GENETIC RECOMBINATION: MGA URI AT MEKANISMO - BIOLOGY - 2026

Ang genetic recombination ay ang proseso kung saan ipinapalitan ang mga molekula ng mga fragment ng nucleic acid na bumubuo ng isang bagong molekula. Ito ay napaka-pangkaraniwan sa DNA, ngunit ang RNA ay isang substrate para sa recombination. Ang Recombination ay, pagkatapos ng mutation, ang pinakamahalagang mapagkukunan ng pagbuo ng genetic variable.

Ang DNA ay nakikilahok sa iba't ibang mga proseso ng biochemical. Sa panahon ng pagtitiklop, nagsisilbi itong isang template para sa henerasyon ng dalawang bagong mga molekula ng DNA. Sa transkripsyon, ginagawang posible upang makabuo ng mga molekula ng RNA mula sa mga tukoy na rehiyon na kinokontrol ng isang promoter.

Ang mga pangkalahatang hakbang ng recombination ng DNA. Juergen Bode, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ngunit bilang karagdagan sa ito, ang DNA ay may kakayahang magpalitan din ng mga fragment. Sa pamamagitan ng prosesong ito bumubuo ng mga bagong kumbinasyon na hindi produkto ng dalawang nakaraang mga proseso, o ng pagpapabunga.

Ang lahat ng proseso ng recombination ay nagsasangkot ng pagsira at pagsali sa mga molekulang DNA na lumahok sa proseso. Ang mekanismong ito ay nag-iiba depende sa recombination substrate, ang mga enzymes na lumahok sa proseso, at ang mekanismo ng pagpapatupad nito.

Ang pagbabalik-tanaw sa pangkalahatan ay nakasalalay sa pagkakaroon ng pantulong, katulad (kung hindi magkatulad), o mga homologous na rehiyon sa pagitan ng mga recombining molekula. Sa kaso na ang mga molekula ay muling pagsasaalang-alang sa mga proseso na hindi ginagabayan ng homology, ang recombination ay sinasabing hindi homologous.

Kung ang homology ay nagsasangkot ng isang napaka-maikling rehiyon na naroroon sa parehong mga molekula, ang recombination ay sinasabing tiyak na site.

Kahulugan

Ang tinatawag nating homology sa recombination ay hindi kinakailangang sumangguni sa evolutionary na pinagmulan ng mga kalahok na molekula. Sa halip, pinag-uusapan natin ang antas ng pagkakapareho sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide.

Ang non-reparative recombination, halimbawa, ay nangyayari sa mga eukaryotes sa panahon ng proseso ng meiosis. Walang alinlangan, walang maaaring mas malaking homology kaysa sa pagitan ng mga pares ng mga kromosom sa parehong cell.

Iyon ang dahilan kung bakit tinawag silang chromosom na homologous. Gayunpaman, mayroong mga kaso kung saan ang DNA ng isang cell palitan ng materyal na may isang dayuhang DNA. Ang mga DNA na ito ay dapat na katulad ng recombine, ngunit hindi nila kinakailangang ibahagi ang parehong ninuno (homology) upang makamit ito.

Chiasm at crossover

Ang site ng attachment at pagpapalitan sa pagitan ng dalawang mga molekula ng DNA ay tinatawag na isang chiasm, at ang proseso mismo ay tinatawag na crosslinking. Sa panahon ng crossover isang band exchange sa pagitan ng mga kalahok na mga DNA ay napatunayan.

Bumubuo ito ng isang magkakaugnay, na kung saan ay dalawang mga molekula ng DNA na pisikal na nagkakaisa sa isa. Kapag ang cointegrate na "resolves", dalawang molekula ang nabuo, karaniwang binago (recombinant).

Upang "lutasin", sa konteksto ng recombination, ay upang paghiwalayin ang sangkap na mga molekula ng DNA ng isang cointegrate.

