Các loại và cơ chế tái tổ hợp di truyền



các tái tổ hợp di truyền là quá trình các phân tử axit nucleic trao đổi các mảnh tạo ra một phân tử mới. Nó rất phổ biến trong DNA, nhưng RNA cũng là chất nền để tái hợp. Tái tổ hợp là, sau đột biến, là nguồn tạo ra sự biến đổi di truyền quan trọng nhất.

DNA tham gia vào các quá trình sinh hóa khác nhau. Trong quá trình sao chép, nó phục vụ như một khuôn mẫu để tạo ra hai phân tử DNA mới. Trong phiên mã, nó cho phép tạo ra các phân tử RNA từ các vùng cụ thể được điều khiển bởi một nhà quảng bá.

Nhưng ngoài việc này, DNA cũng có khả năng trao đổi các mảnh. Thông qua quá trình này tạo ra các kết hợp mới không phải là sản phẩm của hai quá trình trước đó, cũng không phải là sự thụ tinh.

Bất kỳ quá trình tái hợp nào cũng liên quan đến việc phá vỡ và liên kết các phân tử DNA liên quan đến quá trình. Cơ chế này thay đổi tùy theo chất nền tái tổ hợp, các enzyme tham gia vào quá trình và cơ chế thực hiện của nó.

Sự tái hợp nói chung phụ thuộc vào sự tồn tại của các vùng bổ sung, tương tự (nếu không giống hệt nhau) hoặc tương đồng giữa các phân tử tái tổ hợp. Trong trường hợp họ tái hợp các phân tử trong các quy trình không được hướng dẫn bởi tương đồng, người ta nói rằng sự tái hợp không tương đồng.

Nếu tương đồng liên quan đến một khu vực rất ngắn có mặt trong cả hai phân tử, người ta nói rằng sự tái hợp là đặc trưng cho trang web.

Chỉ số

  • 1 Định nghĩa
    • 1.1 Chiasm và liên kết chéo
  • 2 loại tái tổ hợp di truyền
    • 2.1-Tái hợp đặc thù của trang web
    • 2.2-Tái hợp tương đồng
    • 2.3 - Tái hợp không tương đồng
  • 3 Tầm quan trọng của tái hợp
    • 3.1 Tầm quan trọng như nguyên nhân: Sao chép và sửa chữa DNA
    • 3.2 Tầm quan trọng như một hệ quả: tạo ra sự biến đổi di truyền
    • 3.3 Tái hợp và sức khỏe
  • 4 tài liệu tham khảo

Định nghĩa

Cái mà chúng ta gọi là tương đồng trong tái hợp không nhất thiết phải ám chỉ nguồn gốc tiến hóa của các phân tử tham gia. Chúng ta đang nói nhiều hơn về mức độ tương tự trong trình tự nucleotide.

Tái tổ hợp không sửa chữa, ví dụ, xảy ra ở sinh vật nhân chuẩn trong quá trình phân bào. Không còn nghi ngờ gì nữa, không thể có sự tương đồng lớn hơn giữa các cặp nhiễm sắc thể trong cùng một tế bào.

Đó là lý do tại sao chúng được gọi là nhiễm sắc thể tương đồng. Tuy nhiên, có những trường hợp DNA của một tế bào trao đổi vật liệu với DNA ngoại lai. Những DNA này phải rất giống với tái tổ hợp, nhưng chúng không nhất thiết phải chia sẻ cùng một tổ tiên (tương đồng) để đạt được nó.

Chiasm và liên kết chéo

Vị trí hợp nhất và trao đổi giữa hai phân tử DNA được gọi là chiasm và quá trình này là liên kết chéo. Trong quá trình xen kẽ, một sự trao đổi các dải giữa các DNA tham gia được xác minh.

Điều này tạo ra một cointegrate, là hai phân tử DNA hợp nhất về mặt vật lý trong một. Khi cointegrate được "giải quyết", hai phân tử được tạo ra, thường thay đổi (tái tổ hợp).

"Giải quyết", trong bối cảnh tái hợp, là để tách các thành phần phân tử DNA của một hợp chất.

Các loại tái tổ hợp di truyền

-Tái hợp đặc trưng cho trang web

Trong tái hợp đặc trưng cho trang web, hai phân tử DNA, thường không tương đồng, có một chuỗi ngắn chung cho cả hai. Trình tự này được nhắm mục tiêu bởi một enzyme nối cụ thể.

Enzyme, có khả năng nhận ra trình tự này chứ không phải loại khác, cắt nó tại một vị trí cụ thể trong cả hai phân tử. Với sự giúp đỡ của một số yếu tố khác, nó trao đổi các dải DNA của hai phân tử tham gia và tạo thành một liên kết.

Escherichia coli và lambda

Đây là cơ sở của sự hình thành hợp chất giữa bộ gen của vi khuẩn Escherichia coli và của lambda vi khuẩn. Vi khuẩn là vi rút lây nhiễm vi khuẩn.

Sự hình thành của cointegrate này được thực hiện bởi một enzyme được mã hóa trong bộ gen của virus: cụm từ lambda. Điều này nhận ra một chuỗi phổ biến được gọi là attP trong bộ gen của virut và attB trong vi khuẩn.

