Mitochondrial DNA

1. Dr. ThirunahariUgandhar
Head& AssistantProfessorin Botany

6. Mitochondria
Matrix
Inter membrane space
Inner membrane
Outer membrane
mtDNA

8. • Mitochondrial DNA is a double stranded
circular molecule, which is inherited from the
mother in all multi-cellular organisms, though
some recent evidence suggests that in rare
instances mitochondria may also be inherited
via a paternal route.
• Typically, a sperm carries mitochondria in its
tail as an energy source for its long journey to
the egg. When the sperm attaches to the egg
during fertilization, the tail falls off.

9. • మైటోకాన్డ్రియాల్ DNA ఒక డబుల్ స్ా్ి ాండెడ్ వృత్తా కార
అణువు, ఇది అన్డ్ి బహుళ-సెల్యుల్ార్ జీవుల్లో తల్లో
న ాండి వారసతవాంగా పాందిాంది, అయిత్ే కొన్డ్ి ఇటీవల్ల
ఆధతరాల్య అరుదెైన సాందరాాల్లో మైటోకాన్డ్రియా కూడత
ఒక తాండిి మారగాం దతవరా వారసతవాంగా పాందవచ్ ునన్డ్
సూచిసా ాంది. స్ాధతరణాంగా,
• ఒక సెెర్్ దతన్డ్ త్ోకల్ల మైటోకాాండిియాన గుడడర కయ దతన్డ్
స దీరఘ ప్ియాణాం కోసాం శకతా వనరుగా న్డ్రవహిసా ాంది.
ఫల్దీకరణాం సమయాంల్ల సెెర్్ గుడడర కయ
జోడిాంచినప్ుెడడ, త్ోక వసా ాంది.

10. • Consequently, the only mitochondria the new
organism usually gets are from the egg its
mother provided.
• There are about 2 to 10 transcripts of the mt-
DNA in each mitochondrion. Compared to
chromosomes, it is relatively smaller, and
contains the genes in a limited number.
• తతఫల్లతాంగా, కొతా జీవికత స్ాధతరణాంగా మైటోకాాండిియా
ల్భిసా ాంది, దతన్డ్ తల్లో అాందిాంచిన గుడడర న ాండి వసా ాంది. ప్ితి
మైటోకాన్డ్రియాన్లో MT-DNA యొకక 2 న ాంచి 10 అన వాదతల్య
ఉాంటాయి.
• కోో మోజోమో త్ో పో ల్లసతా, ఇది చతల్ా తకయకవగా ఉాంట ాంది, మరియు
ప్రిమిత సాంఖ్ుల్ల జన ువుల్న కల్లగి ఉాంట ాంది.

11. • The size of mitochondrial genomes varies greatly
among different organisms, with the largest
found among plants, including that of the plant
Arabidopsis, with a genome of 200 kbp in size
and 57 protein-encoding genes.
• The smallest mtDNA genomes include that of
the protist Plasmodium falciparum, which has a
genome of only 6 kbp and just 2 protein-
encoding genomes. Humans and other animals
have a mitochondrial genome size of 17 kbp and
13 protein genes.

12. • మైటోకాన్డ్రియాల్ జన ువుల్ ప్రిమాణాం విభిని జీవుల్
మధ్ు మారుతూ ఉాంట ాంది, మొకకల్ మధ్ు అతిపెదద
వాటిల్ల, అరబిడోపసిస్ోా సహా, ప్రిమాణాం మరియు 57
పోి టీన్-ఎన్లకడిాంగ్ జన ువుల్ల్ల 200 kbp జన ువుత్ో
సహా.
• అతిచిని mtDNA జన ువుల్ల్ల పోి టోజిస్ట్ పాో స్ో ్డియాం
ఫల్లిపారమ్, ఇాంద ల్ల కేవల్ాం 6 kbp మరియు కేవల్ాం 2
పోి టీన్-ఎన్లకడిాంగ్ జెన్లమో జన ువు ఉాంది. మానవుల్య
మరియు ఇతర జాంతువుల్ల్ల 17 kbp మరియు 13
పోి టీన్ జన ువుల్ మైటోకాన్డ్రియాల్ జన ు ప్రిమాణాం
ఉాంట ాంది

