Genetische Rekombination

Genetische Rekombination. Quelle: Curran919, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Was ist genetische Rekombination?

Der genetische Rekombination Es ist der Prozess, durch den Nukleinsäuremoleküle Fragmente tauschen und ein neues Molekül erzeugen. Es ist in DNA sehr häufig, aber RNA kann auch rekombinieren. Die Rekombination ist nach der Mutation die wichtigste Quelle der genetischen Variabilität.

DNA nimmt an verschiedenen biochemischen Prozessen teil. Während der Replikation dient es als Form für die Erzeugung von zwei neuen DNA -Molekülen. In der Transkription können RNA -Moleküle aus bestimmten Regionen erzeugt, die von einem Promotor gesteuert werden.

Darüber hinaus kann DNA auch Fragmente austauschen. Durch diesen Prozess generiert es neue Kombinationen, die nicht das Produkt der beiden vorherigen Prozesse oder die Befruchtung sind.

Jeder Rekombinationsprozess beinhaltet Bruch und Vereinigung von DNA -Molekülen, die am Prozess teilnehmen. Dieser Mechanismus variiert je nach Rekombinationssubstrat, den am Prozess teilnehmenden Enzymen und dem Mechanismus seiner Ausführung.

Die Rekombination hängt im Allgemeinen von der Existenz von komplementären, ähnlichen (wenn nicht identischen) Regionen oder homologisch zwischen den rekombine Molekülen ab. In dem Fall, in dem sich Moleküle in Prozessen rekombinieren, die nicht von der Homologie geleitet werden, wird gesagt, dass die Rekombination nicht homolog ist.

Wenn die Homologie eine sehr kurze Region beinhaltet, die in beiden Molekülen vorhanden ist, wird gesagt, dass die Rekombination ortsspezifisch ist.

Arten der genetischen Rekombination

Ortsspezifische Rekombination

In der ortsspezifischen Rekombination haben zwei DNA-Moleküle, die im Allgemeinen nicht homologisch sind. Diese Sequenz ist das Ziel eines Enzyms mit spezifischem Schnitt und Spleißen.

Das Enzym, das diese Sequenz erkennen kann, schneidet sie an einen bestimmten Ort in beiden Molekülen. Tauschen Sie mit Hilfe einiger anderer Faktoren die DNA -Banden der beiden teilnehmenden Moleküle aus und bilden einen Couintegrado.

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Homologe Rekombination

Die homologe Rekombination wird zwischen DNA. Um den Rekombinationsprozess durchzuführen, muss mindestens eine Endonuklease teilnehmen.

Endonukleas sind Enzyme, die interne Schnitte in der DNA erzeugen. Einige tun es, um die DNA zu beeinträchtigen. Andere, wie bei Rekombination, tun dies, um eine Delle in der DNA zu erzeugen.

Mit dieser einzigartigen Delle können Sie eine einfache Band -DNA mit einem kostenlosen Ende verarbeiten. Dieses kostenlose Ende, das durch eine Rekombinase orientiert wird, ermöglicht es einem einfachen Band, in eine doppelte DNA einzudringen, die das mit ihm identische ansässige Band verdrängt.

Dies ist der Punkt der Vernetzung oder Überfahrt zwischen einem Spender-DNA-Molekül ("Invader") und einem anderen Empfänger.

Das Enzym (Rekombinase), das den Invasionsprozess und den Austausch von Bändern in den Bändern durchführt Escherichia coli Es heißt sammeln. Es gibt andere homologe Proteine ​​in Prokaryoten wie Archaeas. In Eukaryoten wird das äquivalente Enzym rad51 genannt.

Sobald die invasive Band den Bewohner verdrängt, interagiert sie mit der Band, die im Spendermolekül einfach war. Beide Punkte werden durch Wirkung einer Ligase versiegelt.

Jetzt haben wir eine DNA von Hybridbändern (eine Spenderband und eine Empfangsband, mit verschiedenen Ursprüngen), die vom DNA -Spender- und DNA -Empfänger flankiert werden. Die Kreuzungspunkte (Quiasmas) bewegen sich in beide Richtungen mindestens 200 bp.

Jeder Kreuzvernichtspunkt bildet eine sogenannte Holliday -Struktur (Kreuzungs -DNA -Produkt eines Rekombinationsereignisses).