Bằng cách cắt cả hai chuỗi trong cả hai phân tử, nó tạo ra các phân đoạn tự do, trao đổi các dải và hợp nhất hai bộ gen. Một vòng tròn lớn hơn được hình thành, hoặc hợp nhất.

Trong sự hợp nhất, bộ gen của virus được mang theo thụ động bởi bộ gen của vi khuẩn, mà nó nhân lên. Ở trạng thái này, người ta nói rằng vi-rút đang ở trạng thái provirus và vi khuẩn này có khả năng sinh sản giống nhau..

Quá trình nghịch đảo, nghĩa là độ phân giải hợp nhất, có thể mất nhiều thế hệ - hoặc thậm chí không xảy ra. Tuy nhiên, nếu nó được thực hiện, nó được trung gian enzyme bởi một protein khác được mã hóa bởi bộ gen của virus được gọi là excisionasa. Khi điều này xảy ra, virus sẽ tách ra khỏi cointegrate, kích hoạt lại và gây ra sự ly giải tế bào.

-Tái tổ hợp tương đồng

Tổng hợp tái hợp

Sự tái tổ hợp tương đồng được xác minh giữa các phân tử DNA có chung ít nhất 40 nucleotide tương tự hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn. Để thực hiện quá trình tái hợp, ít nhất một endonuclease phải tham gia.

Endonuclease là các enzyme tạo ra các vết cắt bên trong DNA. Một số làm điều đó để tiến hành làm suy giảm DNA. Những người khác, như trong trường hợp tái hợp, làm như vậy để tạo ra vết lõm trong DNA.

Nick duy nhất này cho phép bạn xử lý một dải DNA duy nhất với một kết thúc miễn phí. Kết thúc miễn phí này, được hướng dẫn bởi một recombinase, cho phép một băng đơn xâm chiếm một DNA kép bằng cách thay thế băng tần cư trú giống hệt với nó.

Đây là điểm giao thoa, giữa một phân tử DNA của người hiến tặng ("kẻ xâm lược") và một người nhận khác.

Enzym (recombinase) thực hiện quá trình xâm lấn và trao đổi các dải trong Escherichia coli nó được gọi là RecA. Có các protein tương đồng khác ở sinh vật nhân sơ, chẳng hạn như RadA trong vi khuẩn cổ. Ở sinh vật nhân chuẩn, enzyme tương đương được gọi là RAD51.

Một khi các băng đảng xâm lược thay thế cư dân, nó tương tác với ban nhạc vẫn đơn giản trong phân tử nhà tài trợ. Cả hai điểm được niêm phong bởi hành động của một ligase.

Bây giờ chúng ta có DNA từ các dải lai (một dải của người cho và một dải thụ thể, có nguồn gốc khác nhau) bên cạnh DNA của người cho và DNA của người nhận. Các điểm giao nhau (chiasmas) di chuyển theo cả hai hướng ít nhất 200 bp.

Mỗi điểm liên kết chéo tạo thành cấu trúc Holliday (DNA hình chữ thập do kết quả của sự kiện tái tổ hợp).

DNA hình chữ thập này phải được giải quyết bằng các endonuclease khác. DNA lai hoặc tinh tinh của cấu trúc này có thể được giải quyết theo hai cách. Nếu việc cắt endonucleotide thứ hai xảy ra trong cùng một dải trong đó lần đầu tiên xảy ra, sự tái hợp không được tạo ra. Nếu vết cắt thứ hai xảy ra ở dải khác, sản phẩm tạo ra được tái tổ hợp.

Tái hợp V (D) J

Đây là một loại tái tổ hợp soma (không phải meotic) góp phần tạo ra sự biến đổi to lớn của các kháng thể của hệ thống miễn dịch.

Sự tái tổ hợp này được xác minh trong các đoạn đặc biệt của các gen mã hóa cho chuỗi polypeptide xác định chúng. Nó được thực hiện bởi các tế bào B và liên quan đến các vùng di truyền khác nhau.

Thật thú vị, có những ký sinh trùng như Trypanosoma brucei sử dụng một cơ chế tái tổ hợp tương tự để tạo ra sự biến đổi trong kháng nguyên bề mặt. Bằng cách này, họ có thể trốn tránh phản ứng của vật chủ nếu không tạo được kháng thể có khả năng nhận ra kháng nguyên "mới"..

-Tái hợp không tương đồng

Cuối cùng, có các quá trình tái hợp không phụ thuộc vào độ tương tự trình tự của các phân tử tham gia. Ở sinh vật nhân chuẩn, nó rất quan trọng, ví dụ, sự tái hợp của các đầu không tương đồng.

Điều này xảy ra với các đoạn DNA có sự phá vỡ băng tần kép trong DNA. Chúng được "sửa chữa" bởi tế bào nối chúng với các mảnh khác bằng nhau với các đứt gãy băng kép.

