230317335

Vista previa del material en texto

CAPÍTULO	
  II	
   31	
  
 
 
CAPÍTULO II 
Sistema genético mitocondrial humano 
 Manuel J. López Pérez y Julio Montoya 
Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Universidad de Zaragoza. Miguel Servet 177. 50013 
Zaragoza., España. lopezper@posta.unizar.es 
RESUMEN 
Las mitocondrias son los orgánulos subcelulares encargados de la producción de energía en forma 
de ATP. Contienen su propio sistema genético con ADN mitocondrial que codifica un número 
pequeño de polipéptidos que forman parte de la cadena respiratoria junto con proteínas 
mitocondriales codificadas en el núcleo. Para la biogénesis de la mitocondria se requiere la 
expresión coordinada de los dos sistemas genéticos, el nuclear y el mitocondrial. Los genes están 
dispuestos en el ADN mitocondrial de manera muy compacta con los tARNs intercalados entre los 
genes de los rARNs y los codificantes de proteínas. Esta organización génica se ve también 
reflejada en su modo de expresión y en las características singulares de los ARNs. Las dos cadenas 
del ADN mitocondrial se transcriben completamente en forma de tres moléculas policistrónicas que 
se procesan posteriormente por enzimas específicos que cortan en los extremos 5' y 3' de los tARNs 
para originar los rARNs, mARNs y tARNs maduros. La mitocondria posee asimismo su propia 
maquinaria para la síntesis de las proteínas codificadas en su genoma. El ADN mitocondrial difiere 
del nuclear en una serie de características. En especial, el genoma mitocondrial se hereda 
exclusivamente de la madre que lo transmite a todos sus hijos. Este ADN tiene tendencia a mutar y 
a fijar estas mutaciones en variantes genéticas poblacionales por lo que se está utilizando para 
estudiar la filogenia y estructura de poblaciones. 
brought to you by COREView metadata, citation and similar papers at core.ac.uk
provided by Real Academia Nacional de Farmacia: Portal Publicaciones
https://core.ac.uk/display/230317335?utm_source=pdf&utm_medium=banner&utm_campaign=pdf-decoration-v1
32	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
INTRODUCCIÓN 
 Las mitocondrias son orgánulos subcelulares con doble membrana que se encuentran 
prácticamente en todas las células eucariotas y cuya función principal es la de llevar a cabo 
el metabolismo oxidativo con la consiguiente producción de energía en forma de ATP. En 
este proceso, conocido como fosforilación oxidativa (sistema OXPHOS), participan una 
serie de complejos enzimáticos (complejos I al V) que proporcionan la mayor parte del ATP 
celular. Además, estos orgánulos participan también en la biosíntesis de otros componentes 
celulares: pirimidinas, aminoácidos, fosfolípidos, nucleótidos, ácido fólico, hemo, urea y 
una gran variedad de metabolitos (1). 
La característica mas singular de las mitocondrias es la de poseer un sistema genético 
propio con toda la maquinaria necesaria para su expresión, es decir, para la síntesis de 
ADN, ARN y de todas las proteínas que codifica. Este segundo sistema genético celular, a 
pesar de contener un número muy pequeño de genes, es indispensable para la vida celular 
porque codifica 13 proteínas integrantes de los complejos respiratorios mitocondriales. Sin 
embargo, las mitocondrias no son autónomas ya que tanto la formación del orgánulo como 
la expresión de su genoma dependen de un gran número de proteínas codificadas en el 
núcleo, que son sintetizadas en los ribosomas citoplásmicos e importadas a la mitocondria. 
La biogénesis de las mitocondrias representa pues un caso único en la célula ya que su 
formación está bajo el control de los dos sistemas genético celulares: el nuclear y el 
mitocondrial. 
La existencia de un sistema genético en el citoplasma empezó a intuirse a finales de 
los años 40 al descubrirse unos mutantes de levadura con deficiencias en las funciones 
respiratorias que eran debidas a un factor citoplásmico, no nuclear, y que era hereditario (2). 
El ADN mitocondrial se descubrió en los años 60 (3), y desde entonces se ha ido obteniendo 
una imagen muy detallada de su estructura así como de su relación con determinadas 
patologías. Se conoce la secuencia nucleotídica completa de muchas especies de animales 
vertebrados e invertebrados, aunque el sistema genético mejor estudiado es el humano. 
El sistema genético mitocondrial presenta una serie de caracteres particulares como 
son la utilización de un código genético propio con algunas desviaciones con respecto al 
universal, la existencia de una alta velocidad de mutación, su transmisión por herencia 
materna, no-mendeliana, y la organización y expresión de sus genes (4-9). Asimismo, desde 
que en 1988 se describió por primera vez mutaciones en el ADN mitocondrial que podían 
causar enfermedades degenerativas humanas con deficiencias en la producción de ATP (10-
CAPÍTULO	
  II	
   33	
  
 
12), el estudio de la bioenergética y genética mitocondrial ha adquirido nuevas dimensiones 
(13-15). 