Diese kreuzförmige DNA muss durch andere Endonukleasen aufgelöst werden. Hybrid oder chimäre DNA dieser Struktur können auf zwei Arten aufgelöst werden. Wenn der zweite endonukleotische Schnitt in demselben Band auftritt, in dem das erste stattfand, wird keine Rekombination erzeugt. Wenn der zweite Schnitt im anderen Band auftritt, sind die resultierenden Produkte rekombinant.

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Nicht -homologe Rekombination

Schließlich gibt es Rekombinationsprozesse, die nicht von der Ähnlichkeit in der Abfolge der teilnehmenden Moleküle abhängen. In Eukaryoten ist es sehr wichtig, zum Beispiel die Rekombination nicht -homologen Enden.

Dies tritt bei DNA -Fragmenten auf, die in der DNA Doppelbandbrüche aufweisen. Diese werden von der Zelle "repariert" und verbinden andere Fragmente gleichermaßen mit Doppelbandbrüchen.

Diese Moleküle sollten jedoch nicht unbedingt der Teilnahme an diesem Rekombinationsprozess ähnlich sein. Das heißt, bei der Reparatur des Schadens kann die Zelle eine nicht verwandte DNA vereinen und so ein wirklich neues Molekül (rekombinant) erzeugen. 

Bedeutung der Rekombination

Bedeutung als Ursache: DNA -Replikation und Reparatur

Die Rekombination garantiert die Loyalität der DNA -Informationen während und nach dem Replikationsprozess. Die Rekombination erkennt DNA -Schäden beim Erstellen neuer Bänder in dieser extrem langen Makromolekül.

Da jede Band ihre eigenen Informationen und die ihrer Komplementärin hat, garantiert die Rekombination, dass keiner verloren geht. Jeder wirkt als Zeuge des anderen. In ähnlicher Weise ist ein homologen Chromosom in diploiden Organismen ein Zeuge seines Bruders und umgekehrt.

Andererseits werden die Mechanismen zur Reparatur der Schädigung dieses Moleküls variiert, sobald die DNA repliziert wurde. Einige sind direkt (es wirkt direkt auf die Verletzung) und andere sind indirekt.

Indirekte Reparaturmechanismen hängen von der Durchführung der Rekombination ab. Das heißt, um die Schäden in einem DNA -Molekül zu reparieren, wird ein weiteres homologe Molekül verwendet. Dies würde in reparativer Rekombination als Form wirken, der Schaden erlitten hat.

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Bedeutung als Folge: die Erzeugung genetischer Variabilität

Die Rekombination kann während der Meiose eine riesige chromosomale Variabilität schaffen. Die somatische Rekombination erzeugt auch Variabilität, wie bei Antikörpern bei Wirbeltieren.

In vielen Organismen ist Meiose Gamatic. In Organismen mit sexueller Fortpflanzung ist die Rekombination eine der stärksten Möglichkeiten, Variabilität zu erzeugen.

Das heißt, für die spontane Mutation und die Trennung von Chromosomen muss die Rekombination als ein weiteres Erzeugungselement der Gamatikvariabilität hinzugefügt werden.

Die Integration von bakteriophaphischen Genomen durch rekombinationsstellenspezifische Auflagen hingegen hat zum Umbau des Genoms seiner Wirtsbakterien beigetragen.

Dies hat zur Erzeugung genomischer Variabilität und Evolution dieser wichtigen Gruppe von Lebewesen beigetragen.

Rekombination und Gesundheit

Wir haben bereits gesehen, dass DNA repariert werden kann, aber nicht, was sie schädigt. Tatsächlich kann fast alles die DNA schädigen, beginnend mit einer defekten Replikation, die nicht korrigiert wird.

Aber darüber hinaus kann die DNA durch UV -Licht, ionisierende Strahlung, freier Sauerstoffradikal beschädigt werden.

Glücklicherweise dürfen wir nicht aufgeben, um das Leben zu schützen, um DNA zu schützen. Bestimmte Dinge müssen verzichtet werden, aber die große Arbeit wird von der Zelle selbst erledigt. Diese DNA -Schadenserkennungsmechanismen und ihre Reparatur haben offensichtlich eine genetische Grundlage und deren Mangel, enorme Folgen.

Zu den Krankheiten im Zusammenhang mit Defekten in der homologen Rekombination gehören beispielsweise Bloom- und Werner -Syndrome, Familienkrebs für Familien und Ovarialkrebs usw.

Verweise

1. Bell, j. C., Kowalczykowski, s. C. Befragung der DNA-Rekombination von Mechaniken und Einzelmolekülen. Jährliche Überprüfung der Biochemie.
2. Prado, f. Homologe Rekombination: Gabel und darüber hinaus. Gene.