|
РЕКОМБИНАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ,
реорганизация ге-нетич. материала, обусловленная обменом отдельными сегментами
(участками) двойных спиралей ДНК.
Р.г.-главный фактор непостоянства
генома, основа большинства его изменений, обусловливающая естеств. отбор,
микро- и макроэволюции.
Различают два осн. типа
Р. г.: 1) "законную" (общую, или гомологичную), при к-рой происходит
обмен гомологичными (одинаковыми) участками молекул ДНК; 2) "незаконную"
(негомологичную), в основе к-рой лежит обмен негомологичными участками ДНК.
Если обмен между разными
молекулами ДНК осуществляется только в участках со строго определенными нуклеотидными
последовательностями, Р. г. наз. сайт-специфичной, если в любых местах молекулы
ДНК-сайт-кеспецифичной.
Законная Р. г. обычно сайт-неспецифична,
хотя довольно часто у бактерий и высших организмов она может проявлять черты
сайт-специфичности, т. е. избирательности к определенным нуклеотидным последовательностям
ДНК (т. наз. горячие точки рекомбинации). Такие последовательности резко повышают
частоту Р. г. в тех участках генома, в к-рых они локализованы. Незаконная Р.
г. может быть как сайт-неспецифичной, так и весьма специфичной относительно
участка обмена.
Законная Р. г. наблюдается,
напр., между двумя копиями к.-л. хромосомы. У эукариот (все организмы, за исключением
бактерий и синезеленых водорослей) наиб. типичен обмен участками гомологичных
хромосом в мейозе (деление клеток, в результате к-рого происходит уменьшение
числа хромосом в дочерних клетках-осн. стадия образования половых клеток). Этот
обмен может происходить между плотно конъюгированными хромосомами на ранних
стадиях развития яйца или сперматозоида. Реже-законная Р. г. осуществляется
при обычном делении клеток (с сохранением числа хромосом)-митозе.
У прокариот (бактерии и
синезеленые водоросли), у к-рых отсутствует мейоз, а геном представлен только
одной молекулой ДНК,
законная Р. г. сопряжена с такими естеств. формами обмена и переноса генетич.
материала, как конъюгация (хромосомы из донорской клетки передаются в рециниентную
через протоплазменный мостик-пиль), трансформация (ДНК проникает из среды через
клеточную оболочку), трансдукция (передача ДНК осуществляется бактериофагом,
или вирусом бактерий). У вирусов Р. г. происходит при заражении ими клеток.
После лизиса клетки обнаруживаются вирусы с рекомбинантными ДНК. У прокариот
Р. г. осуществляют спец. клеточные белки (многие из них ферменты).
В основе мол. механизма
законной Р. г. лежит принцип "разрыв-воссоединение" двух гомологичных
молекул ДНК. Этот процесс (его наз. кроссинговер) включает неск. промежут. этапов:
1) узнавание участков; 2) разрыв и ре-ципрокное (крест-накрест) воссоединение
молекул: замена одних цепей гомологичными; 3) устранение ошибок, возникающих
в результате неправильного спаривания участков. Точка обмена может возникать
на любом участке гомологичных нуклеотидных последовательностей хромосом, вовлекаемых
в обмен. При этом в точке обмена обычно не происходит изменения нуклеотидных
последовательностей. Точность разрыва и воссоединения чрезвычайно велика: ни
один нуклеотид не утрачивается, не добавляется и не превращается в к.-н. другой.
Основой всех предложенных
схем Р. г. послужила т. наз. модель Холлидея, согласно к-рой Р. г. начинается
с разрыва только одной из двух цепей спирали ДНК. Вслед за разрывом один конец
цепи вытесняется другим концом, к-рый наращивается ДНК-полимеразой. Вытесненный
конец разорванной цепи спаривается со второй молекулой ДНК (образуется т. наз.
гетеродуплекс), в свою очередь вытесняя там участок одной из ее цепей. В конце
концов одиночные гомологичные цепи обмениваются реципрокно. После этого первонач.
этапа спаривания две гомологичные спирали ДНК удерживаются вместе благодаря
перекрестному обмену цепями-по одной от каждой спирали (см. рис.). Точка перекрестка
далее может мигрировать, в результате чего дополнительно образуются или растут
гетеродуп-лексные участки на обеих молекулах ДНК.
Структура с перекрещенными
цепями может существовать в разл. стереоизомерных формах, возникающих в результате
вращения составляющих ее элементов относительно друг друга. Изомеризация, к-рая
как и др. стадии Р. г. контролируется генетически, изменяет положение двух пар
цепей: две ранее перекрещивавшиеся цепи становятся неперекрещивающимися и наоборот.
Для того чтобы вновь восстановились
две отдельные спирали ДНК и тем самым прекратился процесс спаривания, в каждой
из двух перекрещенных цепей должен произойти разрыв. Если он происходит до того,
как прошла изомеризация, то две исходные спирали ДНК отделяются друг от друга
так, что у каждой из них генетически перестроенной оказывается только одна цепь.
Если же разрыв двух перекрещенных цепей происходит после изомеризации, то обе
молекулы ДНК претерпевают полную реорганизацию: часть каждой исходной спирали
оказывается присоединенной (ступенчатым соединением) к части другой спирали.
Законная генетическая рекомбинация
приводит к возникновению новых комбинаций специфических аллелей (различной формы
одного и того же гена, обусловливающие различные варианты развития одного и
того же признака-группы
Схема спаривания двух гомологичных
спиралей (одна из них обозначена жирной линией, другая—двойной); 1 — гетеродуплекс.
крови, цвета глаз и др.), но не изменяет места расположения генов (локусов).
Незаконная Р. г. имеет
выраженный локальный характер. В этом случае весь процесс с его начальным этапом
узнавания, к-рый сводит вместе две спирали ДНК, направляется особым рекомбинац.
ферментом; спаривания оснований здесь не требуется (даже в тех случаях, когда
это все-таки происходит, в процессе участвует не более неск. пар оснований).
Интеграция транспозонов, плазмид и умеренных фагов в бактериальный геном может
служить примером Р. г. этого типа. Подобный механизм существует также и в эукариотич.
клетках (см. Мигрирующие генетические элементы).
При незаконной Р. г. в
обмен вступают короткие специфич. нуклеотидные последовательности одной или
обеих спиралей ДНК, участвующих в этом процессе. Таким образом такая Р. г. изменяет
распределение нуклеотидных последовательностей в геноме-соединяются участки
ДНК, к-рые до этого не располагались в непрерывной последовательности рядом
друг с другом. Подобный обмен гетерологич. участками ДНК приводит к возникновению
вставок, делеций, дупликаций и транслокаций генетич. материала (см. Мутации).
У эукариот перемещения
разных генетич. элементов, сопряженные с незаконной Р. г., осуществляются преим.
не в мейозе, когда контактируют парные хромосомы, а во время обычных клеточных
циклов (митозе). Незаконная Р. г. играет важную роль в эволюц. изменчивости,
т. к. благодаря ей осуществляются самые разнообразные, нередко кардинальные,
перестройки генома и, следовательно, создаются предпосылки для качеств. изменений
в эволюции данного организма.
===
Исп. литература для статьи «РЕКОМБИНАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ»: Зенгбуш П.,
Молекулярная и клеточная биология, пер. с нем., т. 1, М., 1982, с. 183-215;
Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 196-216. П.Л.Иванов.
Страница «РЕКОМБИНАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
|
