2) рРНК
3) тРНК
4) белки комплекса дыхательной цепи
Правильный ответ связан с тем, что митохондриальная ДНК человека имеет строго ограниченный набор генов и не содержит генов пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК). ПДК расположен в матриксе митохондрий и катализирует окислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА, связывая гликолиз с циклом трикарбоновых кислот. Однако его структурные и регуляторные компоненты кодируются ядерным геномом; например, субъединицы E1α и E1β кодируются генами PDHA1 и PDHB. Синтезированные в цитоплазме белки затем импортируются в митохондрии.
Митохондриальный геном человека содержит 37 классических генов: 13 кодируют полипептидные субъединицы системы окислительного фосфорилирования, 22 — транспортные РНК и 2 — рибосомные РНК. Белковые продукты мтДНК входят в комплексы I, III, IV и V дыхательной цепи/системы окислительного фосфорилирования; при этом субъединицы комплекса II кодируются ядерными генами. Таким образом, наличие в митохондриях определённого ферментного комплекса не означает, что его белки обязательно кодируются митохондриальным геномом.
Клиническое значение этого принципа особенно заметно при наследственных нарушениях энергетического обмена. Дефекты PDHA1, PDHB и других ядерных генов ПДК могут приводить к недостаточности комплекса, снижению образования ацетил-КоА и АТФ и накоплению пирувата с его превращением в лактат. Для таких состояний характерны лактатацидоз и преимущественное поражение высокоэнергозависимых тканей, прежде всего центральной нервной системы; возможны задержка психомоторного развития, судороги и фенотип синдрома Лея.
| Группа генов/продуктов | Кодирование мтДНК | Ключевое значение |
|---|---|---|
| Субъединицы комплекса I | Частично | мтДНК кодирует ряд ND-субъединиц NADH-дегидрогеназы |
| Субъединицы комплекса III | Частично | Митохондриальный ген MT-CYB кодирует цитохром b |
| Субъединицы комплекса IV | Частично | мтДНК кодирует MT-CO1, MT-CO2 и MT-CO3 |
| Субъединицы комплекса V | Частично | мтДНК кодирует ATP6 и ATP8 |
| Комплекс II | Нет | Его субъединицы кодируются ядерным геномом |
| Митохондриальные тРНК | Да | 22 гена обеспечивают собственную систему митохондриальной трансляции |
| Митохондриальные рРНК | Да | Гены 12S и 16S рРНК входят в состав митохондриальных рибосом |
| Пируватдегидрогеназный комплекс | Нет | Компоненты кодируются ядерными генами и импортируются в митохондриальный матрикс |
Разграничение ядерного и митохондриального кодирования важно для интерпретации наследования митохондриальных заболеваний. Патогенные варианты собственно мтДНК обычно характеризуются материнским наследованием, гетероплазмией и пороговым эффектом, тогда как дефекты ядерных генов митохондриальных белков могут наследоваться аутосомно-рецессивно, аутосомно-доминантно или сцепленно с X-хромосомой. Например, PDHA1 расположен в X-хромосоме, поэтому недостаточность E1α ПДК относится к ядерно обусловленным митохондриальным нарушениям, а не к заболеваниям вследствие мутаций мтДНК.