Genetik rekombinasyon tipleri ve mekanizmaları

genetik rekombinasyon Nükleik asit moleküllerinin yeni bir molekül üreten parçaları değiştirdiği işlemdir. DNA'da çok yaygındır, ancak RNA aynı zamanda rekombinasyon için bir substrattır. Rekombinasyon, mutasyondan sonra, genetik değişkenliğin en önemli nesil kaynağıdır..

DNA farklı biyokimyasal işlemlere katılır. Replikasyon sırasında, iki yeni DNA molekülünün üretilmesi için bir şablon görevi görür. Transkripsiyonda, bir promotör tarafından kontrol edilen belirli bölgelerden RNA molekülleri üretilmesine izin verir..

Ancak buna ek olarak, DNA parçaları da değiştirebilir. Bu işlem sayesinde, önceki iki işlemin veya gübrelemenin ürünü olmayan yeni kombinasyonlar üretilir..

Herhangi bir rekombinasyon işlemi, işlemde yer alan DNA moleküllerinin parçalanmasını ve bağlanmasını içerir. Bu mekanizma, rekombinasyon substratının hangisine, prosese dahil olan enzimlere ve uygulama mekanizmasına bağlı olarak değişir.

Rekombinasyon genel olarak rekombinant moleküller arasında benzer (aynı değilse) veya homolog olan tamamlayıcı bölgelerin varlığına bağlıdır. Homoloji tarafından yönlendirilmeyen işlemlerde molekülleri yeniden birleştirmeleri durumunda, rekombinasyonun homolog olmadığı söylenir..

Homoloji her iki moleküldeki çok kısa bir bölgeyi içeriyorsa, rekombinasyonun bölgeye özgü olduğu söylenir..

indeks

• 1 Tanım
  • 1.1 Chiasm ve çapraz bağlama
• 2 Genetik rekombinasyon türleri
  • 2.1-Siteye özgü rekombinasyon
  • 2.2-Homolog rekombinasyon
  • 2.3 - Homolog olmayan rekombinasyon
• 3 Rekombinasyonun Önemi
  • 3.1 Sebep olarak önem: DNA replikasyonu ve onarımı
  • 3.2 Sonuç olarak önemi: Genetik değişkenlik üretimi
  • 3.3 Rekombinasyon ve sağlık
• 4 Kaynakça

tanım

Rekombinasyonda homoloji dediğimiz şey, katılan moleküllerin evrimsel kökenine mutlaka uymuyor. Nükleotit sekansındaki benzerlik derecesi hakkında daha fazla konuşuyoruz.

Onarıcı olmayan rekombinasyon, örneğin, mayoz süreci sırasında ökaryotlarda meydana gelir. Kuşkusuz, aynı hücrede bulunan kromozom çiftleri arasında daha fazla homoloji olamaz..

Bu yüzden onlara homolog kromozomlar denir. Bununla birlikte, bir hücrenin DNA'sının yabancı bir DNA ile malzeme alışverişinde bulunduğu durumlar vardır. Bu DNA'ların rekombine benzer olması gerekir, ancak bunu elde etmek için mutlaka aynı atayı (homoloji) paylaşmaları gerekmez..

Chiasm ve çapraz bağlama

İki DNA molekülü arasındaki birlik ve değişim bölgesi, chiasm ve buna benzer şekilde çapraz bağlantı olarak adlandırılır. Geçiş sırasında, katılan DNA'lar arasında bir bant değişimi doğrulanır.

Bu, birinde fiziksel olarak birleşmiş iki DNA molekülü olan bir eşbütünleşir. Kointegrat "çözüldüğü" zaman, genellikle değiştirilmiş (yeniden birleştirici) iki molekül üretilir..

Rekombinasyon bağlamında "çözün", bir eş-bileşenin DNA molekülleri bileşenlerini ayırmaktır.

Genetik rekombinasyon türleri

-Sahaya özel rekombinasyon

Sahaya özgü rekombinasyonda, genellikle homolog olmayan iki DNA molekülü, her ikisi için de ortak olan kısa bir sekansa sahiptir. Bu dizi, belirli bir ekleme enzimi tarafından hedeflenir.

Bu diziyi tanıyabilen ve bir başkasını tanımayan enzim, her iki moleküldeki belirli bir bölgeyi keser. Diğer bazı faktörlerin yardımıyla, katılan iki molekülün DNA bantlarını değiştirir ve eşbütünleşir.

Escherichia coli ve lambda

Bu, bakteri genomu arasındaki eşbütünleşme oluşumunun temelidir. Escherichia coli ve bakteriyofaj lambınınki. Bir bakteriyofaj bakterileri enfekte eden bir virüstür.

