Ricombinazione genetica

Ricombinazione genetica. Fonte: Curran919, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Cos'è la ricombinazione genetica?

IL Ricombinazione genetica È il processo attraverso il quale le molecole di acido nucleico scambiano frammenti, generando una nuova molecola. È molto comune nel DNA, ma l'RNA può anche ricombinare. La ricombinazione è, dopo la mutazione, la fonte più importante di variabilità genetica.

Il DNA partecipa a diversi processi biochimici. Durante la replica, funge da stampo per la generazione di due nuove molecole di DNA. In trascrizione, consente di generare molecole di RNA da regioni specifiche controllate da un promotore.

Ma oltre a ciò, il DNA è anche in grado di scambiare frammenti. Attraverso questo processo genera nuove combinazioni che non sono il prodotto dei due processi precedenti o fecondazione.

Qualsiasi processo di ricombinazione comporta rottura e unione di molecole di DNA che partecipano al processo. Questo meccanismo varia a seconda del substrato di ricombinazione, degli enzimi che partecipano al processo e al meccanismo della sua esecuzione.

La ricombinazione dipende generalmente dall'esistenza di regioni complementari, simili (se non identiche) o omologa tra le molecole che si ricombinano. Nel caso in cui le molecole si ricombino nei processi non guidati dall'omologia, si dice che la ricombinazione non sia omologa.

Se l'omologia coinvolge una regione molto breve presente in entrambe le molecole, si dice che la ricombinazione sia specifica del sito.

Tipi di ricombinazione genetica

Ricombinazione specifica del sito

Nel sito di ricombinazione specifiche del sito, due molecole di DNA, generalmente non omologhe, hanno una breve sequenza comune ad entrambi. Questa sequenza è il bersaglio di un enzima di taglio e giunzione specifici.

L'enzima, in grado di riconoscere questa sequenza e non un altro, la taglia in un luogo particolare in entrambe le molecole. Con l'aiuto di alcuni altri fattori, scambia le bande di DNA delle due molecole partecipanti e forma un Couintegrado.

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Ricombinazione omologa

La ricombinazione omologa viene verificata tra molecole di DNA che condividono almeno circa 40 nucleotidi di somiglianza completa o quasi completa. Per eseguire il processo di ricombinazione, almeno un'endonucleasi deve partecipare.

Le endonuclea sono enzimi che generano tagli interni nel DNA. Alcuni lo fanno per procedere a degradare il DNA. Altri, come nel caso della ricombinazione, lo fanno per generare un'ammaccatura nel DNA.

Questa ammaccatura unica consente di elaborare un semplice DNA a banda con un'estremità libera. Questa estremità libera, orientata da una ricombinasi, consente a una semplice banda di invadere un doppio DNA che sposta la banda residente identica ad esso.

Questo è il punto di crosslink, o attraversamento, tra una molecola di DNA del donatore ("invasore") e un altro ricevitore.

L'enzima (ricombinasi) che svolge il processo di invasione e scambio di bande in Escherichia coli Si chiama collezionamento. Ci sono altre proteine ​​omologhe nei procarioti, come Archaeas. Negli eucarioti, l'enzima equivalente è chiamato RAD51.

Una volta che la banda invasiva sposta il residente, interagisce con la banda che era semplice nella molecola del donatore. Entrambi i punti sono sigillati dall'azione di una ligasi.

Ora abbiamo un DNA di bande ibride (una banda di donatori e una banda di ricezione, di origini diverse) affiancata dal donatore di DNA e dal ricevitore del DNA. I punti di sincronizzazione incrociati (QUIASMA) si muovono in entrambe le direzioni di almeno 200 bp.

Ogni punto trasversale forma ciò che è noto come la struttura di Holliday (prodotto DNA cruciforme di un evento di ricombinazione).

Questo DNA cruciforme deve essere risolto da altre endonucleasi. Il DNA ibrido o chimerico di questa struttura può essere risolto in due modi. Se il secondo taglio endonucleotidale avviene nella stessa banda in cui si è verificata la prima, la ricombinazione non viene generata. Se il secondo taglio si verifica nell'altra banda, i prodotti risultanti sono ricombinanti.