Tuy nhiên, các phân tử này không nhất thiết phải giống nhau để tham gia vào quá trình tái hợp này. Đó là, bằng cách sửa chữa thiệt hại, tế bào có thể liên kết các DNA không liên quan, tạo ra một phân tử (tái tổ hợp) thực sự mới. 

Tầm quan trọng của tái hợp

Tầm quan trọng là nguyên nhân: sao chép và sửa chữa DNA

Tái hợp đảm bảo tính trung thực của thông tin DNA trong và sau quá trình sao chép. Tái hợp phát hiện tổn thương DNA trong quá trình tạo ra các dải mới trong đại phân tử cực kỳ dài này.

Vì mỗi ban nhạc có thông tin riêng và phần bổ sung của nó, tái hợp đảm bảo rằng không có gì bị mất. Mỗi người đóng vai trò là nhân chứng cho người kia. Tương tự, ở các sinh vật lưỡng bội, một nhiễm sắc thể tương đồng là nhân chứng cho anh em của nó và ngược lại.

Mặt khác, một khi DNA đã được sao chép, các cơ chế sửa chữa thiệt hại của phân tử này rất đa dạng. Một số là trực tiếp (hành động trực tiếp trên chấn thương) và một số khác là gián tiếp.

Cơ chế sửa chữa gián tiếp phụ thuộc vào tái hợp được thực hiện. Đó là, để sửa chữa thiệt hại trong một phân tử DNA, một phân tử tương đồng khác được sử dụng. Điều này sẽ hoạt động trong tái hợp sửa chữa như là một khuôn mẫu đã bị thiệt hại.

Tầm quan trọng như một hệ quả: tạo ra sự biến đổi di truyền

Sự tái tổ hợp có khả năng tạo ra sự biến đổi nhiễm sắc thể rất lớn trong quá trình phân bào. Tái tổ hợp soma cũng tạo ra sự thay đổi, như trong trường hợp kháng thể ở động vật có xương sống.

Trong nhiều sinh vật meiosis là gamética. Ở các sinh vật có khả năng sinh sản hữu tính, tái tổ hợp hóa ra là một trong những cách mạnh mẽ nhất để tạo ra sự biến đổi.

Điều đó có nghĩa là, đối với đột biến tự phát và sự phân chia nhiễm sắc thể, cần phải thêm sự tái tổ hợp như là một yếu tố tạo ra sự biến đổi gen khác.

Sự tích hợp các bộ gen của vi khuẩn bằng cách tái tổ hợp đặc trưng tại chỗ, mặt khác, đã góp phần vào việc tái tạo bộ gen của vi khuẩn chủ của chúng.

Điều này đã góp phần tạo ra sự biến đổi gen và sự tiến hóa của nhóm sinh vật quan trọng này.

Sự tái hợp và sức khỏe

Chúng tôi đã thấy rằng DNA có thể được sửa chữa, nhưng không làm hỏng nó. Trên thực tế, hầu hết mọi thứ đều có thể làm hỏng DNA, bắt đầu với một bản sao bị lỗi không được sửa chữa.

Nhưng ngoài ra, DNA có thể bị phá hủy bởi tia UV, bức xạ ion hóa, sản phẩm gốc oxy tự do của hô hấp tế bào và những gì chúng ta ăn, hút thuốc, thở, ăn hoặc chạm.

May mắn thay, bạn không phải từ bỏ cuộc sống để bảo vệ DNA. Người ta phải từ bỏ một số thứ, nhưng công việc lớn được thực hiện bởi chính tế bào. Những cơ chế phát hiện thiệt hại cho DNA và sửa chữa nó rõ ràng có cơ sở di truyền và sự thiếu hụt của nó, hậu quả to lớn.

Các bệnh liên quan đến khiếm khuyết trong tái hợp tương đồng bao gồm, ví dụ, hội chứng Bloom và Werner, ung thư gia đình của vú và buồng trứng, v.v..

Tài liệu tham khảo

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Sinh học phân tử của tế bào (Phiên bản thứ 6). W. W. Norton & Company, New York, NY, Hoa Kỳ.
  2. Bell, J.C., Kowalchotowski, S.C. (2016) Cơ học và thẩm vấn đơn phân tử của tái hợp DNA. Đánh giá hàng năm về Hóa sinh, 85: 193-226.
  3. Prado, F. () Tái hợp tương đồng: To Fork and Beyond. Gen, doi: 10.3390 / gen9120603
  4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Giới thiệu về phân tích di truyền (lần thứ 11). New York: W. H. Freeman, New York, NY, Hoa Kỳ.
  5. Tock, A.J., Henderson, I.R. (2018) Các điểm nóng để bắt đầu tái hợp Meiotic. Biên giới trong di truyền học, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
  6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) Một lời tiên tri trong Salmonella enterica: một động lực trong việc định hình lại bộ gen và sinh lý của vật chủ vi khuẩn của chúng? Vi sinh phân tử, doi: 10.1111 / mmi.14167.
  7. Wright, W. D., Shah, S., Heyer, W. D. (2018) Tái tổ hợp tương đồng và sửa chữa đứt gãy hai sợi DNA. Tạp chí Hóa học sinh học, 293: 10524-10535