15. • Mitochondrial DNA consists of 5-10 rings of DNA and
appears to carry 16,569 base pairs with 37 genes (13
proteins, 22 t-RNAs and two r-RNA) which are
concerned with the production of proteins involved in
respiration.
• Out of the 37 genes, 13 are responsible for making
enzymes, involved in oxidative phosphorylation, a
process that uses oxygen and sugar to produce
adenosine tri-phosphate (Fig. 4.56).
• The other 14 genes are responsible for making
molecules, called transfer RNA (t-RNA) and ribosomal
RNA (r-RNA). In some metazoans, there are about 100 –
10,000 separate copies of mt-DNA present in each cell.

16. • మైటోకాన్డ్రియాల్ DNA 5-10 రిాంగ్ి DNA న కల్లగి ఉాంట ాంది
మరియు శ్ావసల్ల పాల్గగ ని పోి టీనో ఉతెతిాకత సాంబాంధిాంచి 37
జన ువుల్య (13 పోి టీనో , 22 t-RNA ల్య మరియు రెాండడ r-RNA)
త్ో 16,569 ఆధతర జతల్న కల్లగి ఉాంటాయి.
• 37 జన ువుల్లో 13, ఆకతిడెటివ్ ఫాస్ో ఫరిల్ేషన్లో ఆకతిజన్,
చ్కెకరన ఉప్యోగిాంచిన ఎాంజెైమో న తయారు చేస్ాా యి, ఇది
ఆడెన్లససన్ తిిాం-ఫాసతఫట్ (Figure 4.56) న ఉతెతిా చేయడతన్డ్కత
ఉప్యోగప్డడతుాంది.
• ఇతర 14 జన ువుల్య బదిలీ RNA (t-RNA) మరియు రిపోి స్ో మల్
RNA (r-RNA) అన్డ్ పసల్లచే అణువుల్న తయారు చేయడతన్డ్కత
బాధ్ుత వహిస్ాా యి. కొన్డ్ి మటొజోన్లలో, ప్ితి సెల్ ల్ల 100 -
10,000 వేరేవరు కాపీల్య ఉన్తియి.

17. • Unlike nuclear DNA, mitochondrial DNA doesn’t
get shuffled every generation, so it is presumed
to change at a slower rate, which is useful for
the study of human evolution.
• Mitochondrial DNA is also used in forensic
science as a tool for identifying corpses or body
parts and has been implicated in a number of
genetic diseases, such as Alzheimer’s disease
and diabetes.
• Changes in mt-DNA can cause maternally
inherited diseases, which leads to faster aging
process and genetic disorders.

18. • అణు DNA మాదిరిగా కాకయాండత, మైటోకాన్డ్రియాల్ DNA
ప్ితి తరాన్డ్కత అవరోధ్ాం చెాందద , కాబటి్ మానవ
ప్రిణతమ అధ్ుయనాం కోసాం ఇది ఉప్యోగకరాంగా
ఉాంట ాంది, ఇది తకయకవ వేగాంత్ో మారుడతన్డ్కత
అన కయాంట ాంది.
• మైటోకాన్డ్రియాల్ DNA ఫో రెన్డ్ిక్ సెైన్లలో కూడత శవాల్న
ల్ేదత శరీర భాగాల్న గురిాాంచ్డతన్డ్కత మరియు అలీీమర్ి
వాుధి మరియు డయాబెటిస్ట వాంటి అన్ేక జన ు
వాుధ్ ల్ల్ల చికయకకయాంది. Mt-DNA ల్ల మారుెల్య తల్లో
తరహా సాంకోమిత వాుధ్ ల్కయ కారణాం కావచ్ ు, ఇది
వేగాంగా వృదతా ప్ు ప్ికతోయ మరియు జన ుప్రమైన
రుగ్తల్కయ దతరి తీసా ాంది

