Recombinação genética

Recombinação genética. Fonte: Curran919, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

O que é recombinação genética?

O recombinação genética É o processo pelo qual as moléculas de ácido nucleico são fragmentos de troca, gerando uma nova molécula. É muito comum no DNA, mas o RNA também pode recombinar. A recombinação é, após a mutação, a fonte mais importante de variabilidade genética.

O DNA participa de diferentes processos bioquímicos. Durante a replicação, serve como um molde para a geração de duas novas moléculas de DNA. Na transcrição, permite gerar moléculas de RNA de regiões específicas controladas por um promotor.

Mas, além disso, o DNA também é capaz de trocar fragmentos. Através desse processo, ele gera novas combinações que não são o produto dos dois processos anteriores ou a fertilização.

Qualquer processo de recombinação envolve ruptura e união de moléculas de DNA que participam do processo. Esse mecanismo varia de acordo com o substrato de recombinação, as enzimas que participam do processo e o mecanismo de sua execução.

A recombinação geralmente depende da existência de regiões complementares, semelhantes (se não idênticas) ou homólogas entre as moléculas que recombinam. No caso em que as moléculas recombinam em processos não guiados pela homologia, diz -se que a recombinação não é homóloga.

Se a homologia envolver uma região muito curta presente em ambas as moléculas, diz-se que a recombinação é específica do local.

Tipos de recombinação genética

Recombinação específica do local

No local de recombinação específico, duas moléculas de DNA, geralmente não homólogas, têm uma curta sequência comum a ambos. Esta sequência é o alvo de uma enzima de corte e splicing específicos.

A enzima, capaz de reconhecer essa sequência e não outra, corta em um lugar específico em ambas as moléculas. Com a ajuda de alguns outros fatores, troque as bandas de DNA dos dois moléculas participantes e forma um couintegrado.

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Recombinação homóloga

A recombinação homóloga é verificada entre moléculas de DNA que compartilham pelo menos cerca de 40 nucleotídeos de similaridade completa ou quase completa. Para realizar o processo de recombinação, pelo menos uma endonuclease deve participar.

Endonucleas são enzimas que geram cortes internos no DNA. Alguns fazem isso para prosseguir para degradar o DNA. Outros, como no caso de recombinação, fazem isso para gerar um amassado no DNA.

Este dentado único permite que você processe um DNA de banda simples com uma extremidade livre. Esta extremidade livre, orientada por uma recombinase, permite que uma banda simples invadisse um DNA duplo que desloca a banda residente idêntica a ela.

Este é o ponto de reversão, ou cruzamento, entre uma molécula de DNA doador ("Invader") e outro receptor.

A enzima (recombinase) que realiza o processo de invasão e troca de bandas em Escherichia coli É chamado de colecionar. Existem outras proteínas homólogas em procariontes, como os archaas. Nos eucariotos, a enzima equivalente é chamada Rad51.

Uma vez que a banda invasiva desloca o residente, ela interage com a banda que era simples na molécula doadora. Ambos os pontos são selados por ação de uma ligase.

Agora, temos um DNA de bandas híbridas (uma banda de doador e uma banda receptora, de origens diferentes) ladeadas por doador de DNA e receptor de DNA. Os pontos de reticulação (quiasmas) se movem em ambas as direções pelo menos 200 pb.

Cada ponto de reticulação forma o que é conhecido como estrutura de Holliday (produto de DNA cruciforme de um evento de recombinação).

Este DNA cruciforme deve ser resolvido por outras endonucleases. O DNA híbrido ou quimérico dessa estrutura pode ser resolvido de duas maneiras. Se o segundo corte endonucleotidal ocorrer na mesma banda em que o primeiro ocorreu, a recombinação não será gerada. Se o segundo corte ocorrer na outra banda, os produtos resultantes serão recombinantes.

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Recombinação não -homóloga

Finalmente, existem processos de recombinação que não dependem da semelhança na sequência das moléculas participantes. Nos eucariotos, é muito importante, por exemplo, recombinação de fins não -homólogos.

Isso ocorre com fragmentos de DNA com quebras de banda dupla no DNA. Eles são "reparados" pela célula, juntando outros fragmentos igualmente com quebras de banda dupla.

No entanto, essas moléculas não devem ser necessariamente semelhantes a participar deste processo de recombinação. Ou seja, ao reparar os danos, a célula pode unir DNA não relacionado, criando assim uma molécula realmente nova (recombinante). 

Importância da recombinação

Importância como causa: replicação e reparo de DNA

A recombinação garante a lealdade das informações do DNA durante e após o processo de replicação. A recombinação detecta danos no DNA durante o processo de criação de novas bandas nesta macromolécula extremamente longa.

Como cada banda tem suas próprias informações e a de seu complementar, a recombinação garante que ninguém seja perdido. Cada um atua como uma testemunha do outro. Da mesma forma, em organismos diplóides, um cromossomo homólogo é uma testemunha de seu irmão, e vice -versa.

Por outro lado, uma vez que o DNA foi replicado, os mecanismos para reparar os danos desta molécula são variados. Alguns são diretos (age diretamente na lesão) e outros são indiretos.

Os mecanismos de reparo indiretos dependem da recombinação a ser realizada. Isto é, para reparar o dano em uma molécula de DNA, outra molécula homóloga é usada. Isso agiria em recombinação reparadora como um molde que sofreu danos.

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Importância como conseqüência: a geração de variabilidade genética

A recombinação é capaz de criar uma enorme variabilidade cromossômica durante a meiose. A recombinação somática também gera variabilidade, como no caso de anticorpos em vertebrados.

Em muitos organismos, a meiose é gamática. Nos organismos com reprodução sexual, a recombinação acaba sendo uma das maneiras mais poderosas de gerar variabilidade.

Isto é, para a mutação espontânea e a segregação de cromossomos, a recombinação deve ser adicionada como outro elemento gerador de variabilidade gamática.

A integração de genomas bacteriofáficos por recombinação específica, por outro lado, contribuiu para a remodelação do genoma de suas bactérias hospedeiras.

Isso contribuiu para a geração de variabilidade genômica e a evolução deste importante grupo de seres vivos.

Recombinação e saúde

Já vimos que o DNA pode ser reparado, mas não o que o danifica. Na verdade, quase tudo pode danificar o DNA, começando com uma replicação defeituosa que não é corrigida.

Mas além disso, o DNA pode ser danificado pela luz UV, radiação ionizante, radical livre de oxigênio.

Felizmente, não devemos desistir da vida para proteger o DNA. Certas coisas devem ser renunciadas, mas o grande trabalho é feito pela própria célula. Esses mecanismos de detecção de danos ao DNA e seu reparo, obviamente têm uma base genética, e sua deficiência, enormes consequências.

As doenças relacionadas a defeitos na recombinação homóloga incluem, por exemplo, síndromes de Bloom e Werner, câncer familiar familiar e ovário, etc.

Referências

1. Bell, j. C., Kowalczykowski, s. C. Mecânica e interrogatório de molécula única da recombinação de DNA. Revisão anual de bioquímica.
2. Prado, f. Recombinação homóloga: para o garfo e além. Genes.