De genetisk rekombination det är processen genom vilken nukleinsyramolekyler utbyter fragment och genererar en ny molekyl. Det är mycket vanligt i DNA, men RNA är också ett substrat för rekombination. Rekombination är, efter mutation, den viktigaste källan till generering av genetisk variabilitet.
DNA deltar i olika biokemiska processer. Under replikering fungerar det som en mall för generering av två nya DNA-molekyler. I transkription tillåter det generering av RNA-molekyler från specifika regioner som kontrolleras av en promotor.
Men förutom det kan DNA också utbyta fragment. Genom denna process genererar den nya kombinationer som inte är en produkt av de två tidigare processerna eller av befruktning..
All rekombinationsprocess innefattar att bryta och sammanfoga de DNA-molekyler som deltar i processen. Denna mekanism varierar beroende på rekombinationssubstratet, enzymerna som deltar i processen och mekanismen för dess exekvering..
Rekombination beror vanligtvis på förekomsten av komplementära, liknande (om inte identiska) eller homologa regioner mellan de rekombinerande molekylerna. Om molekyler rekombineras i processer som inte styrs av homologi, sägs rekombinationen vara icke-homolog.
Om homologin involverar en mycket kort region närvarande i båda molekylerna, sägs rekombinationen vara platsspecifik..
Artikelindex
Vad vi kallar homologi vid rekombination hänvisar inte nödvändigtvis till de deltagande molekylernas evolutionära ursprung. Vi pratar mer om graden av likhet i nukleotidsekvensen.
Icke-reparativ rekombination förekommer till exempel i eukaryoter under meiosprocessen. Utan tvekan kan det inte finnas någon större homologi än mellan par av kromosomer i samma cell.
Det är därför de kallas homologa kromosomer. Det finns dock fall där en cells DNA byter material med ett främmande DNA. Dessa DNA måste vara mycket lika rekombination, men de behöver inte nödvändigtvis dela samma förfader (homologi) för att uppnå det..
Platsen för bindning och utbyte mellan två DNA-molekyler kallas chiasm, och själva processen kallas tvärbindning. Under delningen verifieras ett utbyte av band mellan de deltagande DNA: n..
Detta genererar en myntintegrering, som är två DNA-molekyler som är fysiskt förenade i en. Vid "lösning" av myntintegreringen genereras två molekyler, vanligtvis förändrade (rekombinant).
Att "lösa", i samband med rekombination, är att separera DNA-molekylerna i ett myntintegrat.
Vid platsspecifik rekombination har två DNA-molekyler, vanligtvis inte homologa, en kort sekvens som är gemensam för båda. Denna sekvens är målet för ett specifikt splitsningsenzym.
Enzymet, som kan känna igen denna sekvens och inte en annan, skär det vid ett visst ställe i båda molekylerna. Med hjälp av några andra faktorer utbyter det DNA-banden för de två deltagande molekylerna och bildar en myntintegrering.
Detta är grunden för bildandet av myntintegreringen mellan bakteriens genom Escherichia coli och bakteriofag lambda. En bakteriofag är ett virus som infekterar bakterier.
Bildningen av detta myntintegrat utförs av ett enzym som kodas i virusgenomet: lambda-integras. Den känner igen en gemensam sekvens som kallas attP i virusets cirkulära genom och attB i bakterien.
Genom att skära båda sekvenserna i båda molekylerna genererar det fria segment, byter band och förenar de två genomerna. En större eller myntintegrerad cirkel bildas sedan.
Vid myntintegrering bärs virusgenomet passivt av bakteriegenomet, med vilket det replikeras. I detta tillstånd sägs det att viruset är i provirustillstånd och att bakterien är lysogen för det..
Den omvända processen, det vill säga upplösningen av myntintegreringen, kan ta många generationer - eller till och med inte inträffa. Emellertid förmedlas detta enzymatiskt av ett annat protein som kodas av virusgenomet som kallas excisionas. När detta händer separeras viruset från myntintegreringen, återaktiveras och orsakar celllys..
Homolog rekombination sker mellan DNA-molekyler som delar minst cirka 40 nukleotider med fullständig eller nästan fullständig likhet. För att genomföra rekombinationsprocessen måste minst ett endonukleas delta.
Endonukleaser är enzymer som gör interna nedskärningar av DNA. Vissa gör det för att fortsätta nedbryta DNA. Andra, som i fallet med rekombination, gör det för att skapa en bucklan i DNA: t.
Detta unika nick möjliggör bearbetning av ett enda band-DNA med en fri ände. Denna fria ände, orienterad av ett rekombinas, gör det möjligt för ett enda band att invadera ett dubbelt DNA, vilket förskjuter det kvarvarande bandet identiskt med det..
Detta är korsningspunkten mellan en donator ("inkräktare") DNA-molekyl och en annan receptor..
