סוגי רקומבינציה גנטית ומנגנונים

ה רקומבינציה גנטית הוא התהליך שבו מולקולות חומצות גרעין מחליפות שברי יצירת מולקולה חדשה. זה נפוץ מאוד ב- DNA, אבל RNA הוא גם המצע עבור רקומבינציה. רקומבינציה היא, לאחר המוטציה, המקור החשוב ביותר של יצירת השתנות גנטית.

DNA משתתף בתהליכים ביוכימיים שונים. במהלך השכפול, הוא משמש כתבנית לדור של שתי מולקולות דנ"א חדשות. בתעתיק, הוא מאפשר לייצר מולקולות RNA מאזורים ספציפיים בשליטת היזם.

אבל בנוסף לכך, DNA מסוגל גם להחליף שברי. באמצעות תהליך זה יוצרת שילובים חדשים שאינם תוצר של שני תהליכים קודמים, ולא של הפריה.

כל תהליך רקומבינציה כולל שבירה ומחייב של מולקולות הדנ"א המעורבות בתהליך. מנגנון זה משתנה בהתאם לסוג המצע רקומבינציה, האנזימים המעורבים בתהליך, ומנגנון ביצועו.

רקומבינציה תלויה בדרך כלל בקיומם של אזורים משלימים, דומים (אם לא זהים), או הומולוגיים בין מולקולות recombining. במקרה שהם recombine מולקולות בתהליכים לא מונחה על ידי הומולוגיה, הוא אמר כי רקומבינציה אינה הומולוגית.

אם ההומולוגיה כרוכה באזור קצר מאוד נוכח בשני המולקולות, נאמר כי רקומבינציה היא ספציפית לאתר.

אינדקס

• 1 הגדרה
  • 1.1 Chiasm ו cross-linking
• 2 סוגי רקומבינציה גנטית
  • 2.1 - רקומבינציה ספציפית לאתר
  • 2.2- הומולוגיים רקומבינציה
  • 2.3 - רקומבינציה שאינה הומולוגית
• 3 חשיבות של רקומבינציה
  • 3.1 חשיבות כסיבה: שכפול דנ"א ותיקון
  • 3.2 חשיבות כתוצאה מכך: יצירת השתנות גנטית
  • 3.3 רקומבינציה ובריאות
• 4 הפניות

הגדרה

מה שאנחנו מכנים הומולוגיה ב רקומבינציה לא בהכרח לרמוז המוצא האבולוציוני של המולקולות המשתתפות. אנחנו מדברים יותר על מידת הדמיון ברצף נוקליאוטידים.

Recombination לא reparative, למשל, מתרחשת eukaryotes במהלך תהליך המיוזה. ללא ספק, לא יכולה להיות הומולוגיה גדולה יותר מאשר בין זוגות של כרומוזומים באותו תא.

לכן הם נקראים כרומוזומים הומולוגיים. עם זאת, ישנם מקרים שבהם ה- DNA של התא מחליף חומר עם דנ"א זר. דנ"א זה חייב להיות דומה מאוד רקומביין, אבל הם לא בהכרח צריך לחלוק את אותו אב קדמון (הומולוגיה) כדי להשיג את זה.

Chiasm ו cross-linking

האתר של האיחוד והחילוף בין שתי מולקולות דנ"א נקרא chiasm, ואת התהליך ככזה, crosslinking. במהלך interxrossing, חילופי להקות בין דנ"א המשתתפים מאומת.

זה יוצר קואינטגרציה, אשר שתי מולקולות דנ"א מאוחדות פיזית אחת. כאשר הקואינטגרציה "נפתרת", שתי מולקולות נוצרות, בדרך כלל השתנו (רקומביננטי).

"לפתור", בהקשר של רקומבינציה, היא להפריד את המרכיבים מולקולות DNA של קואינטגרציה.

סוגי רקומבינציה גנטית

-ריאקבינציה ספציפית לאתר

ב recombination ספציפי לאתר, שני מולקולות דנ"א, בדרך כלל לא הומולוגיים, יש רצף קצר משותף לשניהם. רצף זה ממוקד על ידי אנזים שחבור מסוים.

האנזים, המסוגל לזהות את הרצף הזה ולא אחר, חותך אותו באתר מסוים בשתי המולקולות. בעזרת מספר גורמים אחרים, היא מחליפה את להקות ה- DNA של שני המולקולות המשתתפות ומייצרת קואינטגרציה.

Escherichia coli ואת למבדה

זהו הבסיס להיווצרות הקואינטגרציה בין הגנום של החיידק Escherichia coli ואת זה של lambda bacteriophage. חיידק הוא וירוס שמדביק חיידקים.

היווצרותה של קואינטגרציה זו מבוצעת על ידי אנזים המקודד בגנום הנגיף: האינטגרציה למבדה. זה מזהה רצף משותף שנקרא attP בגנום העגול של הנגיף, ו attB בתוך החיידק.

