Plik rekombinacja homologiczna jest to proces polegający na wymianie cząsteczek DNA między podobnymi lub identycznymi odcinkami genomu. Komórki wykorzystują rekombinację homologiczną głównie do naprawy pęknięć w materiale genetycznym, generując zmienność genetyczną w populacjach.
Ogólnie rzecz biorąc, rekombinacja homologiczna obejmuje fizyczne parowanie między homologicznymi obszarami materiału genetycznego, po którym następuje zerwanie łańcuchów, które mają podlegać wymianie, i wreszcie połączenie nowych połączonych cząsteczek DNA..
Przerwy w DNA muszą być naprawiane tak szybko i efektywnie, jak to tylko możliwe. Gdy uszkodzenie nie zostanie naprawione, konsekwencje mogą być poważne, a nawet śmiertelne. U bakterii główną funkcją rekombinacji homologicznej jest naprawa pęknięć w materiale genetycznym.
Rekombinacja homologiczna jest uważana za jeden z głównych mechanizmów umożliwiających stabilność genomu. Występuje we wszystkich dziedzinach życia, a nawet w wirusach, więc przypuszczalnie jest kluczowym mechanizmem, który pojawił się na bardzo wczesnym etapie ewolucji życia.
Indeks artykułów
Jedną z najważniejszych zasad zaproponowanych przez Gregora Mendla jest niezależność w segregacji postaci. Zgodnie z tym prawem różne geny są przekazywane z rodzica na dziecko niezależnie.
Jednak w 1900 roku oczywiste było istnienie bardzo wyraźnych wyjątków od tej zasady. Angielscy genetycy Bateson i Punnett wykazali, że wiele razy pewne cechy są dziedziczone razem, a dla tych cech zasada głoszona przez Mendla nie ma znaczenia..
Późniejsze badania pozwoliły wyjaśnić istnienie procesu rekombinacji, w którym komórki były zdolne do wymiany materiału genetycznego. W przypadkach, gdy geny odziedziczyły razem, DNA nie zostało wymienione ze względu na fizyczną bliskość między genami..
Rekombinacja homologiczna to zjawisko komórkowe polegające na fizycznej wymianie sekwencji DNA między dwoma chromosomami. Rekombinacja obejmuje zestaw genów zwanych genami rec. Te kody dla różnych enzymów biorących udział w procesie.
Cząsteczki DNA są uważane za „homologiczne”, jeśli mają podobne lub identyczne sekwencje o długości ponad 100 par zasad. DNA ma małe regiony, które mogą się od siebie różnić, a te warianty są znane jako allele.
W organizmach żywych całe DNA jest uważane za rekombinowane. Wymiana materiału genetycznego między chromosomami zachodzi w sposób ciągły, mieszając i rearanżując geny na chromosomach.
Ten proces występuje oczywiście w mejozie. Szczególnie w fazie, w której chromosomy łączą się w pary podczas pierwszego podziału komórki. Na tym etapie następuje wymiana materiału genetycznego między chromosomami.
Historycznie rzecz biorąc, w literaturze proces ten jest określany przy użyciu słowa anglosaskiego przechodzić przez. To zdarzenie jest jednym z wyników rekombinacji homologicznej..
Częstotliwość przechodzić przez między dwoma genami tego samego chromosomu zależy głównie od odległości, jaka istnieje między nimi; im mniejsza fizyczna odległość między nimi, tym niższa częstotliwość wymiany.
Materiał genetyczny jest stale narażony na uszkodzenia spowodowane przez źródła endogenne i egzogenne, takie jak np. Promieniowanie.
Szacuje się, że ludzkie komórki mają znaczną liczbę uszkodzeń DNA, rzędu od dziesiątek do setek dziennie. Zmiany te wymagają naprawy, aby uniknąć potencjalnych szkodliwych mutacji, blokad replikacji i transkrypcji oraz uszkodzeń na poziomie chromosomów..
Z medycznego punktu widzenia uszkodzenie DNA, które nie jest naprawiane prawidłowo, prowadzi do rozwoju nowotworów i innych patologii.
Rekombinacja homologiczna to zdarzenie, które umożliwia naprawę DNA, umożliwiając odzyskanie utraconych sekwencji, przy użyciu drugiej (homologicznej) nici DNA jako matrycy..
Ten proces metaboliczny jest obecny we wszystkich formach życia, zapewniając mechanizm o wysokiej wierności, który umożliwia naprawę „luk” w DNA, pęknięć dwuniciowych i połączeń krzyżowych między niciami DNA..
Jedną z najważniejszych konsekwencji rekombinacji jest generowanie nowej zmienności genetycznej. Wraz z mutacjami są to dwa procesy, które generują zmienność w organizmach żywych - pamiętaj, że zmienność jest surowcem do ewolucji.
Ponadto zapewnia mechanizm resetowania rozwidleń replikacji, które zostały uszkodzone..
U bakterii często występują poziome zdarzenia przenoszenia genów. Są one klasyfikowane jako koniugacja, transformacja i transdukcja. Tutaj prokarionty pobierają DNA z innego organizmu, a nawet z różnych gatunków.
Podczas tych procesów zachodzi rekombinacja homologiczna między komórką biorcą a komórką dawcy..
