Perbedaan antara DNA mitokondria dan DNA nukleus Perbedaan Antara
Apa itu DNA?
Asam deoksiribonukleat (DNA) membawa informasi genetik yang digunakan sebagai seperangkat instruksi untuk pertumbuhan dan perkembangan, serta fungsi utama dan reproduksi organisme hidup. Ini adalah asam nukleat dan merupakan satu dari empat jenis makromolekul utama yang diketahui penting untuk semua bentuk kehidupan 1 .
Setiap molekul DNA terdiri dari dua untai biopolimer yang melingkar satu sama lain untuk membentuk heliks ganda. Kedua helai DNA ini disebut polinukleotida, karena terbuat dari unit monomer sederhana yang disebut nukleotida 2 . Setiap nukleotida masing-masing terdiri dari satu dari empat nukleotida yang mengandung nitrogen - Sitosin (C), Guanin (G), Adenin (A) atau Thymine (T) - bersama dengan gula yang disebut deoksiribosa dan kelompok fosfat.
Nukleotida bergabung satu sama lain dengan ikatan kovalen, antara fosfat satu nukleotida dan gula berikutnya. Ini menciptakan rantai, menghasilkan tulang punggung gula-fosfat bergantian. Basa nitrogen dari dua untai polinukleotida terikat bersama oleh ikatan hidrogen, untuk membuat DNA beruntai ganda sesuai dengan pasangan basa yang ketat (A sampai T dan C sampai G)
3. Dalam sel eukariotik, DNA disusun dalam struktur yang disebut kromosom, masing-masing memiliki 23 pasang kromosom. Selama pembelahan sel, kromosom diduplikasi melalui proses replikasi DNA, selama setiap sel memiliki kumpulan kromosomnya sendiri. Organisme eukariotik seperti hewan, tumbuhan dan jamur, menyimpan sebagian besar DNA mereka di dalam inti sel dan beberapa DNA mereka di organel seperti mitokondria 4
.
Lokasi →
Terletak secara eksklusif di mitokondria, mtDNA mengandung 100-1.000 eksemplar per sel somatik. DNA Nuklir terletak di dalam nukleus setiap sel eukariotik (dengan beberapa pengecualian seperti sel darah merah dan saraf) dan biasanya hanya memiliki dua salinan per sel somatik
5 . Struktur →
Kedua jenis DNA terdampar ganda. Namun, nDNA memiliki struktur terbuka linier terbuka yang tertutup oleh membran nuklir. Ini berbeda dari mtDNA, yang biasanya memiliki struktur melingkar yang tertutup dan tidak diselimuti oleh ukuran membran Genome → Baik mtDNA dan nDNA memiliki genom sendiri namun ukurannya sangat berbeda.Pada manusia, ukuran genom mitokondria hanya terdiri dari 1 kromosom yang mengandung 16, 569 pasangan basa DNA. Genom nuklir secara signifikan lebih besar dari pada mitokondria, yang terdiri dari 46 kromosom yang mengandung 3. 3 miliar nukleotida.
Gen pengkodean →
Kromosom mtDNA tunggal jauh lebih pendek daripada kromosom nuklir. Ini berisi 36 gen yang menyandikan 37 protein, yang semuanya merupakan protein spesifik yang digunakan dalam proses metabolisme yang dilakukan mitokondria (seperti siklus asam sitrat, sintesis ATP dan metabolisme asam lemak). Genom nuklir jauh lebih besar, dengan 20, 000-25, 000 gen mengkodekan semua protein yang dibutuhkan untuk fungsinya, yang juga mencakup gen mitokondria. Sebagai organel semi otonom, mitokondria tidak dapat mengkode semua proteinnya sendiri. Namun, mereka dapat mengkodekan 22 tRNA dan 2 rRNA, yang nDNA kekurangan kemampuan untuk dilakukan. Perbedaan fungsional Proses penerjemahan
→
Proses penerjemahan antara nDNA dan mtDNA dapat bervariasi. nDNA mengikuti pola kodon universal, namun hal ini tidak selalu terjadi pada mtDNA. Beberapa urutan pengkodean mitokondria (kodon triplet) tidak mengikuti pola kodon universal saat diterjemahkan ke dalam protein. Sebagai contoh, kode AUA untuk metionin dalam mitokondria (bukan Isoleusin). UGA juga kode untuk triptofan (bukan codon berhenti seperti pada genom mamalia) 6 . Proses transkripsi → Transkripsi gen dalam mtDNA bersifat polikistik, yang berarti mRNA terbentuk dengan urutan kode untuk banyak protein. Untuk transkripsi gen nuklir, prosesnya bersifat monokistik, di mana mRNA yang terbentuk memiliki urutan pengkodean hanya untuk protein tunggal