על ידי חיתוך שני רצפים בשני המולקולות, הוא יוצר קטעים חופשיים, מחליף את הלהקות ומאחד את שני הגנומים. מעגל גדול נוצר, או cointegrated.

בקואנטגרציה, הגנום של הנגיף נשלט באופן פסיבי על ידי הגנום החיידקי, שבו הוא משכפל. במצב זה הוא אמר כי הנגיף נמצא במצב של provirus, וכי החיידק הוא lysogenic עבור אותו.

התהליך ההפוך, כלומר, הרזולוציה הקווינטגרפית, יכול להימשך דורות רבים - או אפילו לא להתרחש. עם זאת, אם זה נעשה, הוא מתווך אנזימטית על ידי חלבון אחר מקודדים על ידי גנום הנגיף שנקרא excisionasa. כאשר זה קורה, הנגיף מפריד בין cointegrate, מפעיל מחדש גורם לתאית תמוגה.

-הומולוגיים רקומבינציה

רקומבינציה כללית

ההרכב ההומולוגי נבדק בין מולקולות דנ"א החולקות לפחות 40 נוקליאוטידים של דמיון מלא או כמעט מלא. על מנת לבצע את תהליך רקומבינציה, לפחות אחד endonuclease חייב להשתתף.

Endonucleases הם אנזימים היוצרים חתכים פנימיים ב- DNA. יש לעשות את זה כדי להמשיך להשפיל את ה- DNA. אחרים, כמו במקרה של רקומבינציה, עושים זאת כדי ליצור שקע בדנ"א.

זה ניק ייחודי מאפשר לך לעבד להקה אחת DNA עם סוף חינם. זה סוף חופשי, מודרך על ידי רקומבינאז, מאפשר להקה אחת לפלוש DNA כפול על ידי עקירת הלהקה תושב זהה לזה.

זוהי נקודת המעבר, בין מולקולת דנ"א תורמת ("פולש") לבין נמען אחר.

האנזים (רקומבינאז) שמבצע את התהליך של פלישה והחלפת להקות Escherichia coli זה נקרא רק"א. ישנם חלבונים הומולוגיים אחרים prokaryotes, כגון RadA ב archaea. ב eukaryotes, אנזים שווה נקרא RAD51.

ברגע שהכנופיה הפולשת מחליפה את התושב, היא מקיימת אינטראקציה עם הלהקה שנותרה פשוטה במולקולה התורמת. שתי הנקודות חתומות על ידי פעולה של ligase.

עכשיו יש לנו DNA מ להקות היברידיות (להקה התורם ואת הלהקה קולטן, ממקורות שונים) מוקף DNA ו- DNA הנמען התורם. נקודות המעבר (chiasmas) לנוע בשני הכיוונים לפחות 200 bp.

כל נקודה צולבת יוצרת את מה שמכונה מבנה הולידיי (DNA צולב כתוצאה מאירוע רקומבינציה).

הדנ"א הצלבני הזה חייב להיפתר על ידי אנדונואלאזים אחרים. דנ"א היברידי או chimeric של מבנה זה ניתן לפתור בשתי דרכים. אם לחתוך השני endonucleotide מתרחשת באותה הלהקה שבה הראשון התרחש, רקומבינציה לא נוצר. אם חתך השני מתרחש הלהקה אחרים, המוצרים המתקבלים הם רקומביננטי.

רקומבינציה V (ד) י

זהו סוג של recombination סומטי (לא מיוטי) אשר תורם לדור של השתנות עצומה של נוגדנים של המערכת החיסונית.

זה רקומבינציה מאומתים שברי מסוים של הגנים כי קוד עבור שרשרות פוליפפטיד המגדירים אותם. היא מתבצעת על ידי תאים B וכוללת אזורים גנטיים שונים.

מעניין, יש טפילים כמו טריפנוסומה ברוסי המעסיקים מנגנון רקומבינציה דומה כדי ליצור השתנות של אנטיגן פני השטח. בדרך זו, הם יכולים להתחמק מתגובת המארח אם הוא לא יצליח ליצור את הנוגדנים המסוגלים לזהות את האנטיגן "החדש"..

-ריאקבינציה לא הומולוגית

לבסוף, ישנם תהליכים רקומבינציה שאינם תלויים הדמיון רצף של המולקולות המשתתפות. ב eukaryotes זה חשוב מאוד, למשל, רקומבינציה של הקצוות הלא הומולוגיים.

זה קורה עם שברי דנ"א כי יש להקות כפול הלהקה ב- DNA. אלה "מתוקנים" על ידי התא מצטרף אליהם שברים אחרים באופן שווה עם קרעים כפולה הלהקה.