Mga uri ng genetic recombination

-Site-tiyak na pagsasaalang-alang

Sa recombination na tukoy sa site, dalawang molekula ng DNA, sa pangkalahatan ay hindi homologous, ay may isang maikling pagkakasunud-sunod na kapareho sa pareho. Ang pagkakasunud-sunod na ito ay ang target ng isang tiyak na splicing enzyme.

Ang enzyme, na may kakayahang kilalanin ang pagkakasunud-sunod na ito at hindi isa pa, ay pinuputol ito sa isang partikular na site sa parehong mga molekula. Sa tulong ng ilang iba pang mga kadahilanan, ipinapalit nito ang mga banda ng DNA ng dalawang kalahok na molekula at bumubuo ng isang cointegrate.

Escherichia coli

Ito ang batayan para sa pagbuo ng cointegrate sa pagitan ng genome ng bacterium Escherichia coli at ng bacteriophage lambda. Ang isang bacteriophage ay isang virus na nakakaapekto sa bakterya.

Ang pagbuo ng cointegrate na ito ay isinasagawa ng isang enzyme na naka-encode sa genome ng virus: lambda integrase. Kinikilala nito ang isang karaniwang pagkakasunud-sunod na tinatawag na attP sa pabilog na genome ng virus, at attB sa na ng bakterya.

Sa pamamagitan ng pagputol ng parehong mga pagkakasunud-sunod sa parehong mga molekula, bumubuo ito ng mga libreng segment, pinagpapalit ang mga banda, at sumali sa dalawang genom. Ang isang mas malaki, o cointegrated na bilog ay pagkatapos ay nabuo.

Sa cointegration, ang genome ng virus ay pasibo na dala ng bacterial genome, na kung saan ay tumutulad ito. Sa estado na ito sinasabing ang virus ay nasa estado ng provirus, at ang bakterya ay lysogenic para dito.

Ang baligtad na proseso, iyon ay, ang paglutas ng cointegrate, ay maaaring tumagal ng maraming henerasyon - o kahit na hindi nangyari. Gayunpaman, ang paggawa nito ay ang enzymatically mediated ng isa pang protina na naka-encode ng genome ng virus na tinatawag na excisionase. Kapag nangyari ito, ang virus ay naghihiwalay mula sa cointegrate, nag-reaktibo at nagiging sanhi ng cell lysis.

-Homologous recombination

Pangkalahatang rekombinasyon

Ang pag-recombinasyon ng homologous ay nangyayari sa pagitan ng mga molekula ng DNA na nagbabahagi ng hindi bababa sa 40 mga nucleotides ng kumpleto o halos kumpletong pagkakapareho. Upang maisagawa ang proseso ng rekombinasyon, hindi bababa sa isang endonuclease ay dapat na kasangkot.

Ang mga endonucleases ay mga enzyme na gumagawa ng panloob na pagbawas sa DNA. Ginagawa ito ng ilan upang magpatuloy upang pababain ang DNA. Ang iba, tulad ng sa kaso ng recombination, gawin ito upang makabuo ng isang ngipin sa DNA.

Ang natatanging nick na ito ay nagbibigay-daan sa pagproseso ng isang solong band ng DNA na may isang libreng pagtatapos. Ang libreng pagtatapos na ito, na nakatuon ng isang recombinase, ay nagbibigay-daan sa isang solong banda na salakayin ang isang dobleng DNA, inilipat ang resident band na magkapareho dito.

Ito ang crossing-over point sa pagitan ng isang donor ("invader") na molekula ng DNA at isa pang receptor.

Ang enzyme (recombinase) na nagsasagawa ng pagsalakay at proseso ng palitan ng banda sa Escherichia coli ay tinatawag na RecA. Mayroong iba pang mga homologous protein sa prokaryotes, tulad ng RadA sa archaea. Sa eukaryotes ang katumbas na enzyme ay tinatawag na RAD51.

Kapag ang nagsasalakay na banda ay inilipat ang residente, nakikipag-ugnay ito sa banda na naiwan ng simple sa molekula ng donor. Ang parehong mga site ay selyadong sa pamamagitan ng pagkilos ng isang ligase.

