómo controlaría su célula qué proteínas construir utilizando los ARN mitocondriales y cuáles construir utilizando los ARN nucleares? Básicamente terminas con una celda que intentaba entrelazar dos sistemas operativos completamente diferentes al mismo tiempo. Si una proteína codificada por el código nuclear fuera construida por ARN mitocondriales, no funcionaría, y viceversa.

Básicamente, aunque cosas como el transporte y la regulación de las proteínas sin duda importarían, un problema mucho más fundamental es que las proteínas mitocondriales y las proteínas derivadas de la energía nuclear no se fabrican con el mismo código, por lo que la translocación sería una pesadilla.

Terminarías con mitocondrias rotas y un organismo muerto. La mitocondria tiene dos membranas, una interna plegada y una externa, y el ADNmt codifica un lote de proteínas muy importantes que se producen en la membrana interna.

Si se hicieran fuera de la mitocondria en los ribosomas ordinarios, no se insertarían en la membrana interna, no hay realmente una forma de llevarlos allí, por lo que se obtienen mitocondrias inútiles.

(Mi información puede estar desactualizada, esto fue lo que aprendí hace décadas, las personas con títulos genéticos más actualizados pueden saber diferentes).

EDITAR: Estoy desactualizado, las proteínas producidas en el citoplasma pueden llegar al interior de la mitocondria.

(No sé si este enlace funcionará).

http://ac.els-cdn.com/S009286740

Lo que lleva a la pregunta de por qué esos últimos 37 genes no se han transferido al núcleo cuando cientos de otros genes sí. No lo sé.

Dado que ~ 99% de los genes mitocondriales (en humanos) se expresan a partir del ADN cromosómico nuclear, dejando solo 37 genes funcionales en el genoma de 17,000 pb de la mitocondria, creo que podríamos manejarlo bien con el resto moviéndose también.

Ver: http://www.sciencedirect.com/sci

Como mínimo, obtendrías muchas bajas en el camino para conseguir un individuo ocasional que sobreviva y que pueda mejorar un poco.

Pero como no tenemos que lidiar con plagas y depredadores feroces, ¿cuál sería el “filtro de selección” que ayudaría a mejorar la raza humana en miles de años en lugar de millones de años?

Solo pensando a largo plazo.