Resumen recombinación genética - genetica I docx

Vista previa del material en texto

Universidad pedagogica y tecnologica de Colombia
Facultad de Ciencias Básicas – Escuela de Biología
GENÉTICA II
Resumen - Recombinación genética
_______________________________________________________________________
¿Qué es?
Es el proceso por el cual una hebra de material genético (ADN o ARN) es cortado y unido a
otra molécula. Generalmente en eucariotas este proceso se da durante la meiosis I y la
reproducción sexual como recombinación de cromosomas. Este proceso hace que la progenie
tenga combinaciones cromosómicas diferentes a la de los padres lo que a su vez puede
generar alelos quiméricos. Existen varios tipos de recombinación genética que
primordialmente se divide en dos grandes grupos.
Recombinación homóloga
Se trata de un tipo de recombinación genética en la que se intercambian secuencias de
nucleótidos entre dos moléculas parecidas de ADN, en la profase I de la meiosis, durante la
formación de los óvulos y los espermatozoides, pares de cromosomas del progenitor
masculino y femenino se alinean para que secuencias parecidas de ADN se puedan cruzar o
intercambiarse de un cromosoma a otro, dando como resultado la variabilidad genética por
estos entrecruzamientos.
Figura 1. Proceso de recombinación homóloga
● Entrecruzamiento cromosómico
Esta es la recombinación de cromosomas que se da durante la meiosis. Donde las cromátidas
de los cromosomas homólogos se aparean e intercambian su material genético. Este
entrecruzamiento se hace usualmente en las zonas de ruptura del cromosoma el cual se une al
otro cromosoma donde finalmente se producirá el intercambio de genes adecuado. Este
entrecruzamiento se da también en organismos asexuales y células somáticas, ya que es una
forma de reparación de DNA.
Figura 2. Entrecruzamiento cromosómico
● Recombinación V(D)J
Este es un mecanismo que se da en vertebrados donde se selecciona y se ensambla al azar
aminoácidos de genes que codifican proteínas con papeles en nuestro sistema inmune. Estas
combinaciones nos dan un repertorio diverso de receptores de linfocitos T y moléculas de
inmunoglobulina los cuales reconocen diversos antígenos bacterianos, víricos y de parásitos.
Recombinación no homóloga
Es un tipo de recombinación que se da en secciones de cromosomas que no son homólogos o
similares, esta es común en los eucariotas cuando se está usando la maquinaria de
recuperación de genes, el proceso repara los segmentos afectados del cromosoma, uniéndose
a otros que no formaban parte de la misma secuencia. Este tipo de recombinación
generalmente da como resultado mutaciones, pues produce una alteración en la función de los
genes.
Figura 3. Recombinación no homóloga
Recombinación Específica de sitio
Este otro tipo de recombinación se da con la rotura y posterior unión de regiones de
homología corta y específica de dos ADN diferentes o dentro de la misma molécula, ocurre
por ejemplo en virus y plásmidos. Esta se da en secuencias idénticas
Figura 4. Recombinación específica de sitio
Recombinación genética en procariontes
La recombinación en procariotas consiste en la producción de nuevas combinaciones
genéticas a partir de las generadas inicialmente por la mutación. Dos moléculas de ADN que
cuentan con distintas mutaciones que pueden intercambiar segmentos y dar lugar a la
aparición de nuevas combinaciones genéticas. Las bacterias y los virus, al igual que los
organismos eucarióticos también tienen mecanismos de recombinación. En el caso de las
bacterias existen tres mecanismos de recombinación: transformación, conjugación y
transducción.
Transformación: tiene lugar cuando en las bacterias puede entrar ADN exógeno, éste ADN
exógeno puede intercambiar material genético con el cromosoma bacteriano. Después de la
transformación puede ocurrir la recombinación entre los genes introducidos y los del
cromosoma bacteriano. Se dice que las bacterias que captan el ADN son competentes. La
competencia se ve influida por el estadio de crecimiento, la concentración de ADN y la
composición del medio (Klug & Cummings, 2006). El ADN que capta una bacteria puede ser
de cualquier origen, no solamente bacteriano. A medida que el ADN ingresa a la célula una
cadena se hidroliza, la otra ingresa y se puede aparear con una región homóloga, entrecruzar
y recombinar con el ADN bacteriano de la bacteria receptora.
Figura 5. Proceso de transformación bacteriana por DNA exógeno
Conjugación: este tipo de recombinación se da cuando hay transferencia de material
genético de una bacteria donadora a una aceptora. Se requiere el contacto entre bacterias a
través de una estructura llamada pili de la bacteria donadora, con ello se forma un tubo de
conjugación y el ADN de la bacteria receptora puede aceptar fragmentos de la bacteria
donadora. Después de la conjugación, se produce el entrecruzamiento entre las secuencias
homólogas de ADN transferido y el cromosoma de la célula receptora. En la conjugación el
ADN sólo se transfiere de la célula donante a la receptora (Klug & Cummings, 2006)
.