Mayroon na kaming hybrid band na DNA (isang donor band at isang tatanggap na banda, mula sa iba't ibang mga pinagmulan) na sinakyan ng donor DNA at tatanggap na DNA. Ang mga puntos ng crossover (chiasmata) ay lumipat sa parehong direksyon ng hindi bababa sa 200 bp.

Ang bawat punto ng crossover ay bumubuo ng kung ano ang kilala bilang ang istraktura ng Holliday (produkto ng cruciform na DNA ng isang muling pagsasaalang-alang na kaganapan).

Ang cruciform DNA na ito ay dapat malutas ng iba pang mga endonucleases. Ang chimeric o hybrid na DNA ng istraktura na ito ay maaaring malutas sa dalawang paraan. Kung ang pangalawang cut ng endonucleotide ay nangyayari sa parehong banda tulad ng una, walang nagaganap na pagsasaalang-alang. Kung ang pangalawang hiwa ay nangyayari sa iba pang banda, ang mga nagreresultang produkto ay muling pagsasaayos.

Recombinant DNA sa istruktura ng Holliday. es.m.wikipedia.org/wiki/File:Mao-4armjunction-schematic.png.

Recombination V (D) J

Ito ay isang uri ng somatic recombination (hindi meiotic) na nag-aambag sa henerasyon sa napakalaking pagkakaiba-iba ng mga antibodies ng immune system.

Ang pagsasaalang-alang na ito ay naganap sa partikular na mga fragment ng mga gen na code para sa mga kadena ng polypeptide na tumutukoy sa kanila. Ito ay isinasagawa ng mga selulang B at nagsasangkot ng iba't ibang mga genetic na rehiyon.

Kapansin-pansin, mayroong mga parasito tulad ng Trypanosoma brucei na gumagamit ng isang katulad na mekanismo ng recombination upang lumikha ng pagkakaiba-iba sa isang antigen sa ibabaw. Sa ganitong paraan, maiiwasan nila ang tugon ng host kung hindi nabigo ang host na makabuo ng antibody na may kakayahang kilalanin ang "bagong" antigen.

Pagkakaiba-iba ng mga antibodies na nilikha ng recombination. es.m.wikipedia.org/wiki/File:Cambio_clase_recombinacion.PNG

-Non homologous recombination

Sa wakas, may mga proseso ng pagbabalik na hindi nakasalalay sa pagkakapareho sa pagkakasunud-sunod ng mga kalahok na molekula. Sa mga eukaryotes, halimbawa, ang pagsasaalang-alang ng mga di-homologous na dulo ay napakahalaga.

Nangyayari ito sa mga fragment ng DNA na nagpapakita ng dobleng band break sa DNA. Ang mga ito ay "ayusin" ng cell na sumali sa kanila sa iba pang mga fragment din na may mga double band break.

Gayunpaman, ang mga molekulang ito ay hindi kinakailangang magkapareho upang makilahok sa prosesong recombination na ito. Iyon ay, sa pamamagitan ng pag-aayos ng pinsala, ang cell ay maaaring sumali sa walang kaugnayan na mga DNA, sa gayon ay lumilikha ng isang talagang bagong (recombinant) na molekula.

Kahalagahan ng muling pagsasaalang-alang

Kahalagahan bilang isang sanhi: pagtitiklop at pagkumpuni ng DNA

Tinitiyak ng Recombination ang katapatan ng impormasyon ng DNA habang at pagkatapos ng proseso ng pagtitiklop. Nakita ng Recombination ang pagkasira ng DNA sa panahon ng bagong proseso ng banding sa sobrang haba ng macromolecule.

Tulad ng bawat banda ay may sariling impormasyon, at sa komplimentaryong ito, ginagarantiyahan ang pag-recombinasyon na walang nawala. Ang bawat isa ay nagsisilbing isang saksi sa kapwa. Katulad nito, sa mga diploid na organismo, isang homologous chromosome ang nakasaksi sa kapatid nito, at kabaliktaran.

