Rekombinacja genetyczna [historia i autorzy]

Rekombinacja genetyczna – proces wymiany materiału genetycznego, w wyniku którego powstają nowe genotypy. Rekombinacja nie zwiększa puli genowej gatunku.

U organizmów wyższych rekombinacja zachodzi w wyniku niezależnej segregacji genów i crossing-over zachodzącego podczas profazy mejozy I, a także losowego łączenia się gamet. Dzięki temu potomstwo otrzymuje nową kombinację genów. Umożliwia też rozmnażającym się płciowo organizmom uniknięcie zapadki Mullera czyli zbytniego nagromadzenia się szkodliwych mutacji. U bakterii rekombinacja towarzyszy procesom transdukcji i transformacji.

Rekombinacja jest też metodą usuwania uszkodzeń nici DNA.

Spis treści

Typy Rekombinacji DNA

  • Rekombinacja homologiczna (uprawniona, uogólniona, crossing-over) - wymaga homologii rekombinujących sekwencji
  • Konwersja genów – podczas rekombinacji jeden z alleli jest przekształcany w drugi na skutek naprawy uszkodzeń DNA.
  • Rekombinacja umiejscowiona (specyficzna dla miejsca) – wymaga krótkich obszarów homologii.
  • Rekombinacja niehomologiczna (nieuprawniona, transpozycja) - zachodzi między niespokrewnionymi sekwencjami

Wyróżnia się 3 modele rekombinacji homologicznej:

  • model Robina Hollidaya (1964 r.)
  • model Meselsona-Raddinga (lub model Aviemore)
  • model przerywania obu nici (model Szostaka)

Rekombinacja według modelu Hollidaya

Model ten przedstawił w roku 1964 Robin Holliday.

Podczas usuwania uszkodzenia jednoniciowe DNA łączy się z białkiem RecA. Białko RecA atakuje homologiczną cząsteczkę powodując lokalne rozplecenie heliksu i wytworzenie heterodupleksu. Odpowiednie pojedyncze nici dwu homologicznych cząsteczek DNA są nacinane przez Endonukleazy, powstają wolne końce i następuje rekombinacja typu crossing-over. Powstaje figura krzyżowa Hollidaya, w której naprzeciw uszkodzenia jest nieuszkodzony odcinek, a luka w drugiej nici będzie połączona z nicią nieuszkodzoną. Jedna z nici krzyżuje się tworząc parę z komplementarną nicią homologicznego dupleksu. Następuje migracja rozgałęzienia w obu kierunkach (5' i 3'). Następuje rozdzielenie struktury Hollidaya i połączenie końców na dwa możliwe sposoby:

  • cięcie krzyżujących się nici prowadzi do wymiany pary homologicznych jedno niciowych segmentów i powstania dwóch heterodupleksów, które muszą zostać naprawione
  • cięcie nici, które się nie krzyżują, co prowadzi do wymiany końców oryginalnych cząsteczek i powstania wzajemnych rekombinantów.

Rekombinacja według modelu Meselsona-Raddinga (Aviemore)

Model ten został opracowany w roku 1973 w szkockiej miejscowości Aviemore przez Matthew Meselsona i Charlesa Raddinga.

Rekombinacja rozpoczyna się od nacięcia jednej nici jednego z homologów. Następnie synteza DNA z końca 3’ powoduje odsunięcie końca 5’ przerwanej nici, a odsunięty koniec 5’ dokonuje inwazji do nici homologicznej i odsuwa swój odpowiednik (utworzenie pętli D) który jest nukleolitycznie degradowany. Ligacja (połączenie) prowadzi do wytworzenia genetycznie niesymetrycznego połączenia Hollidaya (tylko jedna z podwójnych nici zawiera region heterodupleksowy). Jeśli dochodzi do migracji połączenia, to heterodupleksy powstaną na obu niciach. Rozdzielenie połączenia zachodzi jak w modelu Hollidaya (cięcie nici krzyżujących się lub nici niekrzyżujących) Odsunięcie jednej nici z dwuniciowego DNA podczas rekombinacji, nazywane jest pętlą D.

Rekombinacja według modelu Szostaka (model przerywania obu nici)

Rekombinację rozpoczyna dwuniciowe pęknięcie (DSB, z ang. double strand break) jednego z homologów. Następnie egzonukleaza 5’→3’ pozostawia na końcu 3’ wystające końce. Jeden z nich dokonuje inwazji do homologicznego dupleksu, odsuwa swój odpowiednik - powstaje pętla D. Do końców 3’ dołącza się polimeraza DNA i prowadzi syntezę DNA. Ligaza odtwarza dwuniciowe struktury i tworzą się połączenia Hollidaya. Rozdzielają się podobnie jak w modelu Hollidaya.

Białka biorące udział w rekombinacji u E. coli

  • RecA - promuje wymianę nici między cząsteczkami. Jest wymagane do zajścia wszystkich szlaków rekombinacji (rekombinacja chromosomów, plazmidów, naprawa rekombinacyjna)
  • RecBCD - rozwija DNA, przerw w DNA i degraduje obie nici do napotkania sekwencji Chi
  • RuvA - odpowiada za związanie połączenia
  • RuvB - odpowiada za migrację połączenia
  • RuvC - odpowiada za migrację połączenia
  • SSB
  • polimeraza I DNA
  • ligaza

Rekombinacja umiejscowiona

Ma miejsce:

  • integracja faga λ
  • przełączanie typu koniugacyjnego u drożdży
  • przełączanie faz (typu flageliny) u Salmonella typhimurium
  • tworzenie spor u Bacillus subtilis
  • różnicowanie heterocystu sinic Klebsiella i Anabaena
  • somatyczna rekombinacja pomiędzy fragmentami V(D)J genów immunoglobin w ssaczych komórkach odpornościowych.

Mechanizm:

  • rekombinacja pomiędzy odwróconymi powtórzeniami powoduje inwersję.
  • rekombinacja pomiędzy prostymi powtórzeniami prowadzi do delecji.

Pokaż ten artykuł na Wikipedia.pl

Tekst udostępniany na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Zobacz szczegółowe informacje o warunkach korzystania.
Zasady zachowania poufności. O Wikipedii. Korzystasz z Wikipedii tylko na własną odpowiedzialność. Materiał pochodzący z Wikipedii został zmodyfikowany poprzez ograniczenie liczby przypisów. Wikipedia® is a registered tradmark of the Wikimedia Foundation.

Kategorie dla tego artykułu