SISTEMA GENÉTICO MITOCONDRIAL HUMANO 
Estructura y organización del ADN mitocondrial humano 
Las células humanas contienen de 1.000 a 10.000 copias de ADN mitocondrial 
dependiendo de los tejidos; las plaquetas tienen unas cuatro y los oocitos unas 10.000. El 
ADN mitocondrial humano es una molécula duplohelicoidal circular cerrada que consta de 
16.569 pares de bases (pb) cuya secuencia se conoce en su totalidad (16,17). Este ADN 
codifica 37 genes que corresponden a dos ARN ribosómicos (rARN) componentes de los 
ribosomas mitocondriales (rARNs 12S y 16S), 22 ARNs de transferencia (tARNs), y 13 
polipéptidos componentes de los complejos respiratorios de la membrana interna 
mitocondrial (sistema OXPHOS). De estos polipéptidos, siete forman parte del complejo I 
(subunidades ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5 y ND6) ; uno corresponde al 
apocitocromo b del complejo III; tres subunidades, COI; COII y COIII al complejo IV; y 
dos son las subunidades 6 y 8 de la ATPasa (complejo V) (18-20). El resto de las 
subunidades polipeptídicas de estos complejos están codificadas por el ADN nuclear. 
Una de las características mas sorprendentes del ADN mitocondrial es que presenta 
una organización genética extremadamente compacta. Como se puede observar en la 
Figura 1 donde se muestra el mapa genético y de transcripción del ADN mitocondrial 
humano, éste se encuentra prácticamente saturado por genes. La cadena pesada (H) del 
ADN codifica los 2 rARNs, 14 tARNs y 12 polipéptidos, mientras que la cadena ligera (L) 
contiene solamente información para 8 tARNs y un polipéptido (ND6). La única zona del 
ADN que no codifica ningún gen es un pequeño fragmento que corresponde al 7% del 
ADN, localizado alrededor del origen de replicación de una de las cadenas y que incluye el 
bucle de desplazamiento (bucle D). Todos estos genes carecen de intrones. Los genes, en la 
cadena pesada, se disponen uno a continuación del otro, sin tramos no codificantes 
intermedios (16). Además, la mayor parte de genes codificantes de proteínas carecen de un 
codon de terminación. Estos presentan una T o TA después del último codon con sentido y 
preceden al extremo 5' del gen adyacente. El codon de terminación UAA del mARN se 
34	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
forma postranscripcionalmente por poliadenilación del extremo 3' como veremos mas 
adelante. 
Otra de las peculiaridades de la organización genética del ADN mitocondrial es la 
distribución de los genes de los tARNs a lo largo de la secuencia del ADN. En la cadena 
pesada, estos separan casi con absoluta regularidad los genes de los rARNs y los 
codificantes de proteínas. Esta disposición tendrá consecuencias muy importantes para el 
procesamiento del ARN(16). 
Replicación del ADN mitocondrial 
El mecanismo exacto de replicación de ADN mitocondrial en animales es una 
materia controvertida desde hace unos años. Durante décadas se consideraba que la 
replicación sucedía por un modelo de desplazamiento de las cadenas con dos orígenes de 
replicación, una para la cadena pesada y otra para la ligera. Más recientemente en lo 
últimosaños se ha propuesto un modelo alternativo con un solo origen de replicación, a su 
vez con dos variantes que lo explican; una conocida como replicación acoplada y otra 
conocida como RITOLS, que luego explicaremos. 
Modelo de desplazamiento de las cadenas 
En este modelo, la síntesis del ADN mitocondrial es unidireccional, asimétrica (21) y 
requiere dos orígenes de replicación diferentes, uno para la cadena pesada (OH), que se 
localiza en la región del bucle de desplazamiento (bucle-D), y otro para la cadena ligera 
(OL), situado entre los genes de los tARNCys y tARNAsn a dos tercios de la longitud total 
del genoma respecto a OH (22) (Figura 1). La región del blucle-D carece de secuencias 
codificantes, se extiende entre los genes de los tARNs prolina y fenilalanina (1122 pb), y 
contiene, además del origen de replicación, los promotores de la transcripción de las dos 
cadenas y las secuencias de regulación (23). La replicación comienza con la síntesis de un 
pequeño ARN iniciador, formado por procesamiento de un ARN transcrito a partir del 
promotor de la cadena ligera, que se prolonga por la acción de la ADN polimerasa gamma 
específica de la mitocondria. La transición de síntesis de ARN a síntesis de ADN se produce 
previa acción de una endorribonucleasa específica que corta el ARN precursor originando el 
extremo 3' del ARN iniciador que actúa como sustrato para su extensión por la ADN 
polimerasa. La replicación comienza con la síntesis de un segmento corto de cadena H 
(ADN 7S de 680 nt) (24), que permanece unido al ADN molde, desplazando la cadena H y 
formando una triple hélice (bucle-D). 