Enzymet (rekombinas) som utför processen med bandinvasion och utbyte Escherichia coli det kallas RecA. Det finns andra homologa proteiner i prokaryoter, såsom RadA i archaea. I eukaryoter kallas motsvarande enzym RAD51.
När det invasiva bandet förskjuter invånaren interagerar hon med bandet som lämnades enkelt i givarmolekylen. Båda ställena förseglas genom verkan av ett ligas.
Nu har vi ett DNA av hybridband (ett givarband och ett mottagarband, av olika ursprung) flankerat av givar-DNA och mottagar-DNA. Delningspunkterna (chiasmata) rör sig åtminstone 200 bp i båda riktningarna.
Varje punkt för delning bildar så kallad Holliday-struktur (korsformad DNA-produkt från en rekombinationshändelse).
Detta korsformiga DNA måste lösas av andra endonukleaser. Chimeriskt eller hybrid-DNA med denna struktur kan lösas på två sätt. Om det andra endonukleotidsnittet sker i samma band som det första inträffar ingen rekombination. Om den andra skärningen sker i det andra bandet är de resulterande produkterna rekombinanta.
Detta är en typ av somatisk rekombination (inte meiotisk) som bidrar till genereringen av den enorma variationen av antikroppar i immunsystemet.
Denna rekombination äger rum i speciella fragment av generna som kodar för de polypeptidkedjor som definierar dem. Det utförs av B-celler och involverar olika genetiska regioner.
Intressant, det finns parasiter som Trypanosoma brucei som använder en liknande rekombinationsmekanism för att skapa variation i ett ytantigen. På detta sätt kan de undvika värdens svar om värden inte genererar antikroppen som kan känna igen det "nya" antigenet..
Slutligen finns det rekombinationsprocesser som inte beror på likheten i de deltagande molekylernas sekvens. I eukaryoter är till exempel rekombination av icke-homologa ändar mycket viktigt.
Detta inträffar med DNA-fragment som visar dubbla bandbrott i DNA. Dessa "repareras" genom att cellen förenar dem med andra fragment också med dubbelbandspauser.
Emellertid behöver dessa molekyler inte nödvändigtvis vara lika för att delta i denna rekombinationsprocess. Genom att reparera skadan kan cellen förena orelaterade DNA, vilket skapar en riktigt ny (rekombinant) molekyl.
Rekombination säkerställer trovärdighet för DNA-information under och efter replikationsprocessen. Rekombination upptäcker DNA-skador under den nya bandningsprocessen i denna extremt långa makromolekyl.
Eftersom varje band har sin egen information och dess kompletterande, garanterar rekombination att ingen går förlorad. Var och en fungerar som ett vittne för den andra. På liknande sätt, i diploida organismer, bevittnar en homolog kromosom sitt syskon och vice versa.
Å andra sidan, när DNA har replikerats, varierar mekanismerna för reparation av skador för denna molekyl. Vissa är direkta (skadan påverkas direkt) och andra är indirekt.
Indirekta reparationsmekanismer beror på att rekombination ska äga rum. Det vill säga, för att reparera skadan i en DNA-molekyl används en annan homolog molekyl. Detta skulle fungera i reparativ rekombination som en mall från vilken den har lidit skada..
Rekombination kan skapa enorma kromosomvariationer under meios. Somatisk rekombination genererar också variationer, som i fallet med antikroppar hos ryggradsdjur.
I många organismer är meios gametisk. I sexuellt reproducerade organismer är rekombination ett av de mest kraftfulla sätten att skapa variation.
Det vill säga att till spontan mutation och kromosomsegregering måste rekombination läggas till som ett annat element som genererar gametisk variation..
Integreringen av bakteriofaggenom genom platsspecifik rekombination har å andra sidan bidragit till en ombyggnad av genomet hos deras värdbakterier..
Detta har bidragit till genereringen av genomisk variation och utveckling av denna viktiga grupp levande varelser..
Vi har redan sett att DNA kan repareras, men inte vad som skadar det. I verkligheten kan nästan vad som helst skada DNA, med början med felaktig replikering som går okorrigerad..
Men utöver det kan DNA skadas av UV-ljus, joniserande strålning, fria syreradikaler från cellulär andning och vad vi äter, röker, andas, intar eller berör..
Lyckligtvis behöver du inte ge upp att leva för att skydda DNA. Vissa saker måste ge upp, men det stora arbetet görs av cellen själv. Dessa mekanismer för att upptäcka skador på DNA och dess reparation har uppenbarligen en genetisk grund och deras brist, enorma konsekvenser.
Sjukdomar relaterade till defekter i homolog rekombination inkluderar exempelvis syndrom från Bloom och Werner, familjär bröst- och äggstockscancer etc..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.