עם זאת, מולקולות אלה לא בהכרח צריך להיות דומה להשתתף בתהליך רקומבינציה זו. כלומר, על ידי תיקון הנזק, התא יכול לקשור דנ"א לא קשור, יצירת מולקולה חדשה (רקומביננטי). 

חשיבותה של רקומבינציה

חשיבות כסיבה: שכפול דנ"א ותיקון

Recombination מבטיח את הנאמנות של מידע DNA במהלך ואחרי תהליך השכפול. רקומבינציה מזהה נזק DNA במהלך תהליך של יצירת להקות חדשות זה מקרומולקולה ארוכה מאוד.

כמו כל הלהקה יש מידע משלה, וזה של השלמה שלה, רקומבינציה מבטיחה שאף אחד לא אבד. כל אחד מהם משמש כעד למשנהו. באופן דומה, באורגניזמים דיפלואידים, כרומוזום הומולוגי הוא עד לאחיו, ולהיפך.

מצד שני, לאחר הדנ"א חזר על עצמו, מנגנוני תיקון הנזק של המולקולה הזו הם מגוונים. חלקם ישיר (פועל ישירות על הפציעה) ואחרים עקיפים.

מנגנוני תיקון עקיפים תלויים רקומבינציה להתבצע. כלומר, כדי לתקן את הנזק במולקולת דנ"א אחת נעשה שימוש במולקולה הומולוגית אחרת. זה יפעל recombination reparbination כמו עובש שסבל נזק.

חשיבות כתוצאה מכך: יצירת השתנות גנטית

רקומבינציה מסוגלת ליצור שונות כרומוזומלית עצומה במהלך המיאוזיס. רקומבינציה סומטית גם יוצרת השתנות, כמו במקרה של נוגדנים בחוליות.

באורגניזמים רבים המיאוזיס הוא גמאטיקה. באורגניזמים עם רבייה מינית, רקומבינציה מתברר להיות אחת הדרכים החזקות ביותר ליצור השתנות.

כלומר, למוטציה הספונטנית ולהפרדת הכרומוזומים יש להוסיף את הרקומבינציה כגורם גנרטור נוסף של השתנות גמנטית.

שילובם של גנומים בקטריופאג'ים על ידי רקומבינציה ספציפית לאתר, לעומת זאת, תרם לשיפוץ הגנום של החיידק המארח שלהם.

זה תרם לדור של השתנות גנומית, ואת האבולוציה, של קבוצה חשובה זו של יצורים חיים.

רקומבינציה ובריאות

כבר ראינו שאפשר לתקן את הדנ"א, אבל לא מה שמזיק לו. למעשה, כמעט כל דבר יכול להזיק לדנ"א, החל משכפול פגום שאינו מתוקן.

אבל מעבר לכך, DNA יכול להינזק על ידי אור UV, קרינה מייננת, רדיקלים חופשיים של המוצר של הנשימה הסלולרית, ומה שאנו אוכלים, מעשנים, נושמים, אוכלים או נוגעים.

למרבה המזל, אתה לא צריך לוותר על החיים כדי להגן על הדנ"א. יש לוותר על דברים מסוימים, אבל העבודה הגדולה נעשית על ידי התא עצמו. מנגנונים אלה של זיהוי הנזק לדנ"א, ותיקוניו, הם בבירור בסיס גנטי, וחסרונו, השלכותיו האדירות.

מחלות הקשורות לליקויים בהרכב הומולוגי כוללות, למשל, את התסמונות של בלום וורנר, סרטן משפחתי של השד והשחלות וכו '..

הפניות

1. אלברטס, ב, ג 'ונסון, א ד, לואיס, ג', מורגן, ד, רף, M., רוברטס, ק ', וולטר, P. (2014) ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה 6). וו 'נורטון אנד קומפני, ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב.
2. בל, ג 'ק, Kowalczykowski, S.C (2016) מכניקה מולקולה בודדת חקירה של רקומבינציה DNA. סקירה שנתית של ביוכימיה, 85: 193-226.
3. פראדו, F. () רקומבינציה הומולוגיים: כדי מזלג ומעבר. גנים, doi: 10.3390 / genes9120603
4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). מבוא לניתוח גנטי (מהדורה 11). ניו יורק: ו 'פרימן, ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב.
5. Tock, A.J, Henderson, I.R. (2018) נקודות חמות ליזום רקומבינציה מיוטית. גבולות בגנטיקה, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) A prophages in סלמונלה אנטריקה: כוח מניע בעיצוב מחדש של הגנום והפיזיולוגיה של המארח החיידקי שלהם? מיקרוביולוגיה מולקולרית, doi: 10.1111 / mmi.14167.
7. רייט, W. D., Shah, S., הייר, W. ד (2018) רקומבינציה הומולוגיים תיקון דנ"א פעמיים גדיל מעברי. Journal of לכימיה ביולוגית, 293: 10524-10535