Rekombinacja genetyczna

Rekombinacja genetyczna. Źródło: CURRAN919, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Czym jest rekombinacja genetyczna?

rekombinacja genetyczna Jest to proces, w którym cząsteczki kwasu nukleinowego wymieniają fragmenty, generując nową cząsteczkę. Jest to bardzo powszechne w DNA, ale RNA może również rekombinacja. Rekombinacja jest, po mutacji, najważniejszym źródłem zmienności genetycznej.

DNA uczestniczy w różnych procesach biochemicznych. Podczas replikacji służy jako pleśń do generowania dwóch nowych cząsteczek DNA. W transkrypcji pozwala generować cząsteczki RNA z określonych regionów kontrolowanych przez promotor.

Ale oprócz tego DNA jest również w stanie wymieniać fragmenty. Poprzez ten proces generuje nowe kombinacje, które nie są produktem dwóch poprzednich procesów lub zapłodnienie.

Każdy proces rekombinacji obejmuje pęknięcie i połączenie cząsteczek DNA, które uczestniczą w procesie. Mechanizm ten różni się w zależności od podłoża rekombinacji, enzymów, które uczestniczą w procesie, oraz mechanizmu jego wykonania.

Rekombinacja ogólnie zależy od istnienia komplementarnych, podobnych (jeśli nie identycznych) lub homologicznych między cząsteczkami, które rekombinują. W przypadku, w którym cząsteczki rekombinują w procesach, które nie są prowadzone przez homologię, mówi się, że rekombinacja nie jest homologiczna.

Jeśli homologia obejmuje bardzo krótki region obecny w obu cząsteczkach, mówi się, że rekombinacja jest specyficzna dla miejsca.

Rodzaje rekombinacji genetycznej

Rekombinacja specyficzna dla miejsca

W specyficznym miejscu w rekombinacji dwie cząsteczki DNA, ogólnie nie homologiczne, mają krótką sekwencję wspólną dla obu. Ta sekwencja jest celem enzymu określonego cięcia i splicingu.

Enzym, zdolny do rozpoznania tej sekwencji, a nie innej, przecina ją w określone miejsce w obu cząsteczkach. Za pomocą niektórych innych czynników wymieniaj pasma DNA dwóch uczestniczących cząsteczek i tworzy Couintegrado.

Może ci służyć: euploidía: pochodzenie, typy i konsekwencje

Homologiczna rekombinacja

Homologiczna rekombinacja jest weryfikowana między cząsteczkami DNA, które dzielą co najmniej około 40 nukleotydów pełnego lub prawie całkowitego podobieństwa. Aby przeprowadzić proces rekombinacji, musi uczestniczyć przynajmniej jedna endonukleaza.

Endonukleas to enzymy, które generują wewnętrzne cięcia w DNA. Niektórzy robią to, aby zdegradować DNA. Inne, jak w przypadku rekombinacji, robią to, aby wygenerować wgniecenie w DNA.

Ten unikalny wgniecenie pozwala przetworzyć proste DNA pasma z darmowym końcem. Ten wolny koniec, zorientowany przez rekombinazę, pozwala prostemu opasce na inwazję podwójnego DNA wypierającego pasmo rezydenta.

Jest to punkt sieciowy lub przekraczający, między cząsteczką DNA dawcy („najeźdźcę”) a innym odbiornikiem.

Enzym (rekombinaza), który przeprowadza proces inwazji i wymiany pasm w Escherichia coli Nazywa się to zbieranie. Istnieją inne homologiczne białka w prokariotach, takie jak archaeas. W eukariotach równoważny enzym nazywa się Rad51.

Gdy opaska inwazyjna wypiera rezydenta, wchodzi w interakcje z opaską, która była prosta w cząsteczce dawcy. Oba punkty są zapieczętowane przez działanie ligazy.

Teraz mamy DNA hybrydowych pasm (pasmo dawcy i pasmo odbierające, o różnych początkach) flankowane przez dawcę DNA i odbiornik DNA. Punkty krzyżowe (quiasmy) poruszają się w obu kierunkach co najmniej 200 pz.

Każdy punkt krzyżowy tworzy tak zwaną strukturę Holliday (produkt Crucliform DNA zdarzenia rekombinacji).