Bu ortak bileşenin oluşumu, virüs genomunda kodlanan bir enzim tarafından gerçekleştirilir: lambda integrali. Bu, adı verilen ortak bir diziyi tanır. attP virüsün dairesel genomunda ve attB bakteri içinde.

Her iki moleküldeki her iki sekansı keserek, serbest segmentler oluşturur, bantları değiştirir ve iki genomu birleştirir. Daha büyük bir daire oluşur veya eşbütünleşik.

Eşbütünleşik olarak, virüsün genomu çoğaldığı bakteriyel genom tarafından pasif olarak taşınır. Bu durumda, virüsün bir provirus durumunda olduğu ve bakterinin aynı için lizojenik olduğu söylenir..

Ters işlem, yani birleşik çözüm, birçok nesiller alabilir - hatta gerçekleşmeyebilir. Bununla birlikte, yapılırsa, enzimatik olarak excisionasa adı verilen virüs genomu tarafından kodlanan başka bir protein aracılık eder. Bu gerçekleştiğinde, virüs yardımcı bileşikten ayrılır, yeniden aktive olur ve hücre erimesine neden olur.

-Homolog rekombinasyon

Genelleştirilmiş rekombinasyon

Homolog rekombinasyon, tam veya neredeyse tamamen benzerliğin en az 40 nükleotidini paylaşan DNA molekülleri arasında doğrulanır. Rekombinasyon işlemini gerçekleştirmek için en az bir endonükleaz katılmalıdır.

Endonükleazlar, DNA'da iç kesikler oluşturan enzimlerdir. Bazıları DNA'yı bozmaya devam etmek için bunu yapar. Diğerleri, rekombinasyon durumunda olduğu gibi, DNA'da bir dişçi oluşturmak için bunu yapar..

Bu eşsiz nick, serbest uçlu tek bir DNA bandını işlemenizi sağlar. Bir rekombinaz tarafından yönlendirilen bu serbest uç, tek bir bandın, aynı olan yerleşik bandın yerini alarak çift DNA'yı istila etmesine izin verir..

Bu, bir donör DNA molekülü ("istilacı") ile başka bir alıcı arasında geçiş noktasıdır..

İçinde işgal ve bant değişimi işlemini gerçekleştiren enzim (rekombinaz) Escherichia coli buna RecA denir. Prokaryotlarda, archaea'daki RadA gibi başka homolog proteinler vardır. Ökaryotlarda eşdeğer enzime RAD51 adı verilir..

İstilacı çete ikamet yerini değiştirdiğinde, donör molekülünde basit kalan bantla etkileşime girer. Her iki nokta bir ligazın etkisi ile mühürlenir.

Şimdi donör DNA ve alıcı DNA tarafından kuşatılmış hibrit bantlardan (bir donör bant ve bir reseptör bant) gelen DNA var. Geçiş noktaları (chiasmas) her iki yönde en az 200 bp hareket eder..

Her bir çapraz bağlantı noktası, Holliday yapısı olarak bilinen şeyi oluşturur (bir rekombinasyon olayından kaynaklanan haç şeklinde DNA).

Bu haç DNA'sı, diğer endonükleazlar tarafından çözülmelidir. Bu yapının hibrit veya kimerik DNA'sı iki yolla çözülebilir. İkinci endonükleotit kesimi, ilki gerçekleşenle aynı bantta meydana gelirse, rekombinasyon üretilmez. İkinci kesim diğer bantta gerçekleşirse, ortaya çıkan ürünler rekombinanttır.

Rekombinasyon V (D) J

Bu, bağışıklık sisteminin antikorlarının muazzam değişkenliğinde jenerasyona katkıda bulunan bir tür somatik rekombinasyondur (mayotik değil)..

Bu rekombinasyon, özellikle onları tanımlayan polipeptit zincirlerini kodlayan genlerin fragmanları doğrulanır. B hücreleri tarafından gerçekleştirilir ve farklı genetik bölgeleri içerir..

İlginç bir şekilde, parazitler var Trypanosoma brucei bu, bir yüzey antijeninde değişkenlik yaratmak için benzer bir rekombinasyon mekanizması kullanır. Bu şekilde, "yeni" antijeni tanıyabilen antikoru üretemezse, konağın tepkisinden kurtulabilirler..

-Homolog olmayan rekombinasyon

Son olarak, katılan moleküllerin dizi benzerliğine bağlı olmayan yeniden birleştirme işlemleri vardır. Ökaryotlarda, örneğin homolog olmayan uçların rekombinasyonu çok önemlidir..

Bu, DNA'da çift bant kopması olan DNA parçaları ile oluşur. Bunlar, onları çift bant kopmalarıyla eşit olarak diğer parçalara birleştiren hücre tarafından "onarılır".

