RECOMBINACIÓN DEL ADN
TEMA # 5
RECOMBINACIÓN DEL ADN
Enzima.-
Cepa.-
Mellar.-
Fago.-
Homólogo.- Que es semejante a otra cosa por tener en común con ella características referidas a su naturaleza, función o clase.
La
recombinación constituye fuente de variabilidad genética e intercambio físico
de segmentos de ADN. Tiene valor regulatorio, ya que puede tener como resultado
activación o inactivación de genes y es además, una vía de reparación.
Si
la recombinación genética no existiera, no habría variabilidad genética y todos
tendríamos que estar adaptados al mismo ambiente. Y si este ambiente llegara a
cambiar moriríamos por que no soportaríamos las combinaciones que se nos
presentan.
Clases generales de eventos de
recombinación:
- Recombinación general u homóloga: Consiste en el intercambio genético entre dos moléculas de ADN cualquiera (o segmentos de la misma molécula) que compartan una región extensa de secuencias casi idéntica.
- Recombinación específica de sitio: Difiere de la recombinación homóloga en que los intercambios solo tienen lugar en una secuencia de ADN particular.
- Transposición: Involucra un segmento corto de ADN que se mueve de un lugar a otro del mismo o diferente cromosoma.
1. RECOMBINACIÓN
GENERAL U HOMÓLOGA
La
recombinación homóloga es un
tipo de recombinación genética en la que las
secuencias de nucleótidos se intercambian entre dos moléculas
similares o idénticas de ADN. Es la más utilizada por las células
para reparar roturas nocivas que se producen en
ambas hebras de ADN, conocidas como rupturas de doble hebra. La recombinación
homóloga también produce nuevas combinaciones de secuencias de ADN durante
la meiosis,
el proceso por el cual las células eucariotas hacen
gametos, como espermatozoides y óvulos en
los animales.
El
modelo clásico de recombinación homóloga es el propuesto por Robin Holliday
(1964), conocido como modelo de Holliday.
Antes de analizar la imagen aprende el
siguiente concepto.
RecBCD.- La enzima RecBCD es tanto una helicasa (enzima cuya función principal es desempacar los genes de un organismo ) que desenrolla, o separa las cadenas de ADN, como una nucleasa (enzima capaz de dividir los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos de ácidos nucleicos) que produce mellas monocatenarias en el ADN.
Recombinacion Homologa de ADN (Modelo
de Holliday)
La ruptura o corte de la unión Holliday es realizada por el RuvC
Modelo 3D de la parte
central del intermediario de Holliday unido a RuvA
En
la imagen anterior se puede observar cuatro moléculas de RuvA (de color verde, mostaza,
amarillo y turquesa) que actúan como andamiaje sobre el que se organizan y
desplazan los brazos de ADN.
Modelo
de la parte central del intermediario de Holliday unido a RuvA y RuvB
La
unión de RuvA al cruce central facilita el que dos hexámeros de RuvB se unan a
brazos opuestos de ADN.
El
hexámero de RuvB envuelve el ADN bicatenario, permitiéndole girar de manera que
se produzca la migración del intermediario de Holliday. Este movimiento
necesita la acción concertada de RuvA y RuvB con consumo de ATP.
2. RECOMBINACIÓN ESPECÍFICA DE
SITIO
La recombinación
específica de sitio, como su propio nombre indica, ocurre en un solo lugar.
Sólo existe homología de secuencia en una región muy pequeña (15 a 50 pares de bases
nitrogenadas), allí donde se produce la recombinación. Mecanísticamente no
tiene nada que ver con la recombinación homóloga, no interviene RecA. El ejemplo más conocido, aunque no el único, es el de la INTEGRACIÓN y ESCISIÓN del ADN del fago lambda “λ” (Virus)
en el de E. coli (Bacteria Escherichia
coli). Los DNAs de ambos recombinan en un sitio específico, dando lugar a
un único ADN conteniendo ambos genomas, la cepa que lo contiene se llama lisógeno,
dado que eventualmente el genoma del fago puede escindirse y lisar la bacteria.
El
fago lambda se integra en el sitio attB (23
nt) de la bacteria. El fago se integra a través de su sitio attP de 230 nt. Para esta
integración es necesario la intervención de las proteínas Int del
fago (se trata de la «integrasa» de la familia de las recombinasas, con
actividad topoisomerasa) e IHF (Factor
de Integración del Hospedador) de la bacteria.