Ten krzyżowy DNA musi zostać rozwiązany przez inne endonukleazę. Hybrydowe lub chimeryczne DNA tej struktury można rozwiązać na dwa sposoby. Jeśli drugie cięcie endonukleotydowe odbywa się w tym samym paśmie, w którym pierwsza wystąpiła, rekombinacja nie jest generowana. Jeśli drugie cięcie występuje w drugim pasm, powstałe produkty są rekombinowane.

Może ci służyć: monoploidia: jak to się dzieje, organizmy, częstotliwość i użyteczność

Niehomologiczna rekombinacja

Wreszcie istnieją procesy rekombinacji, które nie zależą od podobieństwa w sekwencji cząsteczek uczestniczących. W eukariotach jest to bardzo ważne, na przykład rekombinacja końców niehomologicznych.

Dzieje się tak w przypadku fragmentów DNA, które mają podwójne pęknięcia pasma w DNA. Są one „naprawione” przez komórkę, łącząc inne fragmenty w równym stopniu z podwójnymi przerwami.

Jednak cząsteczki te niekoniecznie powinny być podobne do uczestnictwa w tym procesie rekombinacji. Oznacza to, że podczas naprawy uszkodzenia komórka może zjednoczyć niepowiązane DNA, tworząc w ten sposób naprawdę nową cząsteczkę (rekombinowana). 

Znaczenie rekombinacji

Znaczenie jako przyczyna: replikacja i naprawa DNA

Rekombinacja gwarantuje lojalność informacji o DNA podczas i po procesie replikacji. Rekombinacja wykrywa uszkodzenie DNA podczas procesu tworzenia nowych pasm w tej wyjątkowo długiej makrocząstce.

Ponieważ każdy zespół ma własne informacje i jego komplementarne, rekombinacja gwarantuje, że żadna nie zostanie utracona. Każdy działa jako świadek drugiego. Podobnie w organizmach diploidalnych homologiczny chromosom jest świadkiem jego brata i odwrotnie.

Z drugiej strony, po powtórzeniu DNA mechanizmy naprawy uszkodzenia tej cząsteczki są zróżnicowane. Niektóre są bezpośrednie (działa bezpośrednio na obrażenia), a inne są pośrednie.

Pośrednie mechanizmy naprawy zależą od rekombinacji do przeprowadzenia. To znaczy, aby naprawić uszkodzenie w cząsteczce DNA, stosuje się kolejną homologiczną cząsteczkę. Działałoby to w rekombinacji reparatywnej jako pleśń, która doznała uszkodzenia.

Może ci służyć: jaźń

W konsekwencji: generowanie zmienności genetycznej

Rekombinacja jest w stanie stworzyć ogromną zmienność chromosomalną podczas mejozy. Rekombinacja somatyczna generuje również zmienność, jak w przypadku przeciwciał u kręgowców.

W wielu organizmach mejoza jest gamatyczna. W organizmach z rozmnażaniem płciowym rekombinacja jest jednym z najpotężniejszych sposobów generowania zmienności.

Oznacza to, że do spontanicznej mutacji i segregacji chromosomów rekombinacja musi być dodana jako kolejny generujący element zmienności gamatycznej.

Z drugiej strony integracja genomów bakteriofaphowych przez specyficzną dla rekombinacji miejsce przyczyniła się do przebudowy genomu bakterii gospodarza.

Przyczyniło się to do generowania zmienności genomowej i ewolucji tej ważnej grupy żywych istot.

Rekombinacja i zdrowie

Widzieliśmy już, że DNA można naprawić, ale nie to, co go uszkadza. W rzeczywistości prawie wszystko może uszkodzić DNA, zaczynając od wadliwej replikacji, która nie jest poprawiono.

Ale poza tym DNA można uszkodzić przez światło UV, promieniowanie jonizujące, wolny rodnik tlenu.

Na szczęście nie wolno nam rezygnować z życia, aby chronić DNA. Pewne rzeczy muszą zostać wyrzekane, ale wielka praca wykonuje sama komórka. Te mechanizmy wykrywania uszkodzeń DNA i ich naprawa mają oczywiście podstawę genetyczną i ich niedobór, ogromne konsekwencje.

Choroby związane z wadami w homologicznej rekombinacji obejmują na przykład zespoły Bloom i Wernera, raka rodziny i jajników itp.

Bibliografia

1. Bell, J. C., Kowalczykowski, s. C. Mechanika i przesłuchanie jednoskulowe rekombinacji DNA. Coroczny przegląd biochemii.
2. Prado, f. Homologiczna rekombinacja: rozwidlenie i nie tylko. Geny.