CAPÍTULO	
  II	
   35	
  
 
La elongación de la cadena H hija lo hace de forma unidireccional a lo largo de la 
cadena L, al tiempo que desplaza la cadena H parental. La replicación de la cadena L 
requiere la acción de una primasa específica y solo comienza cuando el desplazamiento de 
la cadena H ha dejado la zona del origen de replicación OL como cadena sencilla. La 
síntesis de la cadena ligera hija termina después que la de la cadena pesada (22,25,26)). 
Modelo acoplado y RITOLS. 
Estos modelos se deben al trabajo del grupo Holt mediante estudios con 
electroforesis bidireccional en agarosa. En ellos se observaba la presencia de intermediarios 
de replicación de doble cadena procedente de un único punto de replicación conocido como 
OriZ diferente en posición al OH y OL del modelo anterior. La replicación era bidireccional 
(27-31). 
Más adelante se comprobó la existencia de ribonucleótidos en los dúplex 
intermediarios explicándose la existencia de éstos por la existencia de fragmentos de 
Okazaki en la replicación del ADN mitocondrial dando lugar al modelo RITOLS 
(incorporación de ribonucleótidos a lo largo de la cadena retrasada). En este modelo a partir 
del mismo punto de replicación existe una replicación unidireccional con una cadena 
conductora y otra retrasada. 
Nucleoides 
La replicación del ADN mitocondrial está producida por varios factores de 
transcripción y de replicación codificados en el núcleo. Éstos junto con moléculas de ADN 
se empaquetan en lo que se conoce como nucleoide que tiene unos 70 nm de diámetro. En 
estos nucleoides hay alrededor de treinta proteínas diferentes muy conservadas entre 
especies. Existe un modelo estructural propuesto para los nucleoides en el que un núcleo 
central estaría compuesto por proteínas que participan en la síntesis de ácidos nucléicos 
mientras que las proteínas de ensamblaje estarían en la periferia. Hay un debate sobre el 
número de moléculas de ADN que participan en un nucleoide, manejándose cifras que van 
desde 2 hasta 15 moléculas de ADN por estructura (32,33). 
Transcripción del ADN mitocondrial y procesamiento del ARN 
Las particularidades que presenta la estructura genética y organización del mtADN 
se reflejan también en su modo de expresión. Las dos cadenas del ADN se transcriben 
completa y simétricamente (Figura 1). Los productos de transcripción del ADN 
36	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
mitocondrial humano que han sido aislados incluyen los 2 rARNs (rARN 12S y 16S), un 
ARN precursor de los mismos, 22 tARNs y 18 ARNs poliadenilados en el extremo 3' 
(poli(A)-ARNs), la mayoría de los cuales corresponden a los ARN mensajeros (mARNs) 
(34,35). La mayor parte de los ARNs maduros corresponden a un único gen. Solamente dos 
de ellos, los mARNs de los genes para las subunidades 6 y 8 de la ATP sintasa y ND4 y 4L, 
contienen dos genes cada uno con el marco de lectura solapado. Los tres poli(A)-ARNs 
mayores (ARNs 1, 2 y 3), el menor (ARN 18) y 8 tARNs son productos de transcripción de 
la cadena ligera del ADN mitocondrial mientras que el resto de los ARNs lo son de la 
cadena pesada (Figura 1). 
El análisis estructural de los ARNs mitocondriales ha mostrado unas características 
muy particulares. Así, los rARNs se caracterizan por estar metilados, aunque el grado de 
metilación es mas bajo que el de los rARNs citoplásmicos, y por estar oligoadenilados en su 
extremo 3' con 1 a 10 adeninas no codificadas en el ADN (36,37). Los tARNs tienen un 
tamaño que varia entre 59 y 75 nt son, por tanto, mas pequeños en general que sus 
homólogos del citoplasma o de procariotas. La estructura de los tARNs mitocondriales 
presenta numerosas desviaciones con respecto al modelo considerado como invariable de 
los sistemas no mitocondriales. Así, la mayoría de los tARNs carecen de los nucleótidos 
constantes y el tamaño del bucle "DHU" varia considerablemente llegando incluso a 
desaparecer en el tARNSerAGY (38,39). La única región que ha conservado las 
características generales de los tARNs, aparte del extremo -CCA, no codificada en el ADN, 
es la región del anticodón. Con la excepción del tARNSerAGY, todos los tARNs 
mitocondriales pueden plegarse en la característica hoja de trébol. Los tARNs 
mitocondriales juegan además un papel muy importante en el procesamiento de los 
precursores de ARN. 