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Ricombinazione non omologa

Infine, ci sono processi di ricombinazione che non dipendono dalla somiglianza nella sequenza delle molecole partecipanti. Negli eucarioti è molto importante, ad esempio, la ricombinazione di fini non omologhi.

Ciò si verifica con frammenti di DNA che hanno una doppia banda nel DNA. Questi sono "riparati" dalla cella, unendo altri frammenti equamente con le due pause a banda.

Tuttavia, queste molecole non dovrebbero necessariamente essere simili a partecipare a questo processo di ricombinazione. Cioè, quando si ripara il danno, la cellula può unire il DNA non correlato, creando così una molecola davvero nuova (ricombinante). 

Importanza della ricombinazione

Importanza come causa: replicazione e riparazione del DNA

La ricombinazione garantisce la lealtà delle informazioni sul DNA durante e dopo il processo di replica. La ricombinazione rileva il danno al DNA durante il processo di creazione di nuove bande in questa macromolecola estremamente lunga.

Poiché ogni band ha le sue informazioni e quella del suo complementare, la ricombinazione garantisce che nessuno si perde. Ciascuno funge da testimone dell'altro. Allo stesso modo, negli organismi diploidi, un cromosoma omologa è testimone di suo fratello e viceversa.

D'altra parte, una volta che il DNA è stato replicato, i meccanismi per la riparazione del danno di questa molecola sono vari. Alcuni sono diretti (agiscono direttamente sulla lesione) e altri sono indiretti.

I meccanismi di riparazione indiretta dipendono dalla ricombinazione da eseguire. Cioè, per riparare il danno in una molecola di DNA, viene utilizzata un'altra molecola omologa. Ciò agirebbe nella ricombinazione riparativa come uno stampo che ha subito un danno.

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Importanza di conseguenza: la generazione di variabilità genetica

La ricombinazione è in grado di creare un'enorme variabilità cromosomica durante la meiosi. La ricombinazione somatica genera anche variabilità, come nel caso degli anticorpi nei vertebrati.

In molti organismi, la meiosi è gamatica. Negli organismi con riproduzione sessuale, la ricombinazione finisce per essere uno dei modi più potenti per generare variabilità.

Cioè, alla mutazione spontanea e alla segregazione dei cromosomi, la ricombinazione deve essere aggiunta come un altro elemento di generazione di variabilità gamatica.

L'integrazione dei genomi batteriofici mediante il sito di ricombinazione specifico, d'altra parte, ha contribuito al rimodellamento del genoma dei suoi batteri ospiti.

Ciò ha contribuito alla generazione di variabilità genomica ed evoluzione, di questo importante gruppo di esseri viventi.

Ricombinazione e salute

Abbiamo già visto che il DNA può essere riparato, ma non ciò che lo danneggia. In realtà, quasi tutto può danneggiare il DNA, iniziando con una replicazione difettosa che non viene corretta.

Ma oltre a ciò, il DNA può essere danneggiato dalla luce UV, radiazioni ionizzanti, radicale di ossigeno libero.

Fortunatamente, non dobbiamo rinunciare a vivere per proteggere il DNA. Alcune cose devono essere rinunciate, ma il grande lavoro viene svolto dalla cella stessa. Questi meccanismi di rilevamento del danno al DNA e la loro riparazione hanno ovviamente una base genetica e la loro carenza, enormi conseguenze.

Le malattie relative ai difetti nella ricombinazione omologa includono, ad esempio, sindromi Bloom e Werner, cancro alla famiglia familiare e ovarica, ecc.

Riferimenti

1. Bell, J. C., Kowalczykowski, s. C. Meccanica e interrogazione a sola molecola di ricombinazione del DNA. Revisione annuale della biochimica.
2. Prado, f. Ricombinazione omologa: fork e oltre. Geni.