Rekombinacja homologiczna rozpoczyna się od zerwania jednej z nici cząsteczki chromosomalnego DNA. Następnie następuje szereg etapów katalizowanych przez wiele enzymów..
Koniec 3 ', w którym następuje cięcie, jest zajęty przez homologiczną podwójną nić DNA. Proces inwazji jest kluczowy. Przez „łańcuch homologiczny” rozumiemy fragmenty chromosomów, które mają te same geny w kolejności liniowej, chociaż sekwencje nukleotydów nie muszą być identyczne.
Ta inwazja nici stawia chromosomy homologiczne naprzeciw siebie. To zjawisko spotkania pasm nazywa się synapsą (nie mylić z synapsą w neuronach, tutaj termin ten jest używany z innym znaczeniem).
Synapsa niekoniecznie oznacza bezpośredni kontakt między obiema sekwencjami homologicznymi, DNA może nadal poruszać się przez pewien czas, aż znajdzie część homologiczną. Ten proces wyszukiwania nazywa się dopasowaniem homologicznym..
Wtedy następuje zdarzenie zwane „inwazją pasm”. Chromosom to podwójna helisa DNA. W rekombinacji homologicznej dwa chromosomy szukają swoich sekwencji homologicznych. W jednej z helis nici rozdzielają się i ta nić „atakuje” strukturę podwójnej helisy, tworząc strukturę zwaną pętlą D..
Łańcuch pętli D został wyparty przez inwazję zrywającej się nici i par z komplementarnym pasmem oryginalnej podwójnej helisy.
Następnym krokiem jest utworzenie związków holenderskich. Tutaj końce wymienianych pasm są ze sobą związane. Ten związek ma zdolność poruszania się w dowolnym kierunku. Połączenie może pękać i tworzyć się wielokrotnie.
Ostatnim procesem rekombinacji jest rozwiązanie tych połączeń, a komórka to osiąga na dwa sposoby. Jednym z nich jest rozszczepienie zrostu lub proces zwany rozpuszczaniem, typowy dla organizmów eukariotycznych..
W pierwszym mechanizmie zerwanie skrzyżowania Hollidayów regeneruje dwa łańcuchy. W drugim przypadku „rozpadu” związek zachodzi w pewnym sensie..
Kluczowe białko w procesie rekombinacji nazywa się Rad51 w komórkach eukariotycznych, a RecA w Escherichia coli. Działa w różnych fazach rekombinacji: przed, w trakcie i po synapsie.
Białko Rad51 ułatwia tworzenie fizycznego połączenia między atakującym DNA a hartowanym DNA. W tym procesie generowany jest heterodupleks DNA.
Rad51 i jego odpowiednik RecA katalizują poszukiwanie homologicznego DNA i wymianę nici DNA. Białka te mają zdolność wspólnego wiązania się z jednopasmowym DNA..
Istnieją również geny paralogów (pochodzące ze zdarzeń duplikacji genów w linii organizmów) Rad51, zwane Rad55 i Rad57. U ludzi zidentyfikowano pięć genów paralogu Rad51 o nazwach Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 i Xrcc3..
Ponieważ rekombinacja wymaga fizycznego wiązania na chromosomach, jest to kluczowy krok w prawidłowej segregacji podczas mejozy. Jeśli nie nastąpi właściwa rekombinacja, wynikiem może być poważna patologia.
Nierozłączność chromosomów lub błędy w segregacji są jedną z najczęstszych przyczyn aborcji i anomalii pochodzenia chromosomowego, takich jak trisomia chromosomu 21, która powoduje zespół Downa..
Chociaż rekombinacja jest zwykle dość precyzyjnym procesem, powtarzające się regiony genomu i geny, które mają wiele kopii w całym genomie, są elementami podatnymi na nierówna zwrotnica.
To krzyżowanie daje różne klinicznie istotne cechy, w tym powszechne choroby, takie jak talasemia i autyzm.
Biolodzy molekularni wykorzystali wiedzę o mechanizmie rekombinacji homologicznej do stworzenia różnych technologii. Jeden z nich pozwala na tworzenie organizmów ”Nokaut".
Te organizmy zmodyfikowane genetycznie umożliwiają wyjaśnienie funkcji interesującego genu.
Jedna z metodologii użytych do stworzenia nokaut Polega na stłumieniu ekspresji określonego genu, zastępując oryginalny gen jego zmodyfikowaną lub „uszkodzoną” wersją. Gen jest wymieniany na zmutowaną wersję poprzez rekombinację homologiczną.
Oprócz homologicznej lub legalnej rekombinacji istnieją inne rodzaje wymiany materiału genetycznego.
Kiedy regiony DNA, które wymieniają materiał, nie są alleliczne (homologiczne chromosomy), wynikiem jest duplikacja lub redukcja genów. Proces ten jest znany jako rekombinacja niehomologiczna lub rekombinacja nierówna..
Razem materiał genetyczny można również wymieniać między chromatydami siostrzanymi na tym samym chromosomie. Proces ten zachodzi zarówno w podziale mejotycznym, jak i mitotycznym i nazywany jest nierówną wymianą..
Jeszcze bez komentarzy