CAPÍTULO	
  II	
   37	
  
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.- Mapa genético y de transcripción del ADN mitocondrial humano 
Los dos círculos interiores representan las dos cadenas del ADN mitocondrial con los genes 
que codifican: rARNs (rARNs 12 S y 16 S), tARNs, indicados con la abreviatura del 
aminoácido que les corresponde, y secuencias codificadoras de proteínas (ND: subunidades 
de NADH deshidrogenas; cyt b: apocitocromo b; CO: subunidades citocromo C oxidasa). 
La posición de los ARNs está indicada en los círculos exteriores con barras negras 
(transcritos de la cadena pesada) y con barras abiertas (transcritos de la cadena ligera). H1, 
H2 y L indican los lugares de iniciación de la transcripción de la cadena pesada y ligera, 
respectivamente. OH y OL simbolizan el origen de replicación de la cadena pesada y ligera. 
Las flechas exteriores indican la dirección de la transcripción de la cadena pesada y ligera 
respectivamente. Las flechas al lado de OH y de OL muestran la dirección de síntesis de la 
cadena pesada y ligera. 
38	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
El ADN mitocondrial humano contiene 13 genes que codifican polipéptidos con un 
tamaño que varía de 70 a 610 aminoácidos. En las mitocondrias de células HeLa se han 
aislado e identificado, entre los poli(A)-ARNs, 10 mARNs que corresponden a los 12 
polipéptidos codificados en la cadena pesada (dos de ellos contienen 2 marcos de lectura 
solapados). Estos mARNs contienen exclusivamente la secuencia del patrón de traducción y 
una cola de unos 55 adenosinas en el extremo 3'. Los mARNs mitocondriales humanos 
comienzan directamente por el codon de iniciación AUG, AUA o AUU o tienen muy 
pocos nucleótidos (1 a 3) delante de los mismos. Carecen por tanto de uno de los caracteres 
típicos de los mARN de otros sistemas, como es la presencia de un tramo no codificante en 
el extremo 5' (40). Tampoco contienen la estructura "cap" en el extremo 5' (41). Asimismo, 
el extremo 3' de la mayor parte de los mARNs carecen de una región no codificante y 
finalizan con uncodon de terminación incompleto U o UA (42). La poliadenilación juega 
un papel muy importante y, en particular, la adición postranscripcional de la cola de poli(A) 
genera en la mayor parte de los casos el codon de terminación UAA. No existe ninguna 
secuencia en común cerca del extremo 3' que pueda actuar como señal de la 
poliadenilación, como sucede en los mARN nucleares. 
Figura 2.- Nucleoide de ADNmt. 
CAPÍTULO	
  II	
   39	
  
 
La síntesis de ARN se inicia en tres lugares diferentes, uno en la cadena ligera (L) y 
dos en la cadena pesada (H1 y H2), situados cerca del origen de replicación, dando lugar a 
dando lugar a tres moléculas policistrónicas largas que se procesan posteriormente por 
cortes endonucleolíticos precisos delante y detrás de los tARNs, dando lugar a los rARNs, 
tARNs y mARNs maduros (23,34,40,42). De acuerdo con este modelo que se denomina de 
"puntuación por el tARN", las secuencias de los tARNs situadas entre los genes de los 
rARNs y mARNs, actúan como señales de reconocimiento para los enzimas de 
procesamiento al adquirir la configuración en hoja de trébol en las cadenas nacientes de 
ARN. Para la transcripción del mtADN se requiere una ARN polimerasa (43) y dos factores 
de iniciación de la transcripción (mtTFA y mtTFB) (44-46). 
La cadena pesada se transcribe mediante dos unidades de transcripción solapadas en 
la región de los rARNs (34). La primera de ellas, que se transcribe muy frecuentemente, 
comienza en el lugar de iniciación H1, situado unos 19 nt por delante del gen para el 
tARNPhe, termina en el extremo 3' del gen para el rARN 16S y es responsable de la síntesis 
de los rARNs 12S y 16S, del tARNPhe y del tARNVal. Un factor de terminación mTERF 
actúa uniéndose en una secuencia inmediatamente posterior al gen del rARN 16S, situada 
en el gen del tARNLeu (47-50). El segundo proceso de transcripción, mucho menos 
frecuente que el anterior, comienza en el punto de iniciación H2, cerca del extremo 5' del 
gen rARN 12S, se extiende más allá del extremo 3' del gen rARN 16S y produce un ARN 
policistrónico que corresponde a casi la totalidad de la cadena pesada. Los mARNs de 12 
péptidos y 12 tARNs se originan por procesamiento de este ARN policistrónico. Este 
modelo de transcripción muestra asimismo un mecanismo por el cual se puede producir una 
regulación en la transcripción diferencial de los rARNs y de los mARNs (34). 
