ฟังก์ชั่นการรวมตัวกันเหมือนกันกลไกและการใช้งาน

รวมตัวกันเหมือนกัน มันเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโมเลกุลดีเอ็นเอระหว่างส่วนที่คล้ายหรือเหมือนกันของจีโนม เซลล์ใช้การรวมตัวกันใหม่ที่คล้ายคลึงกันเป็นหลักสำหรับการซ่อมแซมรอยแตกในสารพันธุกรรมทำให้เกิดความแปรปรวนทางพันธุกรรมในประชากร.

โดยทั่วไปแล้วการรวมตัวกันใหม่ของการรวมตัวกันหมายถึงการจับคู่ทางกายภาพระหว่างโซนที่คล้ายคลึงกันของสารพันธุกรรมตามด้วยการทำลายของโซ่ที่จะได้รับการแลกเปลี่ยนและในที่สุดการรวมกันของโมเลกุลดีเอ็นเอใหม่รวมกัน.

การแตกหักของ DNA จะต้องได้รับการซ่อมแซมอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากที่สุด เมื่อไม่ได้รับการซ่อมแซมความเสียหายผลที่ตามมาอาจร้ายแรงและถึงขั้นเสียชีวิต ในแบคทีเรียหน้าที่หลักของการรวมตัวกันที่เหมือนกันคือการซ่อมแซมตัวแบ่งเหล่านี้ในสารพันธุกรรม.

การรวมตัวกันใหม่ของ homologous ถือเป็นหนึ่งในกลไกหลักที่ช่วยให้เสถียรภาพของจีโนม มันมีอยู่ในทุกโดเมนของชีวิตและแม้กระทั่งในไวรัสดังนั้นจึงน่าจะเป็นกลไกสำคัญที่ปรากฏขึ้นเร็วมากในวิวัฒนาการของชีวิต.

ดัชนี

• 1 มุมมองทางประวัติศาสตร์
• 2 การรวมตัวกันอีกครั้งที่เหมือนกันคืออะไร?
• 3 ฟังก์ชั่นและผลที่ตามมาของการรวมตัวกันเหมือนกัน
  • 3.1 ในแบคทีเรีย
• 4 กลไก
  • 4.1 Synapses
  • 4.2 การฝึกอบรมของ D ลูป
  • 4.3 การก่อตัวของสหภาพฮอลิเดย์
  • 4.4 โปรตีนที่เกี่ยวข้อง
• 5 ความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการรวมตัวกันอีกครั้ง
• 6 การประยุกต์ใช้การรวมตัวกันอีกครั้ง
• 7 การรวมตัวกันในรูปแบบอื่น ๆ
• 8 อ้างอิง

มุมมองทางประวัติศาสตร์

หนึ่งในหลักการที่เกี่ยวข้องที่สุดที่เสนอโดย Gregor Mendel คือความเป็นอิสระในการแยกตัวละคร ตามกฎหมายนี้ยีนต่าง ๆ ถ่ายทอดจากผู้ปกครองไปสู่ลูกอย่างอิสระ.

อย่างไรก็ตามในปี 1900 การดำรงอยู่ของข้อยกเว้นที่มีการทำเครื่องหมายไว้อย่างชัดเจนในหลักการนี้เห็นได้ชัด นักพันธุศาสตร์ชาวอังกฤษ Bateson และ Punnett แสดงให้เห็นว่าหลายครั้งที่ตัวละครบางตัวได้รับการสืบทอดร่วมกันและสำหรับคุณสมบัติเหล่านี้หลักการที่ enunciated โดย Mendel ไม่มีความถูกต้อง.

การสืบสวนในภายหลังประสบความสำเร็จในการอธิบายการมีอยู่ของกระบวนการรวมตัวกันใหม่ซึ่งเซลล์สามารถแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมได้ ในกรณีที่ยีนที่สืบทอดมารวมกัน DNA ไม่ได้ถูกแลกเปลี่ยนเนื่องจากความใกล้ชิดทางกายภาพระหว่างยีน.

การรวมตัวกันอีกครั้งที่เหมือนกันคืออะไร?

การรวมตัวกันอีกครั้งเหมือนกันเป็นปรากฏการณ์เซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนทางกายภาพของลำดับดีเอ็นเอระหว่างสองโครโมโซม การรวมตัวใหม่ประกอบด้วยชุดของยีนที่รู้จักกันในชื่อของยีน REC. รหัสเหล่านี้สำหรับเอนไซม์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ.

