線粒體dna(mitochondrial dna)和核dna(nuclear dna)的區別

脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸）攜帶著遺傳資訊，作為生物體生長髮育以及最終功能和繁殖的一套指令。它是一種核酸，是已知對所有生命形式都必不可少的四種主要大分子之一。...

什麼是dna(dna)？

脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸）攜帶著遺傳資訊，作為生物體生長髮育以及最終功能和繁殖的一套指令。它是一種核酸，是已知對所有生命形式都必不可少的四種主要大分子之一。

每個DNA分子由兩條生物聚合物鏈組成，它們相互纏繞形成一個雙螺旋。這兩條DNA鏈被稱為多核苷酸，因為它們是由稱為核苷酸的簡單單體單元構成的。

每個核苷酸由四個含氮鹼基中的一個組成：胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）、腺嘌呤（A）或胸腺嘧啶（T），以及一種稱為脫氧核糖的糖和一個磷酸基團。

核苷酸透過共價鍵相互連線，在一個核苷酸的磷酸和下一個核苷酸的糖之間。這就形成了一條鏈，形成了交替的糖磷酸骨架。兩條多核苷酸鏈的含氮鹼基透過氫鍵結合在一起，根據嚴格的鹼基配對（A到T和C到G）形成雙鏈DNA。

在真核細胞內，DNA被組織成稱為染色體的結構，每個細胞有23對染色體。在細胞分裂過程中，只要每個細胞都有自己的一套完整的染色體，染色體就會透過DNA複製過程複製。真核生物，如動物、植物和真菌，將它們的大部分DNA儲存在細胞核內，一些DNA儲存線上粒體等細胞器中。

線粒體DNA（mtDNA）與細胞核DNA（nDNA）位於真核細胞的不同區域，存在著許多根本性的差異。基於關鍵的結構和功能特性，這些差異會影響它們在真核生物中的運作方式。

線粒體dna和細胞核dna的組織結構差異

位置→ 線粒體dna僅位於線粒體內，每個體細胞含有100-1000個複製。核DNA位於每個真核細胞的細胞核內（除了神經細胞和紅血球細胞），通常每個體細胞只有兩個複製5。

結構→ 這兩種DNA都是雙鏈的。然而，nDNA有一個由核膜包圍的線性開放結構。這與mtDNA不同，mtDNA通常具有封閉的圓形結構，不被任何膜包裹

基因組大小→ mtDNA和nDNA都有自己的基因組，但大小非常不同。在人類，線粒體基因組的大小僅由1條染色體組成，其中包含16569個DNA鹼基對。核基因組比線粒體大得多，由46條染色體組成，包含33億個核苷酸。

基因編碼→ 單數mtDNA染色體比核染色體短得多。它包含36個編碼37種蛋白質的基因，所有這些蛋白質都是線粒體進行的代謝過程（如檸檬酸迴圈、ATP合成和脂肪酸代謝）中使用的特定蛋白質。核基因組要大得多，有20000-25000個基因編碼其功能所需的所有蛋白質，其中也包括線粒體基因。作為半自治的細胞器，線粒體不能為自己的所有蛋白質編碼。然而，它們可以編碼22個tRNAs和2個rRNAs，這是nDNA所缺乏的能力。

功能性差異

翻譯過程→ nDNA和mtDNA之間的翻譯過程可能不同。nDNA遵循通用密碼子模式，但mtDNA並不總是如此。一些線粒體編碼序列（三重密碼子）在翻譯成蛋白質時不遵循通用密碼子模式。例如，AUA編碼線粒體中的蛋氨酸（不是異亮氨酸）。UGA還編碼色氨酸（不是哺乳動物基因組中的終止密碼子）6。

轉錄過程→ mtDNA中的基因轉錄是多順反子的，這意味著mRNA是由編碼許多蛋白質的序列組成的。對於核基因轉錄來說，這個過程是單順反子的，在這個過程中形成的mRNA只有編碼單個蛋白質的序列8。

基因組遺傳→ 細胞核DNA是二倍體，這意味著它繼承了母系和父系的DNA（母系和父系各有23條染色體）。然而，線粒體DNA是單倍體的，單個染色體是從母體一側遺傳下來的，不經歷遺傳重組9。

突變率→ 當nDNA經歷基因重組時，它是父母DNA的洗牌，因此在從父母遺傳給後代的過程中會發生改變。然而，由於mtDNA只是從母體遺傳而來，在傳播過程中沒有改變，這意味著任何DNA的改變都來自突變。mtDNA的突變率遠高於nDNA，一般小於0.3%10。

mtdna和ndna在科學中應用的差異

mtDNA和nDNA的不同結構和功能特性導致了它們在科學中應用的差異。由於mtDNA的突變率顯著提高，它已被用作追蹤**祖先和血統（母系血統）的有力工具。已經發展出的方法被用來追蹤許多物種幾百代的祖先，並且已經成為系統發育和進化生物學的主流。

由於突變率較高，線粒體DNA的進化速度遠遠快於核基因標記11。mtDNA所使用的編碼有許多變異，這些變異源於突變，其中許多對它們的生物體無害。利用這種更高的突變率和這些無害的突變，科學家們確定了mtDNA序列，並對不同個體或物種的mtDNA序列進行了比較。

然後構建這些序列之間的關係網路，該網路提供了提取mtDNA的個體或物種之間關係的估計。這讓我們瞭解了它們之間的密切關係和遠緣關係——在它們的線粒體基因組中，相同的線粒體DNA突變越多，它們之間的關係就越密切。

由於nDNA的突變率較低，在系統發育領域的應用受到很大限制。然而，考慮到它對所有生物發育的遺傳指令，科學家們已經認識到它在法醫學中的用途。

每個人都有一個獨特的基因藍圖，即使是同一對雙胞胎。法醫部門能夠使用聚合酶鏈反應（PCR）技術，使用nDNA，來比較案件中的樣本。這涉及到使用少量的nDNA複製分子13上被稱為短串聯重覆序列（STR）的靶區。從這些可疑交易報告中，可以從證據專案中獲得一個“概況”，然後可以將其與從涉案人員中提取的已知樣本進行比較。

人類mtDNA也可以用來幫助使用法醫鑒定個體，但是與nDNA不同的是，它不是特定於一個人的，但可以與其他證據（如人類學和間接證據）結合使用來確定身份。由於mtDNA在每個細胞中的複製數比nDNA多，因此它能夠識別更小、受損或退化的生物樣本14。每個細胞的mtDNA複製數比nDNA多，這也使得獲得與活著的親屬相匹配的DNA成為可能，即使有許多母系世代將其與親屬的骨骼遺骸分開。

線粒體和細胞核DNA主要差異的表格比較

目標	線粒體DNA	核DNA
位置	線粒體	細胞核
每個體細胞的複製數	100-1,000	2
結構	圓形和封閉式	線性和開放式
薄膜外殼	沒有被膜包裹	被核膜包圍
基因組大小	1條染色體，16569鹼基對	46條染色體，33億鹼基對
基因數	37個基因	20000-25000個基因
繼承法	母性	母系和父系
翻譯方法	有些密碼子不遵循通用密碼子模式	遵循通用密碼子模式
轉錄方法	多順反子	單順反子

發表於 2021-06-25 00:59
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分類：生物

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