19. • Mitochondria convert the potential energy of
food molecules into ATP by the Krebs cycle,
electron transport and oxidative phosphoryl
ation in presence of oxygen.
• The energy from food molecules (e.g., glucose) is
used to produce NADH and FADH2molecules, via
glycolysis and the Krebs cycle.
• The protein complexes in the inner membrane
(NADH dehydrogenase, cytochrome c reductase,
cytochrome c oxidase) use the released energy
to pump protons (FT) against a gradient.

25. • మైకోోస్ో కాండిియ ఆహారప్ు అణువుల్ శకతాన్డ్ ATP ల్లకత
Krebs cycle, ఎల్ెకా్ా న్ టాి న్లిోర్్ మరియు ఆకతిజన్
సమక్షాంల్ల ఆకతిడెటివ్ ఫాస్ో ఫరిల్ేషన్ దతవరా మారు
గల్ద .
• ఆహార అణువుల్ న ాండి శకతా (ఉదత., గలో కోజ్) గెలోకోససస్ట
మరియు కతోబ్సి చ్కోాం దతవరా NADH మరియు FADH2
అణువుల్న ఉతెతిా చేయడతన్డ్కత ఉప్యోగిాంచ్
బడడతుాంది.
• ల్లప్ల్ల ప రల్ల పోి టీన్ సముదతయాల్య (NADH
డీహైడోిజిన్ేస్ట, సెైటోకోోమ్ సస రిడకే్జ్, సెైటోకోోమ్ సస
ఆకతిడేస్ట) ఒక ప్ివణతకయ వుతిరేకాంగా పోి టానోన (FT)
ప్ాంప్ుటకయ విడడదల్ చేయబడిన శకతాన్డ్ వాడత్తయి.

26. Mitochondria
• Mitochondria are organelles found in most
eukaryotic organisms.
• The site of Krebs cycle and electron transport
energy producing processes during aerobic
respiration
• Are inherited only from the mother during sexual
reproduction in mammals and probably all other
vertebrates.
• Because of their mode of inheritance genetic
material found in mitochondria appears to be
useful in determining the maternal lineage of
organisms.

27. • మిటోచోాండిియ అన్ేవి చతల్ా యుకఎరోటిక్ జీవుల్లో
కన్డ్ెాంచేవి.
• ఏరోబిక్ శ్ావసల్ల కెోబ్సి సెైకతల్ మరియు ఎల్ెకా్ా న్
టాి న్లిోరే్షన్ ఎనరీీ ఉతెతిా ప్ికతోయల్ ప్ిదేశాం క్షీరదతల్లో
మరియు బహుశ్ా ఇతర అన్డ్ి సకశ్ేరుకాల్ల్ల ల్ెైాంగిక
ప్ునరుతెతిా సమయాంల్ల తల్లో న ాండి మాతిమే
వారసతవాంగా తీస కయాంటారు.
• వారి యొకక వారసతవ సాంసకరణల్ వల్న
మైటోకాన్డ్రియాల్ల కన్డ్పసాంచే జన ు ప్దతరాా ల్య జీవుల్
యొకక మాతృ వాంశవృక్షాన్డ్ి గురిాాంచ్డతన్డ్కత
ఉప్యోగప్డత్తయి.

28. Extranuclear DNA
• Mitochondria and chloroplasts have their own DNA
• This extranuclear DNA exhibits non-Mendelian
inheritance.
• Recombination is known between some mt and ctDNAs
• Extranuclear DNA may also be called cytoplasmic DNA
• Generally mtDNA and ctDNA is circular and contains
genes for multimeric proteins, some portion of which
are also coded for in the nucleus.
• Extranuclear DNA has a rate of mutation that is
independent of nuclear DNA.
• Generally, but not always, all the RNAs needed for
transcription and translation are found in mtDNA and
ctDNA, but only some of the protein genes.

