recombinare genetică este procesul prin care moleculele de acid nucleic schimbă fragmente, generând o nouă moleculă. Este foarte frecvent în ADN, dar ARN-ul este și un substrat pentru recombinare. Recombinarea este, după mutație, cea mai importantă sursă de generare a variabilității genetice.
ADN-ul participă la diferite procese biochimice. În timpul replicării, servește drept șablon pentru generarea a două noi molecule de ADN. În transcriere, permite generarea de molecule de ARN din regiuni specifice controlate de un promotor.
Dar, în plus, ADN-ul este capabil să facă schimb de fragmente. Prin acest proces generează noi combinații care nu sunt produsul celor două procese anterioare și nici ale fertilizării..
Toate procesele de recombinare implică ruperea și îmbinarea moleculelor de ADN care participă la proces. Acest mecanism variază în funcție de substratul de recombinare, de enzimele care participă la proces și de mecanismul de execuție al acestuia..
Recombinarea depinde, în general, de existența unor regiuni complementare, similare (dacă nu identice) sau omoloage între moleculele de recombinare. În cazul în care moleculele se recombină în procese care nu sunt ghidate de omologie, se spune că recombinarea este neomologă.
Dacă omologia implică o regiune foarte scurtă prezentă în ambele molecule, se spune că recombinarea este specifică site-ului..
Indice articol
Ceea ce numim omologie în recombinare nu se referă neapărat la originea evolutivă a moleculelor participante. Vorbim mai mult despre gradul de asemănare în secvența nucleotidică.
Recombinarea non-reparativă, de exemplu, are loc în eucariote în timpul procesului de meioză. Fără îndoială, nu poate exista o omologie mai mare decât între perechile de cromozomi din aceeași celulă.
De aceea sunt numiți cromozomi omologi. Cu toate acestea, există cazuri în care ADN-ul unei celule schimbă materialul cu un ADN străin. Aceste ADN-uri trebuie să fie foarte asemănătoare cu recombinarea, dar nu trebuie neapărat să împărtășească același strămoș (omologie) pentru a-l realiza..
Locul de atașare și schimb între două molecule de ADN se numește chiasmă, iar procesul în sine se numește reticulare. În timpul încrucișării, se verifică un schimb de benzi între ADN-urile participante..
Aceasta generează o cointegrare, care sunt două molecule de ADN unite fizic într-una singură. La „rezolvarea” cointegrării, sunt generate două molecule, în general schimbate (recombinante).
A „rezolva”, în contextul recombinării, înseamnă a separa moleculele ADN componente ale unui cointegrat.
În recombinarea specifică site-ului, două molecule de ADN, în general neomoloage, au o scurtă secvență comună ambelor. Această secvență este ținta unei enzime specifice de îmbinare.
Enzima, capabilă să recunoască această secvență și nu alta, o taie la un anumit loc în ambele molecule. Cu ajutorul altor factori, schimbă benzile ADN ale celor două molecule participante și formează o cointegrare.
Aceasta este baza formării cointegratului între genomul bacteriei Escherichia coli și cea a bacteriofagului lambda. Un bacteriofag este un virus care infectează bacteriile.
Formarea acestui cointegrat este realizată de o enzimă codificată în genomul virusului: lambda integrază. Recunoaște o secvență comună numită attP în genomul circular al virusului și attB în cea a bacteriilor.
Prin tăierea ambelor secvențe în ambele molecule, generează segmente libere, schimbă benzile și unește cei doi genomi. Se formează apoi un cerc mai mare sau cointegrat.
În cointegrare, genomul virusului este transportat pasiv de genomul bacterian, cu care se replică. În această stare, se spune că virusul se află în starea de provirus și că bacteria este lizogenă pentru acesta..
Procesul invers, adică rezoluția cointegrării, poate dura multe generații - sau chiar să nu aibă loc. Cu toate acestea, acest lucru este mediat enzimatic de o altă proteină codificată de genomul virusului numit excisionază. Când se întâmplă acest lucru, virusul se separă de cointegrat, se reactivează și provoacă liza celulară..
Recombinarea omoloagă are loc între moleculele de ADN care împărtășesc cel puțin aproximativ 40 de nucleotide de asemănare completă sau aproape completă. Pentru a realiza procesul de recombinare, trebuie să participe cel puțin o endonuclează.
Endonucleazele sunt enzime care produc tăieturi interne în ADN. Unii o fac pentru a continua degradarea ADN-ului. Alții, ca în cazul recombinării, o fac pentru a genera o adâncitură în ADN.
Acest nick unic permite procesarea unui ADN cu o singură bandă cu un capăt liber. Acest capăt liber, orientat de o recombinază, permite unei singure benzi să invadeze un ADN dublu, deplasând banda rezidentă identică cu acesta..
Acesta este punctul de încrucișare, între o moleculă de ADN donator („invadator”) și un alt receptor..
Enzima (recombinază) care efectuează procesul de invazie și schimb de benzi în Escherichia coli se numește RecA. Există și alte proteine omoloage în procariote, cum ar fi RadA în archaea. În eucariote, enzima echivalentă se numește RAD51.