La cadena ligera se transcribe mediante una única unidad de transcripción que 
empieza en el lugar de iniciación L, cerca del extremo 5´ del ARN 7S (poli(A)-ARN 18), 
dando lugar a 8 tARNs y al único mARN (ND6) codificado en esa cadena. El inicio de la 
síntesis de ADN depende también de la actividad de esta unidad de transcripción, como se 
ha mencionado anteriormente. 
Traducción del ADN mitocondrial 
Los mARN mitocondriales traducen su mensaje en un sistema de traducción propio 
de la mitocondria con ribosomas específicos. Los componentes de los ribosomas 
mitocondriales están codificados por los dos sistemas genéticos de la célula. Así, mientras 
que los rARNs están codificados en el ADN mitocondrial, las proteínas ribosómicas lo 
40	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
están en el genoma nuclear. El coeficiente de sedimentación de los ribosomas 
mitocondriales es de 55S, con subunidades de 28S y 39S, que contienen 33 y 52 proteínas 
respectivamente (51,52). Se conocen factores de iniciación, elongación y de terminación de 
la síntesis de proteínas. 
El código genético utilizado por la mitocondria para traducir sus genes presenta 
algunas diferencias muy significativas con respecto al código universal. Así, el codon UGA 
codifica triptófano en lugar de ser uno de los codones de terminación. Asimismo, la 
mitocondria humana, además de AUG, utiliza AUA y AUU como codones de iniciación, 
mientras que AGA y AGG, codones de arginina en el código universal, son señales de 
terminación. Reciente mente se ha propuesto que los codones AGA y AGG no actúan 
directamente como codones de terminación sino que producen un movimiento del ribosoma 
de un nucleótido hacia atrás encontrándose entonces con un codon de terminación 
característico del código universal (53). 
Otra de las características particulares del sistema genético mitocondrial es su inusual 
reconocimiento de codones, que permite la lectura del código genético con solo los 22 
tARNs codificados en el mtADN. Cada una de las 8 familias del código con 4 codones para 
un aminoácido son leídas por un solo tARN, mientras en las otras 6 familias se siguen 
utilizando 2 tARNs para leer los codones de cada familia (54,55). De esta forma 24 tARNs 
son suficientes para traducir el código genético mitocondrial. 
GENETICA MITOCONDRIAL 
El sistema genético mitocondrial presenta unas características genéticas que lo 
diferencial del nuclear (7). 
Herencia materna. El ADN mitocondrial se hereda con un patrón vertical, no mendeliano, 
transmitido exclusivamente por vía materna. La madre trasmite el genoma mitocondrial a 
todos sus hijos; por tanto, solamente las hijas lo trasmitirán a todos los miembros de la 
siguiente generación y así sucesivamente. 
CAPÍTULO	
  II	
   41	
  
 
 El ADN mitocondrial es poliploide y durante la división celular las mitocondrias se 
distribuyen al azar entre las células hijas (segregación mitótica). Todas las células de un 
individuo normal tienen el mismo ADN mitocondrial, es decir son homoplásmicas. Sin 
embargo, en la célula pueden aparecer moléculas de ADN mitocondrial mutadas que 
pueden afectar a todas las moléculas (homoplasmia para la mutación) o que pueden 
coexistir con el ADN normal (heteroplasmia). Con la división celular el fenotipo de una 
línea celular determinada puede variar dando lugar a tres posibles genotipos diferentes: 
homoplásmico para el ADN mitocondrial normal, heteroplásmico y homoplásmico para el 
ADN mutado. El fenotipo de una célula con heteroplasmia dependerá del porcentaje de 
ADN dañado que exista en la célula, es decir del grado de heteroplasmia. Si número de 
moléculas de ADN mutadas es pequeño se producirá una complementación de la función 
Figura 3.- Modelos de replicación 
 
42	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
con las moléculas de ADN normal y no se manifestará el defecto genético. Sin embargo, al 
aumentar el porcentaje de ADN mutado se hará patente un fenotipo patogénico. Es decir, el 
fenotipo se manifiesta de acuerdo con un efecto umbral. Si la producción de ATP llega a 
estar por debajo de los mínimos de energía necesarios para el funcionamiento de los tejidos 
debido a la presencia de mitocondrias defectuosas se produce la aparición de la 
patogenicidad. 
Otra de las características particulares de la genética mitocondrial es que tiene una 
gran tendencia a mutar siendo la tasa sustitución de nucleótidos unas 10 veces superior a la 
del ADN nuclear (56). Como consecuencia de esto, hay una gran variación de secuencias 
entre especies e incluso entre individuos de una misma especie. Se puede calcular que dos 
individuos tienen al menos unos 50-70 nt de diferencia en su secuencia. Además de estas 
diferencias, en un individuo determinado se esta produciendo continuamente, a lo largo de 
la vida, una heterogeneidad en el mtADN como consecuencia de las mutaciones que se 
están originando en sus células somáticas. Por tanto, es posible que una acumulación de 
este daño mitocondrial sea la causa de la disminución en la capacidad respiratoria de los 
tejidos que tiene lugar en el envejecimiento (57). 