8 . Genome inheritance → DNA nukleida diploid, artinya DNA mewarisi secara maternal dan paternal (23 kromosom dari masing-masing ibu dan ayah). Namun, DNA mitokondria bersifat haploid, dengan kromosom tunggal diwarisi di sisi ibu dan tidak mengalami rekombinasi genetik
9 . Tingkat mutasi →
Karena nDNA mengalami rekombinasi genetik, ini adalah pengulangan DNA orang tua dan karena itu diubah selama pewarisan dari orang tua sampai keturunannya. Namun, karena mtDNA hanya diwarisi dari ibu, tidak ada perubahan selama transmisi, yang berarti setiap perubahan DNA berasal dari mutasi. Tingkat mutasi pada mtDNA jauh lebih tinggi daripada nDNA, yang biasanya kurang dari 0. 3% 10 . Perbedaan dalam penerapan mtDNA dan nDNA dalam sains Sifat struktural dan fungsional mtDNA dan nDNA yang berbeda, telah menyebabkan perbedaan dalam penerapannya dalam sains. Dengan tingkat mutasi yang jauh lebih tinggi, mtDNA telah digunakan sebagai alat yang ampuh untuk melacak keturunan dan keturunan melalui wanita (matrilineage). Metode yang telah dikembangkan yang digunakan untuk melacak keturunan banyak spesies kembali melalui ratusan generasi dan telah menjadi andalan filogenetik dan biologi evolusioner.
Karena tingkat mutasi yang lebih tinggi, mtDNA berkembang lebih cepat daripada penanda genetik nuklir
11
. Ada banyak variasi di antara kode yang digunakan oleh mtDNA yang timbul dari mutasi, banyak di antaranya tidak berbahaya bagi organisme mereka. Dengan memanfaatkan tingkat mutasi yang lebih besar dan mutasi yang tidak berbahaya ini, para ilmuwan menentukan urutan mtDNA dan membandingkannya dari individu atau spesies yang berbeda. Jaringan hubungan antara urutan ini kemudian dibangun yang memberikan perkiraan hubungan antara individu atau spesies dari mana mtDNA diambil. Ini memberi gambaran seberapa dekat dan jauh hubungan masing-masing - mutasi mtDNA yang sama pada masing-masing genom mitokondria mereka, semakin terkait. Karena tingkat mutasi nDNA yang lebih rendah, ia memiliki aplikasi yang lebih terbatas di bidang filogenetika. Namun, mengingat petunjuk genetik yang dimilikinya untuk pengembangan semua organisme hidup, para ilmuwan telah mengenali penggunaannya dalam forensik.
Setiap orang memiliki cetak biru genetik yang unik, bahkan kembar identik
12
. Departemen forensik dapat menggunakan teknik polymerase chain reaction (PCR), menggunakan nDNA, untuk membandingkan sampel dalam sebuah kasus. Ini melibatkan penggunaan sejumlah kecil nDNA untuk membuat salinan daerah yang ditargetkan yang disebut pengulangan tandem pendek (STR) pada molekul 13 . Dari STR ini, 'profil' diperoleh dari item bukti, yang kemudian dapat dibandingkan dengan sampel yang diketahui yang diambil dari individu yang terlibat dalam kasus ini. Human mtDNA juga dapat digunakan untuk membantu mengidentifikasi individu yang menggunakan forensik, namun tidak seperti nDNA, tidak spesifik untuk satu individu namun dapat digunakan dalam kombinasi dengan bukti lain (seperti bukti antropologis dan tidak langsung) untuk menetapkan identifikasi. Karena mtDNA memiliki jumlah salinan per sel yang lebih banyak daripada nDNA, ia memiliki kemampuan untuk mengidentifikasi sampel biologis yang jauh lebih kecil, rusak atau terdegradasi 14
. Semakin banyak jumlah salinan mtDNA per sel dari pada nDNA, juga memungkinkan untuk mendapatkan kecocokan DNA dengan keluarga yang tinggal, bahkan jika banyak generasi ibu memisahkannya dari sisa-sisa kerangka seorang kerabat. Perbandingan tabular antara perbedaan utama antara DNA mitokondria dan DNA nukleus DNA mitokondria
DNA nukleat