โมเลกุลดีเอ็นเอถือเป็น "คล้ายคลึงกัน" เมื่อพวกเขาแบ่งปันลำดับที่คล้ายกันหรือเหมือนกันมากกว่า 100 คู่ฐาน DNA มีภูมิภาคเล็ก ๆ ที่สามารถแตกต่างกันและตัวแปรเหล่านี้เรียกว่าอัลลีล.

ในสิ่งมีชีวิต DNA ทั้งหมดถือเป็นดีเอ็นเอ recombinant การแลกเปลี่ยนของสารพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องผสมและจัดเรียงยีนในโครโมโซมใหม่.

กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างชัดเจนในไมโอซิส โดยเฉพาะในระยะที่โครโมโซมถูกจับคู่ในการแบ่งเซลล์แรก ในขั้นตอนนี้การแลกเปลี่ยนของสารพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมเกิดขึ้น.

ในอดีตกระบวนการนี้ถูกกำหนดไว้ในวรรณคดีโดยใช้คำแองโกลแซกซอน ข้ามไป. เหตุการณ์นี้เป็นหนึ่งในผลลัพธ์ของการรวมตัวกันอีกครั้งเหมือนกัน.

ความถี่ของ ข้ามไป ระหว่างสองยีนของโครโมโซมเดียวกันนั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างสอง; ยิ่งระยะทางกายภาพสั้นลงเท่าใดความถี่ในการแลกเปลี่ยนก็จะลดลง.

ฟังก์ชั่นและผลของการรวมตัวกันเหมือนกัน

สารพันธุกรรมนั้นได้รับความเสียหายอย่างต่อเนื่องเช่นจากแหล่งภายนอกและภายนอกเช่นรังสีเป็นต้น.

คาดว่าเซลล์ของมนุษย์จะมีรอยโรคจำนวนมากใน DNA เรียงตามลำดับเป็นสิบถึงหลายร้อยต่อวัน แผลเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการซ่อมแซมเพื่อหลีกเลี่ยงการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายการอุดตันในการจำลองและการถอดความและความเสียหายในระดับโครโมโซม.

จากมุมมองทางการแพทย์ความเสียหายของดีเอ็นเอที่ไม่ได้รับการซ่อมแซมอย่างถูกต้องส่งผลให้เกิดการพัฒนาของเนื้องอกและโรคอื่น ๆ.

การรวมตัวกันใหม่ของ homologous เป็นเหตุการณ์ที่ช่วยให้ซ่อมแซมใน DNA, อนุญาตให้กู้คืนของลำดับที่หายไป, ใช้เป็นแม่แบบดีเอ็นเออื่น strand (คล้ายคลึงกัน).

กระบวนการเมตาบอลิซึมนี้มีอยู่ในทุกรูปแบบของชีวิตโดยมีกลไกของความเที่ยงตรงสูงที่ช่วยในการซ่อมแซม "ช่องว่าง" ใน DNA, การแบ่งซ้ำสองครั้งและการเชื่อมโยงข้ามระหว่างโซ่ดีเอ็นเอ.

หนึ่งในผลกระทบที่เกี่ยวข้องมากที่สุดของการรวมตัวกันอีกครั้งคือการสร้างการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมใหม่ ร่วมกับการกลายพันธุ์พวกเขาเป็นสองกระบวนการที่สร้างการเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิต - จำไว้ว่าความแปรปรวนเป็นวัตถุดิบสำหรับวิวัฒนาการ.

นอกจากนี้ยังมีกลไกสำหรับการรีสตาร์ทส้อมจำลองแบบที่ได้รับความเสียหาย.

ในแบคทีเรีย

ในแบคทีเรียมีการถ่ายโอนยีนแนวนอนบ่อยครั้ง สิ่งเหล่านี้จัดเป็นการผันคำกริยาการแปลงและการถ่ายทอด ที่นี่ Prokaryotes รับ DNA จากสิ่งมีชีวิตอื่นและแม้แต่จากสายพันธุ์ต่าง ๆ.

ในระหว่างกระบวนการเหล่านี้การรวมตัวใหม่ที่เหมือนกันเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ผู้รับและเซลล์ผู้บริจาค.

กลไก

การรวมตัวกันใหม่เริ่มต้นด้วยการแตกในหนึ่งในสายของโมเลกุลดีเอ็นเอโครโมโซม หลังจากนั้นจะมีขั้นตอนหลายขั้นตอนที่ถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์หลายตัวเกิดขึ้น.