La gran variación existente en la secuencia del mtADN de diferentes individuos se 
está utilizando hoy en día para estudios acerca de la filogenia y estructura de las 
poblaciones. Los datos disponibles son coherentes con los siguientes puntos (58,59): 1) Las 
mutaciones se van acumulando de un modo secuencial en la radiación de de las diferentes 
lineas maternas; 2) La variación del mtADN correlaciona con el origen ético y la 
distribución geográfica de los individuos; 3) Existe un único árbol mitocondrialhumano, 
cuyas ramas se dividen en los diferentes continentes, indicando que el origen del homo 
sapiens es único; 4) La variación actual es mayor en África, seguida de Asia, Europa y 
finalmente América. Ello implica que el homo sapiens se originó en África (hace unos 
300.000 años de acuerdo con el ritmo de evolución y asumiendo un "reloj molecular"), 
luego emigró a Asia y Europa y finalmente llegó (recientemente, hace unos 30.000 años) a 
América. El origen africano de la rama actual de la especie humana se ha visto confirmado 
recientemente mediante estudios de locus altamente polimórficos del cromosoma Y. 
AGRADECIMIENTOS 
 Este trabajo ha sido subvencionado por ISCIII – FIS PI 10/00662. 
CAPÍTULO	
  II	
   43	
  
 
BIBLIOGRAFÍA 
1. Attardi G, Schatz G (1988) Biogenesis of Mitochondria. Ann. Rev. Cell Biol. 4, 289-333. 
2. Ephrussi B, Hottinguer H, Tavlitzki J (1949) Action de l'acriflavine sur les levures. II. Etude 
genetique du mutant "petite colonie". Ann. Ins. Pasteur 76, 351-367. 
3. Nass MMK, Nass S (1963) Intramitochondrial fibers with DNA characteristics. J. Cell. Biol. 19, 593-
629. 
4. Montoya J, Attardi G (1986) ADN Mitocondrial Humano. Investigación y Ciencia 118, 60-69. 
5. Montoya J, Play‡n A, Solano A, Alcaine MJ, López- Pérez MJ, Pérez-Martos A (2000) [Diseases of 
mitochondrial DNA]. Rev. Neurol. 31, 324-333. 
6. Montoya J, Lopez-Perez MJ, Ruiz-Pesini E (2006) Mitochondrial DNA transcription and diseases: 
Past, present and future. Biochim Biophys Acta 1757, 1179-1189. 
7. Montoya J, Lopez-Gallardo E, Diez-Sanchez C, Lopez-Perez MJ, Ruiz-Pesini E (2009) 20 years of 
human mtDNA pathologic point mutations: Carefully reading the pathogenicity criteria. Biochim 
Biophys Acta 1787, 476-483. 
8. Montoya J, Lopez-Gallardo E, Herrero-Martin MD, Martinez-Romero I, Gomez-Duran A, Pacheu 
D, Carreras M, Diez-Sanchez C, Lopez-Perez MJ, Ruiz-Pesini E (2009) Diseases of the human 
mitochondrial oxidative phosphorylation system. Adv Exp Med Biol 652, 47-67. 
9. Montoya J, López-Gallardo E, Ruiz-Pesini E (2010) Diagnóstico genético de enfermedades 
metabólicas producidas por alteración del ADN mitocondrial. En: (Eds) Sanjurjo P, Baldellou 
A.Madrid Ergon 639-656. 
10. Wallace DC, Singh G, Lott MT, Hodge JA, Schurr TG, Lezza AMS, II LJE, Nikoskelainen EK 
(1988) Mitochondrial DNA mutation associated with Leber's hereditary optic neuropathy. Science 
242, 1427-1430. 
11. Holt IJ, Harding AE, Morgan-Hughes JA (1988) Deletions of muscle mitochondrial DNA in patients 
with mitochondrial myopathies. Nature 331, 717-719. 
12. Zeviani M, Moraes CT, DiMauro S, Nakase H, Bonilla E, Schon E, Rowland LP (1988) Deletions of 
mitochondrial DNA in Kearns-Sayre syndrome. Neurology 38, 1339-1346. 
13. Wallace DC (2005) Mitochondria and cancer: Warburg addressed. Cold Spring Harb Symp Quant 
Biol 70, 363-374. 
14. Wallace DC (2009) Mitochondria, Bioenergetics, and the Epigenome in Eukaryotic and Human 
Evolution. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 
15. Wallace DC (2010) Mitochondrial DNA mutations in disease and aging. Environ Mol Mutagen 51, 
440-450. 
44	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
16. Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de-Bruijn MHL, Coulson AR, Drouin J, Eperon IC, Nierlich 
DP, Roe BA, Sanger F, Schreier HP, Smith AJH, Stader R, Young IG (1981) Sequence and 
organization of the human mitochondrial genome. Nature 290, 427-465. 