29. Mitochondrial DNA Damage and Diseases

31. Animal Mitochondrial DNA Recombination

33. • మైటోకాన్డ్రియా మరియు కోో రోపాో స్ోకయ వారి సవాంత DNA
ఉాంట ాంది ఈ విసాృత DNA Mendelian కాన్డ్ వారసతవాం
ప్ిదరిిసా ాంది.
• కొన్డ్ి mt మరియు ctDNA ల్ మధ్ు ప్ునఃసాంయోగాం
అాంటారు ఎకాలరిబిినల్ DNA న సెైటోపాో సస్క్ DNA అన్డ్
కూడత పసల్యస్ాా రు స్ాధతరణాంగా mtDNA మరియు ctDNA
వృత్తా కారాంల్ల ఉాంట ాంది మరియు మలీ్మీరిక్ పోి టీనోకయ
జన ువుల్న కల్లగి ఉాంట ాంది,
• వీటిల్ల కొాంత భాగాం కేాందికాంల్ల కూడత కోడ్ చేయబడడతుాంది.
ఎకాలరిన ురాకయుల్ DNA కత అణు DNA న ాండి సవతాంతిమైన
ముుటేషన్ రేట ఉాంట ాంది. స్ాధతరణాంగా, కానీ ఎల్ోప్ుెడూ
కాద , టాి న్డ్ిరిప్షన్ మరియు అన వాదతన్డ్కత అవసరమైన
అన్డ్ి RNA ల్య mtDNA మరియు ctDNA ల్ల
కన్డ్పసస్ాా యి, అయిత్ే కొన్డ్ి పోి టీన్ జన ువుల్య మాతిమే
ఉాంటాయి.

34. Human Mitochondrial DNA

35. Animal Mitochondrial DNA Replication

37. mtDNA
• Mitochondrial DNA is generally small in animal cells,
about 16.5 kb
• In other organisms sizes can be more than an order of
magnitude larger
• Plant mtDNA is highly variable in size and content with
the large Arabidopsis mtDNA being 200 kb.
• The largest known number of mtDNA protein genes is 97
in the protozoan Riclinomonas mtDNA of 69 kb.
• “Most of the genetic information for mitochondrial
biogenesis and function resides in the nuclear genome,
with import into the organelle of nuclear DNA-specified
proteins and in some cases small RNAs.” (Gray et
al.,1999)

38. • మైటోకాన్డ్రియాల్ DNA అన్ేది స్ాధతరణాంగా జాంతు కణతల్ల్ల
16.5 kb ఉాంట ాంది
• ఇతర జీవుల్లో ప్రిమాణతల్లో ప్రిమాణాం పెదదదిగా ఉాంట ాంది
పాో ాంట్ mtDNA ప్రిమాణాంల్ల మరియు కాంటాంటోో పెదద
అరబిడోపసిస్ట mtDNA 200 kb త్ో ఎకయకవగా ఉాంట ాంది.
• MtDNA పోి టీన్ జన ువుల్ సాంఖ్ుల్ల అతుధికాంగా 69 kb
యొకక పోి టోజొన్ రికతోన్ల్నస్ట mtDNA ల్ల 97 ఉాంది.
• "మైటోకాన్డ్రియాల్ బయోజెన్డ్ససస్ట మరియు ఫాంక్షన్ కొరకయ జన ు
సమాచతరాం చతల్ా అణు జన ువుల్ల ఉాంట ాంది, అణు DNA-
న్డ్రేదశాంచిన పోి టీనో యొకక ఆరాగ పెల్లో కత మరియు కొన్డ్ి
సాందరాాల్లో చిని RNA ల్ల్ల." (గేో మరియు ఇతరుల్య, 1999)