20亿年后，为什么我们还保留线粒体DNA？

 

 来源公众号：NADH科普 作者：Mitigation

线粒体自约20亿年前诞生后，模样已与最初的细菌大不相同。被生物单细胞祖先摄食后，作为“能量工厂”的它丢失了原本2000多个基因中的大部分，很可能转移到了细胞核。但不同物种的线粒体仍保留了一些基因，那么为什么要保留它们？

▐ 线粒体DNA的遗传与进化优势

独立的遗传体系

线粒体DNA具有独立的遗传体系，其遗传信息通过母系传递。这种传递方式确保了线粒体DNA在物种进化过程中的稳定性和连续性。

高效的复制机制

线粒体DNA的复制效率较高，这有助于在细胞分裂过程中快速准确地传递遗传信息。相比之下，如果线粒体DNA被整合到细胞核中，可能会受到细胞核内复杂遗传环境的影响，导致复制效率和准确性下降。

▐ 线粒体DNA的功能重要性

能量产生

线粒体DNA编码线粒体呼吸链中的关键酶和蛋白质，这些酶和蛋白质参与线粒体的氧化磷酸化过程，并产生细胞所需的能量分子三磷酸腺苷（ATP）。线粒体DNA的遗传缺陷或突变可能导致线粒体功能障碍，从而影响能量的产生。

线粒体功能调控

线粒体DNA编码的蛋白质在调节线粒体功能中发挥重要作用，包括维持线粒体的形态和结构、参与细胞凋亡和细胞信号转导等过程。

免疫调节与应激反应

当线粒体受损或释放到细胞质中时，线粒体DNA可以作为一种危险信号引发细胞免疫反应，并激活炎症反应。

此外，线粒体DNA的释放还会引起细胞内Ca²⁺浓度的升高、线粒体膜电位的改变等生物学效应，从而参与调节细胞的应激反应。

▐ 进化历史的遗留与共生关系

进化历史的遗留

线粒体起源于远古时期的细菌，在被生物共同的单细胞祖先摄食后，逐渐演化成现在的线粒体。在漫长的进化过程中，线粒体DNA逐渐保留了下来，成为生物体基因组的一部分。

细胞与线粒体的共生关系

线粒体与细胞之间形成了紧密的共生关系。线粒体为细胞提供能量，而细胞为线粒体提供生存环境和必要的营养物质。这种共生关系促使线粒体DNA在进化过程中得以保留。

近年来的科学研究也支持了线粒体DNA保留的必要性。例如，有研究表明线粒体DNA太过重要，以至于不能被整合到细胞核中。这些研究揭示了线粒体DNA在生物进化、细胞功能和疾病发生中的重要作用，进一步强调了保留线粒体DNA的重要性。

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