17. Andrews RM, Kubacka I, Chinnery PF, Lightowlers RN, Turnbull DM, Howell N (1999) Reanalysis 
and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA. Nat Genet 23, 
147. 
18. Mariottini P, Chomyn A, Attardi G, Trovato D, Srong DD, Doolittle R (1983) Antibodies against 
synthetic peptides reveal that the unidentified reading frame A6L, overlapping the ATPase gene, is 
expressed in human mitochondria. Cell 32, 1269-1277. 
19. Mariottini P, Chomyn A, Riley M, Cottrell B, Doolittle RF, Attardi G (1986) Identification of the 
polypeptides encoded in the unassigned reading frames 2, 4, 4L of human mitochondrial DNA. Proc. 
Natl. Acad. Sci. USA 83, 1563-1567. 
20. Chomyn A, Mariottini P, Cleeter MWJ, Ragan CI, Doolittle RF, Matsuno-Yagi A, Hatefi Y, Attardi 
G (1985) Functional assignment of the products of the unidentified reading frames o human 
mitochondrial DNA. En: (Eds) Functional assignment of the products of the unidentified reading 
frames o human mitochondrial DNA. Quagliarello E, Slater EC, Plamieri F, Saccone C, Kroon 
AM.Amsterdam Elsevier Sciences 259-275. 
21. Kasamatsu H, Vinograd J (1974) Replication of circular DNA in eukaryotic cells. Ann. Rev. 
Biochem. 43, 695-719. 
22. Clayton DA (1982) Replication of animal mitochondrial DNA. Cell 28, 693-705. 
23. Montoya J, Christianson T, Levens D, Rabinowitz M, Attardi G (1982) Identification of Initiation 
Sites for Heavy Strand and Light Strand Trascription in Human Mitochondrial DNA. Proc. Natl. 
Acad. Sci. USA 79, 7195-7199. 
24. Crews S, Ojala D, Posakony J, Nishiguchi J, Attardi G (1979) Nucleotide sequence of a region of 
human mitochondrial DNA containing the preciselly identified origin of replication. Nature 277, 192-
198. 
25. Clayton DA (1991) Replication and Transcription of Vertebrate mitochondrial DNA. Annu. Rev. 
Cell. Biol. 7, 453-478. 
26. Shadel GS, Clayton DA (1997) Mitochondrial DNA maintenance in vertebrates. Annu Rev Biochem 
66, 409-435. 
27. Holt IJ, Lorimer HE, Jacobs HT (2000) Coupled leading- and lagging-strand synthesis of mammalian 
mitochondrial DNA. Cell 100, 515-524. 
28. Bowmaker M, Yang MY, Yasukawa T, Reyes A, Jacobs HT, Huberman JA, Holt IJ (2003) 
Mammalian mitochondrial DNA replicates bidirectionally from an initiation zone. J Biol Chem 278, 
50961-50969. 
CAPÍTULO	
  II	
   45	
  
 
29. Yasukawa T, Yang MY, Jacobs HT, Holt IJ (2005) A bidirectional origin of replication maps to the 
major noncoding region of human mitochondrial DNA. Mol Cell 18, 651-662. 
30. Yasukawa T, Reyes A, Cluett TJ, Yang MY, Bowmaker M, Jacobs HT, Holt IJ (2006) Replication of 
vertebrate mitochondrial DNA entails transient ribonucleotide incorporation throughout the lagging 
strand. Embo J 25, 5358-5371. 
31. Reyes A, Yasukawa T, Cluett TJ, Holt IJ (2009) Analysis of mitochondrial DNA by two-dimensional 
agarose gel electrophoresis. Methods Mol Biol 554, 15-35. 
32. Garrido N, Griparic L, Jokitalo E, Wartiovaara J, van der Bliek AM, Pelbrink JN (2003) 
Composition and dynamics of human mitochondrial nucleoids. Mol Biol Cell 14, 1583-1596. 
33. Bogenhagen DF, Rousseau D, Burke S (2007) The layered structure of human mtDNA nucleoids. J 
Biol Chem. 
34. Montoya J, Gaines GL, Attardi G (1983) The Pattern of Transcription of the Human Mitochondrial 
rRNA Genes Reveals Two Overlaping Transcription Units. Cell 34, 151-159. 
35. Attardi G (1983) RNA Synthesis and processing in mitochondria. En: (Eds) RNA Synthesis and 
processing in mitochondria. Apirion D.Boca Raton, Florida CRC Press 227-280 
36. Crews S, Attardi G (1980) The sequences of the small ribosomal RNA gene and the phenylalanine 
tRNA gene are joined end to end in human mitochondrial DNA. Cell 19, 775-784. 