Odată ce banda invazivă îl deplasează pe rezident, ea interacționează cu banda care a rămas simplă în molecula donatorului. Ambele situri sunt sigilate prin acțiunea unei ligaze.
Acum avem un ADN de benzi hibride (o bandă donatoare și o bandă receptor, de diferite origini) flancate de ADN donator și ADN receptor. Punctele de încrucișare (chiasmata) se deplasează în ambele direcții cu cel puțin 200 pb.
Fiecare punct de încrucișare formează ceea ce este cunoscut sub numele de structură Holliday (produs ADN cruciform al unui eveniment de recombinare).
Acest ADN cruciform trebuie rezolvat prin alte endonucleaze. ADN-ul himeric sau hibrid al acestei structuri poate fi rezolvat în două moduri. Dacă a doua tăiere endonucleotidică are loc în aceeași bandă ca prima, nu are loc nici o recombinare. Dacă a doua tăietură are loc în cealaltă bandă, produsele rezultate sunt recombinate.
Acesta este un tip de recombinare somatică (nu meiotică) care contribuie la generarea variabilității enorme a anticorpilor sistemului imunitar.
Această recombinare are loc în special fragmente de gene care codifică lanțurile polipeptidice care le definesc. Este realizat de celulele B și implică diferite regiuni genetice.
Interesant este că există paraziți precum Trypanosoma brucei care utilizează un mecanism similar de recombinare pentru a crea variabilitate într-un antigen de suprafață. În acest fel, ei pot sustrage răspunsul gazdei dacă gazda nu reușește să genereze anticorpul capabil să recunoască „noul” antigen..
În cele din urmă, există procese de recombinare care nu depind de similitudinea în secvența moleculelor participante. În eucariote, de exemplu, recombinarea capetelor neomoloage este foarte importantă.
Acest lucru se întâmplă cu fragmente de ADN care prezintă rupturi de bandă dublă în ADN. Acestea sunt „reparate” prin celula care le unește cu alte fragmente, de asemenea, cu pauze de bandă dublă.
Cu toate acestea, aceste molecule nu trebuie neapărat să fie similare pentru a participa la acest proces de recombinare. Adică, reparând daunele, celula se poate alătura ADN-urilor fără legătură, creând astfel o moleculă cu adevărat nouă (recombinantă).
Recombinarea asigură fidelitatea informațiilor ADN în timpul și după procesul de replicare. Recombinarea detectează deteriorarea ADN-ului în timpul noului proces de bandare în această macromoleculă extrem de lungă.
Deoarece fiecare trupă are informațiile sale și cele complementare, recombinarea garantează că nu se pierde niciuna. Fiecare acționează ca martor al celuilalt. În mod similar, în organismele diploide, un cromozom omolog este martor la fratele său și invers.
Pe de altă parte, odată ce ADN-ul a fost reprodus, mecanismele de reparare a deteriorării acestei molecule sunt variate. Unele sunt directe (leziunea este acționată direct), iar altele sunt indirecte.
Mecanismele de reparare indirectă depind de recombinarea care va avea loc. Adică, pentru a repara deteriorarea unei molecule de ADN, se folosește o altă moleculă omologă. Aceasta ar acționa în recombinarea reparatorie ca un șablon din care a suferit daune..
Recombinarea este capabilă să creeze o variabilitate cromozomială enormă în timpul meiozei. Recombinarea somatică generează, de asemenea, variabilitate, ca în cazul anticorpilor la vertebrate.
În multe organisme meioza este gametică. În organismele reproduse sexual, recombinarea este una dintre cele mai puternice modalități de a genera variabilitate.
Adică, mutației spontane și segregării cromozomiale, recombinarea trebuie adăugată ca un alt element care generează variabilitate gametică..
Integrarea genomilor bacteriofagilor prin recombinare specifică site-ului, pe de altă parte, a contribuit la remodelarea genomului bacteriilor lor gazdă..
Acest lucru a contribuit la generarea variabilității genomice și a evoluției acestui important grup de ființe vii..
Am văzut deja că ADN-ul poate fi reparat, dar nu ceea ce îl deteriorează. În realitate, aproape orice poate deteriora ADN-ul, începând cu o replicare defectuoasă care rămâne necorectată..
Dar dincolo de aceasta, ADN-ul poate fi deteriorat de lumina UV, radiațiile ionizante, radicalii liberi de oxigen din respirația celulară și ceea ce mâncăm, fumăm, respirăm, ingerăm sau atingem..
Din fericire, nu trebuie să renunți la viață pentru a proteja ADN-ul. Anumite lucruri trebuie renunțate, dar marea muncă este făcută chiar de celulă. Aceste mecanisme de detectare a deteriorării ADN-ului și repararea acestuia au, evident, o bază genetică, iar deficiența lor, consecințe enorme.
Bolile legate de defecte ale recombinării omoloage includ, de exemplu, sindroamele Bloom și Werner, cancerul familial de sân și ovarian etc..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.