Figura 6. Conjugación, se replica el DNA del factor F y una copia nueva entra en la célula
receptora, convirtiéndola en F. Se ha añadido una barrita negra a los factores F para seguir su
rotación en el sentido de las agujas del reloj.
Transducción: Este tipo de recombinación no necesita un contacto físico entre 2 bacterias.
Se da por medio de un vector viral que transporta ADN de una bacteria a otra. La
transducción tiene lugar cuando los virus bacterianos transportan el ADN de una bacteria a
otra. Una vez en el interior de la bacteria el ADN introducido, se puede recombinar con el
cromosoma bacteriano. La mayor parte de los bacteriófagos tiene un espectro limitado de
hospedadores, por lo que la transducción suele suceder solamente entre bacterias de la misma
especie o entre bacterias de especies estrechamente relacionadas( Klug & Cummings, 2006)
.
Figura 7. Proceso de transducción
Recombinación genética en eucariontes
En eucariotas la recombinación se produce durante la meiosis de la reproducción sexual para
generar gametos, como entrecruzamiento cromosómico entre los cromosomas apareados, este
proceso lleva a que la progenie tenga combinaciones de genes diferentes a las de sus padres y
pueda producir alelos quiméricos permitiendo que haya una mayor variabilidad genética.
● Recombinación meiótica: Es una reacción que involucra secuencias de ADN que
están emparejadas y son homólogas en longitudes muy extensas (denominada como
recombinación homóloga, figura 5).
Figura 8. recombinación homóloga recíproca
Tal y como se observa en la figura 5. la recombinación de este tipo es recíproca, porque cada
cromosoma participante recibe información comparable a la que dona el otro cromosoma. En
este sentido tenemos que las barras verticales indican cromátidas individuales (moléculas de
DNA), las cuales después de la recombinación, dan lugar a dos nuevas cromátidas.
No obstante, también se puede dar una recombinación homóloga que no es recíproca; por
ejemplo en la conversión de genes, en la figura 6. observamos que la información se ha
transferido solo de un padre al otro, y el alcance de la información intercambiada es menor.
Figura 9. recombinación no recíproca
● Recombinación inducida por ruptura de doble cadena: Las rupturas de doble cadena
de ADN (DSB) han surgido como una lesión importante que puede iniciar y estimular
la recombinación homóloga meiótica y mitótica.
Figura 10. Mecanismo de reparación de DSB
En la figura 7. evidenciamos el mecanismo de reparación de rupturas de doble cadena en
levaduras. Los DSB son reconocidos por un complejo proteico llamado MRN, que actuando
junto con una nucleasa degradando el DNA produciendo cadenas sencillas. Posteriormente, la
proteína RAD53 protege el DNA de la acción exonucleasa. Así RAD51 en presencia de ATP
sintetiza un filamento que “busca” la secuencia homóloga y cataliza el intercambio y
apareamiento de cadenas con la ayuda de RAD52. Finalmente, se forma una estructura de
cadenas entrecruzadas.
Figura 11. Recombinaciónmitótica y meiótica
La recombinación meiótica y mitótica son fundamentalmente diferentes en varios aspectos,
incluida la función, el inicio de las lesiones, el tiempo durante el ciclo celular y el resultado.
● La recombinación meiótica se promueve activamente y está altamente regulada
porque es crucial para la segregación cromosómica precisa.
● La recombinación mitótica se usa en la reparación homóloga del daño del ADN
espontáneo e inducido.
Recombinación genética en virus: La recombinación genética de virus podría definirse
como el intercambio de fragmentos de material genético (ADN o ARN) entre genomas
virales parentales. La recombinación específica de sitio (común en virus) altera las posiciones
relativas de la secuencia de nucleótidos en un cromosoma, porque no se requiere la
homología de ADN entre las moléculas de ADN recombinante.
En virus con genoma ARN la recombinación puede ocurrir mediante un mecanismo de salto
de molde, mayormente conocido como “copy choice”. Se piensa que su mecanismo de acción
sigue la siguiente lógica: cuando al menos dos virus diferentes infectan una misma célula la
enzima ARN polimerasa ARN dependiente viral, que se encuentra polimerizando nuevos
ARN genómicos, se disocia del primer genoma parental y continúa replicando, utilizando un
molde genómico distinto (Pérez et al., 2015).
Figura 12. Recombinación en virus
Referencias
Andersen, S. L., & Sekelsky, J. (2010). Meiotic versus mitotic recombination: Two
different routes for double‐strand break repair: The different functions of meiotic versus
mitotic DSB repair are reflected in different pathway usage and different outcomes.
Bioessays, 32(12), 1058-1066.
Tafurt Cardona, Y., & Marin Morales, M. A. (2014). Principales mecanismos de
reparación de daños en la molécula de ADN. Biosalud, 13(2), 95-110.
Klug, W.S., Cummings, M.R. y C.A. Spencer. 2006. Conceptos de Genética. 8º
edición. Editorial Prentice Hall, Madrid, España. 920 pp
Pérez-Losada M, Arenas M, Galan JC, Palero F, González Candelas F (2015)
Recombination in viruses: mechanisms, methods of study, and evolutionary consequences.
Infect Genet Evol 30:296–307.