Bununla birlikte, bu moleküllerin bu rekombinasyon işlemine katılmak için mutlaka benzer olmaları gerekmez. Yani, hasarı onararak hücre, ilgisiz DNA'ları bağlayarak gerçekten yeni (rekombinant) bir molekül oluşturabilir.. 

Rekombinasyonun Önemi

Sebep olarak önemi: DNA replikasyonu ve onarımı

Rekombinasyon, çoğaltma işlemi sırasında ve sonrasında DNA bilgilerinin doğruluğunu garanti eder. Rekombinasyon, bu son derece uzun makromolekülde yeni bant oluşturma sürecinde DNA hasarını tespit ediyor.

Her grubun kendi bilgisi ve tamamlayıcısı olduğu için, yeniden birleştirme hiçbirinin kaybolmamasını garanti eder. Her biri diğerine tanıklık eder. Benzer şekilde, diploid organizmalarda, homolog bir kromozom, erkek kardeşine tanık olur ve bunun tersi de geçerlidir..

Öte yandan, DNA bir kez kopyalandıktan sonra, bu molekülün hasar onarım mekanizmaları değişkendir. Bazıları doğrudan (doğrudan yaralanma üzerine etki eder), bazıları ise dolaylıdır..

Dolaylı onarım mekanizmaları yapılacak rekombinasyona bağlıdır. Yani, bir DNA molekülündeki hasarı onarmak için başka bir homolog molekül kullanılır. Bu, onarıcı rekombinasyonda hasar görmüş bir kalıp olarak işlev görür..

Bunun bir sonucu olarak önemi: genetik değişkenlik üretimi

Rekombinasyon mayozda çok büyük kromozomal değişkenlik yaratabilir. Somatik rekombinasyon da omurgalılarda antikorlarda olduğu gibi değişkenlik oluşturur.

Birçok organizmada mayoz, gamética'dır. Cinsel üremeli organizmalarda rekombinasyon değişkenlik üretmenin en güçlü yollarından biri olarak ortaya çıkıyor.

Yani, spontan mutasyona ve kromozomların ayrışmasına, rekombinasyonu gametik değişkenliğin bir başka jeneratör elemanı olarak eklemek gereklidir..

Bakteriyofaj genomlarının bölgeye özgü rekombinasyonla entegrasyonu, diğer taraftan, konakçı bakterilerinin genomun yeniden şekillenmesine katkıda bulunmuştur..

Bu, bu önemli canlı grubunun genomik değişkenlik üretimine ve evrimine katkıda bulunmuştur..

Rekombinasyon ve sağlık

DNA'nın tamir edilebileceğini zaten gördük, fakat ona zarar veren şey değil. Aslında, hemen hemen her şey düzeltilmemiş hatalı bir kopyadan başlayarak DNA'ya zarar verebilir.

Fakat bunun ötesinde, DNA UV ışığı, iyonlaştırıcı radyasyon, hücresel solunumun serbest oksijen radikalleri ve ne yediğimiz, içtiğimiz, soluduğumuz, yediğimiz veya dokunduklarımızla zarar görebilir.

Neyse ki, DNA'yı korumak için yaşamaktan vazgeçmeniz gerekmiyor. İnsan belirli şeylerden vazgeçmelidir, ancak büyük işler hücrenin kendisi tarafından yapılır. DNA'ya zararın tespit edilmesinin ve onarımının bu mekanizmalarının açık bir şekilde genetik bir temeli ve eksikliğinin muazzam sonuçları.

Homolog rekombinasyondaki kusurlarla ilgili hastalıklar, örneğin Bloom ve Werner sendromları, memenin ailesel kanseri, yumurtalıklar vb..

referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. Baskı). W. W. Norton ve Şirket, New York, NY, ABD.
2. Bell, J.C., Kowalczykowski, S.C. (2016) DNA rekombinasyonunun mekaniği ve tek molekül sorgulaması. Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi, 85: 193-226.
3. Prado, F. () Homolog Rekombinasyon: Çatal ve Ötesine. Genler, DOI: 10.3390 / genler9120603
4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Genetik Analizlere Giriş (11. basım). New York: W.H. Freeman, New York, NY, ABD..
5. Tock, A.J., Henderson, I.R. (2018) Meiotik Rekombinasyonu Başlatmak İçin Sıcak Noktalar. Genetikte Sınırlar, DOI: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) A Salmonella enterica: bakteriyel konakçılarının genom ve fizyolojilerini yeniden şekillendirmede itici bir güç mü? Moleküler Mikrobiyoloji, DOI: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright, W.D., Şah, S., Heyer, W.D. (2018) Homolog rekombinasyon ve DNA çift iplik kopmalarının onarımı. Biyolojik Kimya Dergisi, 293: 10524-10535