INTEGRACIÓN de ADN del Fago lambda “λ”
al ADN de la bacteria E. Coli
El sitio de integración del fago se llama attP (attachment Phage), e interacciona con el sitio de
integración attB de la
bacteria (attachment Bacteria). Aunque no existe homología de secuencia entre attP y attB, existe una región de 15 pares de bases que es idéntica en ambos, esa región se llama O, siendo las regiones que
flanquean a O, P y P' en el fago y B y B´ en la bacteria, así, attP es lo mismo que POP' y attB es lo mismo que BOB'. La recombinación se da entre
los sitios O de modo que al integrarse el DNA del fago en el DNA de la
bacteria, el profago (DNA
de fago integrado) quedará flanqueado por dos nuevos sitios: BOP' y POB'. BOP' es lo mismo que attL (a la izquierda del profago) y POB' es lo mismo que attR (a
la derecha del profago).
Debido a que el DNA del fago es circular, el evento recombinacional permite su inserción en el DNA bacteriano como una secuencia lineal. Esta forma integrada se denomina profago y queda flanqueada a la izquierda por attL que consiste en (BOP') y a la derecha por attR (POB'). Estos sitios attL y R están involucrados en la ESCISION (separacion) del profago que transcurre por el mecanismo opuesto al de la integración. Ello implica que los eventos de recombinación para lograr la integración y la escisión son "REVERSIBLES" aunque se dan en condiciones diferentes.
Debido a que el DNA del fago es circular, el evento recombinacional permite su inserción en el DNA bacteriano como una secuencia lineal. Esta forma integrada se denomina profago y queda flanqueada a la izquierda por attL que consiste en (BOP') y a la derecha por attR (POB'). Estos sitios attL y R están involucrados en la ESCISION (separacion) del profago que transcurre por el mecanismo opuesto al de la integración. Ello implica que los eventos de recombinación para lograr la integración y la escisión son "REVERSIBLES" aunque se dan en condiciones diferentes.
Nota curiosa: Gracias a la ingeniería genética, en un procedimiento in vitro (en laboratorio), se ha integrado el gen humano responsable de la producción de la proteína "insulina" en la bacteria E.Coli. para que este lo produzca, dicha insulina puede ser utilizada como medicamento contra la diabetes.
3. RECOMBINACIÓN
POR TRANSPOSICIÓN
Un segmento del DNA puede saltar de una zona a otra del genoma, dicho segmento se llama transposón o elemento genético transponible. Los elementos genéticos transponibles no se encuentran nunca aislados, siempre están integrados. Generalmente, los elementos genéticos transponibles no presentan ninguna homología de secuencia con los DNAs donde se integran. Como consecuencia se producen mutaciones en los sitios donde se insertan los transposones. Debido a esto la transposición ha de estar altamente regulada y por tanto ocurre con una frecuencia muy baja.
Un segmento del DNA puede saltar de una zona a otra del genoma, dicho segmento se llama transposón o elemento genético transponible. Los elementos genéticos transponibles no se encuentran nunca aislados, siempre están integrados. Generalmente, los elementos genéticos transponibles no presentan ninguna homología de secuencia con los DNAs donde se integran. Como consecuencia se producen mutaciones en los sitios donde se insertan los transposones. Debido a esto la transposición ha de estar altamente regulada y por tanto ocurre con una frecuencia muy baja.
La transposición puede llevarse a cabo de dos maneras:
- Vía ARN, un fragmento de ARN previamente copiado a ADN por la transcriptasa reversa, pasa a otro DNA. Los retrovirus se transponen por un intermediario de ARN.
- Vía ADN, un fragmento de ADN pasa a otro ADN (es el tipo de transposición que vamos a tratar)
Existen diferentes mecanismos de transposición con distintas consecuencias:
- SIMPLE. La transposición puede ser simple, si el transposón pasa de un sitio a otro sin replicarse.
- REPLICATIVA. Si el transposón se replica, pasando una copia al ADN receptor, y permaneciendo la otra en el ADN donante.
- CONSERVATIVA. La cual involucra el
movimiento directo sin pérdida de enlaces, de forma similar a lo estudiado en
la integración y escisión del fago lambda
Video Recombinación Homologa
Video Recombinación especifica de sitio por integración
Video Recombinación especifica de sitio por integración
Video Recombinación por Transposición
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