37. Dubin DT, Montoya J, Timko KD, Attardi G (1982) Sequence Analysis and Precise Mapping of the 
3`-ends of HeLa Cell Mitochondrial Ribosomal RNAs. J. Mol. Biol. 157, 1-19. 
38. Arcari P, Brownlee GG (1980) The nucleotide sequence of a small (3S) seryl-tRNA (anticodon GCU) 
from beef heart mitocondria. Nucleic Acids. Res. 8, 5207-5212. 
39. Bruijn MHLd, Schreier PH, Eperon IC, Barrell BG (1980) A mammalian mitochondrial serine 
transfer RNA lacking the "dihydrouridine" loop and stem. Nucl. Acids Res. 8, 5212-5222. 
40. Montoya J, Ojala D, Attardi G (1981) Distinctive features of the 5`-terminal sequences of the human 
mitochondrial mRNAs. Nature 290, 465-470. 
41. Grohmann K, Amalric F, Crews S, Attardi G (1978) Failiure to detect "cap" structures in 
mitochondrial DNA-coded poly(A)-containing RNA from HeLa cells.Nucl. Acids Res. 5, 637-651. 
42. Ojala D, Montoya J, Attardi G (1981) tRNA punctuation model of RNA processing in human 
mitochondria. Nature 290, 470-474. 
43. Tiranti V, Savoia A, Forti F, DApolito MF, Centra M, Racchi M, Zeviani M (1997) Identification of 
the gene encoding the human mitochondrial RNA polymerase (h-mtRPOL) by cyberscreening of the 
expressed sequence tags database. Hum Mol Genet 6, 615-625. 
44. Fisher RP, Clayton DA (1985) A transcription factor required for promoter recognition by human 
mitochondrial RNA polymerase. J Biol Chem 260, 11330-11338. 
46	
   CAPÍTULO	
  II	
  
 
45. Fisher RP, Clayton DA (1988) Purification and characterization of human mitochondrial 
transcription factor 1. Mol Cell Biol 8, 3496-3509. 
46. Falkenberg M, Gaspari M, Rantanen A, Trifunovic A, Larsson NG, Gustafsson CM (2002) 
Mitochondrial transcription factors B1 and B2 activate transcription of human mtDNA. Nat Genet 
31, 289-294. 
47. Kruse B, Narasimhan N, Attardi G (1989) Termination of transcription in human mitochondria: 
identification and purification of a DNA binding protein factor that promotes termination. Cell 58, 
391-397. 
48. Daga A, Micol V, Hess D, Aebersold R, Attardi G (1993) Molecular Characterization of the 
Transcription Termination Factor from Human Mitochondria. J Biol Chem 268, 8123-8130. 
49. Fernandez-Silva P, Martinez-Azorin F, Micol V, Attardi G (1997) The human mitochondrial 
transcription termination factor (mTERF) is a multizipper protein but binds to DNA as a monomer, 
with evidence pointing to intramolecular leucine zipper interactions. EMBO J 16, 1066-1079. 
50. Jimenez-Menendez N, Fernandez-Millan P, Rubio-Cosials A, Arnan C, Montoya J, Jacobs HT, 
Bernado P, Coll M, Uson I, Sola M (2010) Human mitochondrial mTERF wraps around DNA 
through a left-handed superhelical tandem repeat. Nat Struct Mol Biol 
51. O'Brien TW (2003) Properties of human mitochondrial ribosomes. IUBMB Life 55, 505-513. 
52. Matthews DE, Hessler RA, Denslow ND, Edwarsds JS, O`Brien TW (1982) Protein composition of 
the bovine mitochondrial ribosome. J. Biol. Chem. 257, 8788-8794. 
53. Temperley R, Richter R, Dennerlein S, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (2010) 
Hungry codons promote frameshifting in human mitochondrial ribosomes. Science 327, 301. 
54. Boynton J, Gilham N, Lambowitz A (1980)? En: (Eds)? Chambliss G, Craven G, Dovies J, Davis K, 
Kaban L, Nomura M.Baltimore Univ. Park Press. 903-950 
55. HsuChen CC, Cleaves GR, Dubin DT (1983) A major lysine tRNA with a CUU anticodon in insect 
mitochondria. Nucl. Acids Res. 11, 8659-8662. 
56. Brown WM, George JM, Wilson AC (1979) Rapid evolution of animal mitochondrial DNA. Proc. 
Natl. Acad. Sci. USA 76, 1967-1971. 
57. Ozawa T (1997) Genetic and functional changes in mitochondria associated with aging. Physiol Rev 
77, 425-464. 
58. Wallace DC (1994) Mitochondrial DNA sequence variation in human evolution and disease. Proc 
Natl Acad Sci USA 91, 8739-8746. 
59. Stoneking M, Soodyall H (1996) Human evolution and the mitochondrial genome. Curr Opin Genet 
Develop 6, 731-736.