3'-end ซึ่งการบาดเกิดขึ้นถูกบุกรุกโดยสายตรวจดีเอ็นเอที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันสองชั้น กระบวนการบุกรุกเป็นสิ่งสำคัญ ด้วย "homologous chain" เราต้องการอ้างถึงส่วนต่าง ๆ ของโครโมโซมที่มียีนเดียวกันในลำดับเชิงเส้นแม้ว่าลำดับนิวคลีโอไทด์ไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน.

ไซแนปส์

การบุกรุกของสายนี้ทำให้โครโมโซมที่เหมือนกันหันเข้าหากัน ปรากฏการณ์ของการเผชิญหน้ากับเกลียวคลื่นนี้เรียกว่าซินซิพซิส (เพื่อไม่ให้สับสนกับประสาทในเซลล์ประสาทนี่คือคำที่ใช้กับความหมายอื่น).

ไซแนปส์ไม่จำเป็นต้องบอกเป็นนัยถึงการติดต่อโดยตรงระหว่างทั้งสองลำดับคล้ายคลึงกันดีเอ็นเอสามารถดำเนินการต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่ามันจะพบส่วนที่คล้ายคลึงกัน กระบวนการค้นหานี้เรียกว่าการจัดตำแหน่งที่เหมือนกัน.

การก่อตัวของห่วง D

จากนั้นมีเหตุการณ์ที่เรียกว่า "การบุกรุกของเธรด" เกิดขึ้น โครโมโซมเป็นเกลียวคู่ของดีเอ็นเอ ในการรวมตัวกันอีกครั้งเหมือนกันสองโครโมโซมมองหาลำดับที่คล้ายคลึงกันของพวกเขา ใน helices หนึ่งเส้นแยกออกจากกันและ strand นี้ "บุกรุก" โครงสร้างเกลียวคู่สร้างโครงสร้างที่เรียกว่า loop D.

ห่วงโซ่ของห่วง D ถูกแทนที่โดยการบุกรุกของสายที่แสดงการแตกและจับคู่กับสายประกอบของเกลียวคู่เดิม.

การก่อตัวของสหภาพฮอลิเดย์

ขั้นตอนต่อไปคือการก่อตัวของทางแยกวันหยุด ที่นี่ส่วนท้ายของเธรดที่แลกเปลี่ยนนั้นเชื่อมโยงกัน สหภาพนี้มีความสามารถในการเคลื่อนไหวในทิศทางใด สหภาพสามารถถูกทำลายและก่อตัวได้หลายครั้ง.

กระบวนการสุดท้ายของการรวมตัวกันอีกครั้งเป็นวิธีแก้ปัญหาของรอยต่อเหล่านี้และมีสองวิธีหรือวิธีการที่เซลล์ประสบความสำเร็จ หนึ่งในนั้นคือความแตกแยกของสหภาพหรือกระบวนการที่เรียกว่าการสลายตัวโดยทั่วไปของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต.

ในกลไกแรกการแบ่งสหภาพฮอลิเดย์จะสร้างสายโซ่สองสายขึ้นใหม่ ในกรณีอื่น ๆ ของ "การสลายตัว" เกิดขึ้นชนิดของการล่มสลายในสหภาพ.

โปรตีนที่เกี่ยวข้อง

โปรตีนสำคัญของกระบวนการรวมตัวกันอีกครั้งเรียกว่า Rad51 ในเซลล์ยูคาริโอตและ RecA ใน Escherichia coli. มันทำงานได้ในขั้นตอนที่แตกต่างกันของการรวมตัวกันใหม่: ก่อนระหว่างและหลังการทำซ้ำ.

โปรตีน Rad51 ช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่าง DNA ที่บุกรุกและ DNA ที่มีอารมณ์ ในกระบวนการนี้ DNA สร้าง heteroduplex.

Rad51 และ Reca ที่คล้ายคลึงกันของมันจะกระตุ้นการค้นหา DNA ที่เหมือนกันและการแลกเปลี่ยนของเส้นดีเอ็นเอ โปรตีนเหล่านี้มีความสามารถในการเข้าร่วมร่วมมือกับ DNA วงเดียว.

นอกจากนี้ยังมียีน paralogical (เกิดจากเหตุการณ์ของการทำสำเนายีนในเชื้อสายของสิ่งมีชีวิต) ของ Rad51 เรียกว่า Rad55 และ Rad57 ในมนุษย์ยีนห้าชนิดที่มีชื่อว่า Par51 ประกอบด้วย Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 และ Xrcc3.

ความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการรวมตัวกันอีกครั้ง

เนื่องจากการรวมตัวกันใหม่จำเป็นต้องใช้การเชื่อมต่อทางกายภาพในโครโมโซมจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการแยกที่ถูกต้องระหว่างไมโอซิส หากไม่ได้รวมตัวกันใหม่ที่เพียงพอผลที่ได้อาจเป็นพยาธิสภาพที่สำคัญ.

การไม่แยกตัวของโครโมโซมหรือข้อผิดพลาดในการแยกเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการทำแท้งและความผิดปกติของแหล่งกำเนิดของโครโมโซมเช่น trisomy ของโครโมโซม 21 ซึ่งเป็นสาเหตุของอาการดาวน์.

แม้ว่าการรวมตัวกันใหม่มักจะเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างแม่นยำ แต่บริเวณของจีโนมที่ถูกทำซ้ำและยีนที่มีหลายสำเนาตามจีโนมนั้นเป็นองค์ประกอบที่มีแนวโน้มที่จะ ข้ามไม่เท่ากัน.

การผสมข้ามพันธุ์นี้ก่อให้เกิดลักษณะทางคลินิกที่แตกต่างกันรวมถึงโรคที่พบบ่อยเช่นธาลัสซีเมียและออทิสติก.

การประยุกต์รวมตัวกันอีกครั้ง

นักชีววิทยาโมเลกุลได้ใช้ประโยชน์จากความรู้เกี่ยวกับกลไกการรวมตัวกันเหมือนกันสำหรับการสร้างเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน หนึ่งในนั้นสามารถสร้างสิ่งมีชีวิตได้ "การทำให้ล้มลง".

สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้ช่วยอธิบายการทำงานของยีนที่น่าสนใจ.

หนึ่งในวิธีการที่ใช้สำหรับการสร้าง knockouts มันประกอบด้วยการปราบปรามการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจงแทนที่ยีนเดิมด้วยรุ่นที่ดัดแปลงหรือ "เสียหาย" ยีนถูกแลกเปลี่ยนสำหรับเวอร์ชั่นที่กลายพันธุ์ด้วยวิธีการรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกัน.

การรวมตัวกันชนิดอื่น ๆ

นอกเหนือจากการรวมตัวใหม่ที่เหมือนกันหรือถูกต้องตามกฎหมายแล้วยังมีการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมชนิดอื่น.

เมื่อภูมิภาคของ DNA ที่แลกเปลี่ยนวัสดุนั้นไม่ได้เป็นอัลลีล (ของโครโมโซมที่เหมือนกัน) ผลที่ได้คือการทำซ้ำหรือการลดลงของยีน กระบวนการนี้เรียกว่าการรวมตัวใหม่ที่ไม่เหมือนกันหรือรวมตัวกันที่ไม่เท่ากัน.

ร่วมกันวัสดุทางพันธุกรรมสามารถแลกเปลี่ยนระหว่างน้องสาวของโครโมโซมเดียวกัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้ทั้งในแผนก meiotic และ mitotic และเรียกว่าการแลกเปลี่ยนที่ไม่เท่ากัน.

การอ้างอิง

1. Baker, T. A. , Watson, J. D. , & Bell, S. P. (2003). อณูชีววิทยาของยีน. บริษัท สำนักพิมพ์ Benjamin-Cummings.
2. Devlin, T. M. (2004). ชีวเคมี: ตำราเรียนพร้อมการประยุกต์ทางคลินิก. ฉันกลับรายการ.
3. Jasin, M. , & Rothstein, R. (2013) ซ่อมแซมการแตกของเกลียวเชือกโดยการรวมตัวกันอีกครั้งเหมือนกัน. มุมมองท่าเรือฤดูใบไม้ผลิเย็นในชีววิทยา, 5(11), a012740.
4. Li, X. , & Heyer, W. D. (2008) การรวมตัวกันที่เหมือนกันในการซ่อมแซม DNA และความทนทานต่อความเสียหายของ DNA. การวิจัยเซลล์, 18(1), 99-113.
5. Murray, P.R. , Rosenthal, K.S. , & Pfaller, M.A. (2017). จุลชีววิทยาทางการแพทย์. วิทยาศาสตร์สุขภาพของเอลส์เวียร์.
6. Nussbaum, R. L. , McInnes, R. R. , & Willard, H. F. (2015). Thompson & Thompson พันธุศาสตร์ทางการแพทย์ e-book. วิทยาศาสตร์สุขภาพของเอลส์เวียร์.
7. Virgili, R. O. , & Taboada, J. M. V. (2006). จีโนมมนุษย์: ความก้าวหน้าใหม่ในการวิจัยการวินิจฉัยและการรักษา. Edicions Universitat Barcelona.