Sa kabilang banda, kapag ang DNA ay nai-replicated, ang mga mekanismo sa pagkumpuni ng pinsala ng molekula na ito ay iba-iba. Ang ilan ay direkta (ang pinsala ay kumilos nang direkta) at ang iba ay hindi direkta.

Ang mga hindi direktang pag-aayos ng mga mekanismo ay nakasalalay sa rekombinasyon na magaganap. Iyon ay, upang ayusin ang pinsala sa isang molekula ng DNA, ginagamit ang isa pang molekulang molekula. Ito ay kumikilos sa reparative recombination bilang isang template na kung saan nakaranas ito ng pinsala.

Kahalagahan bilang isang kinahinatnan: ang henerasyon ng pagkakaiba-iba ng genetic

Ang Recombination ay may kakayahang lumikha ng napakalaking pagkakaiba-iba ng kromosoma sa panahon ng meiosis. Ang medyo recombination ay nagdudulot din ng pagkakaiba-iba, tulad ng sa kaso ng mga antibodies sa vertebrates.

Sa maraming mga organismo ang meiosis ay gametic. Sa sekswal na pagpaparami ng mga organismo, ang recombination ay lumiliko na isa sa mga pinakamalakas na paraan upang makabuo ng pagkakaiba-iba.

Ibig sabihin, upang kusang mutation at chromosome segregation, ang pagsasaalang-alang ay dapat idagdag bilang isa pang elemento na bumubuo ng pagkakaiba-iba ng gametic.

Ang pagsasama ng mga bacteriophage genomes sa pamamagitan ng muling pagtatalaga ng site, sa kabilang banda, ay nag-ambag sa pag-remodeling ng genome ng kanilang mga bakterya sa host.

Nag-ambag ito sa henerasyon ng genomic variable, at evolution, ng mahalagang pangkat na ito ng mga nabubuhay na nilalang.

Recombination at kalusugan

Nakita na natin na ang DNA ay maaaring ayusin, ngunit hindi kung ano ang pinsala dito. Sa katotohanan, halos anumang bagay ay maaaring makapinsala sa DNA, na nagsisimula sa mga may kamalian na pagtitiklop na napapansin.

Ngunit sa kabila nito, ang DNA ay maaaring masira ng UV light, ionizing radiation, libreng oxygen radical mula sa cellular respiration, at kung ano ang kinakain natin, usok, huminga, ingest, o hawakan.

Sa kabutihang palad, hindi mo kailangang ihinto ang pamumuhay upang maprotektahan ang DNA. Ang ilang mga bagay ay dapat ibigay, ngunit ang malaking gawain ay ginagawa ng cell mismo. Ang mga mekanismong ito para sa pag-detect ng pinsala sa DNA, at ang pag-aayos nito, malinaw na mayroong isang genetic na batayan, at ang kanilang kakulangan, napakalaking kahihinatnan.

Kasama sa mga sakit na may kaugnayan sa mga depekto sa homologous recombination, halimbawa, mga sindrom ng Bloom at Werner, familial breast at ovarian cancer, atbp.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology ng Cell (Ika-6 Edisyon). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Bell, JC, Kowalczykowski, SC (2016) Mekanismo at interogasyon ng solong-molekula ng recombinasyon ng DNA. Taunang Pagrepaso ng Biochemistry, 85: 193-226.
3. Prado, F. () Homologous Recombination: To Fork and Beyond. Mga Gen, doi: 10.3390 / genes9120603
4. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Isang Panimula sa Genetic Analysis (ika-11 ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
5. Tock, AJ, Henderson, IR (2018) Mga Hotspots para sa pagsisimula ng Meiotic Recombination. Mga Frontier sa Genetics, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) Isang Prophages sa Salmonella enterica: isang puwersa sa pagmamaneho sa muling pagsasama ng genome at pisyolohiya ng kanilang bakterya host? Molekular Mikrobiolohiya, doi: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright, WD, Shah, SS, Heyer, WD (2018) Homologous recombination at ang pagkumpuni ng mga double-strand break ng DNA. Journal ng Biological Chemistry, 293: 10524-10535