Գենի վերահամակցում. գործընթացի մեխանիզմներ

Բովանդակություն:

Գենի վերահամակցում. գործընթացի մեխանիզմներ
Գենի վերահամակցում. գործընթացի մեխանիզմներ
Anonim

Գենի վերահամակցումը գենետիկ նյութի փոխանակումն է տարբեր օրգանիզմների միջև։ Դա հանգեցնում է սերունդների առաջացմանը հատկությունների համակցություններով, որոնք տարբերվում են երկու ծնողների մոտ հայտնաբերված հատկություններից: Այս գենետիկական փոխանակումների մեծ մասը տեղի է ունենում բնական ճանապարհով։

Ինչպես է դա տեղի ունենում

Գենների ռեկոմբինացիան սկսվում է մեյոզի, բեղմնավորման և հատման ժամանակ գամետների ձևավորման ժամանակ գեների տարանջատման արդյունքում։ Խաչը թույլ է տալիս ԴՆԹ-ի մոլեկուլների վրա գտնվող ալելներին փոխել դիրքը մի հոմոլոգ քրոմոսոմի հատվածից մյուսը: Ռեկոմբինացիան պատասխանատու է տեսակների կամ պոպուլյացիայի գենետիկական բազմազանության համար:

քրոմոսոմի կառուցվածք

Քրոմոսոմները գտնվում են բջիջների միջուկի ներսում։ Դրանք ձևավորվում են քրոմատինից՝ ԴՆԹ-ից կազմված գենետիկական նյութի զանգվածից, որը սերտորեն փաթաթված է հիստոններ կոչվող սպիտակուցների շուրջ։ Քրոմոսոմը սովորաբար միաշղթա է և բաղկացած է ցենտրոմերային շրջանից, որը միացնում է երկար և կարճ շրջանները։

Գենի ռեկոմբինացիա
Գենի ռեկոմբինացիա

Քրոմոսոմների կրկնօրինակում

Երբ բջիջը մտնում է իր կյանքի ցիկլը՝ նրա քրոմոսոմներըկրկնօրինակվում են ԴՆԹ-ի վերարտադրության միջոցով՝ նախապատրաստվելով բաժանմանը: Յուրաքանչյուր կրկնօրինակված քրոմոսոմ բաղկացած է երկու նույնականներից, որոնք կոչվում են քույր քրոմատիդներ: Դրանք կապված են ցենտրոմերային շրջանի հետ։ Երբ բջիջները բաժանվում են, ձևավորվում են զույգ խմբեր: Նրանք բաղկացած են մեկ քրոմոսոմից (հոմոլոգ) յուրաքանչյուր ծնողից։

քրոմոսոմային փոխանակում

Գենի վերահամակցումը հատման ժամանակ առաջին անգամ նկարագրվել է Թոմաս Հանթ Մորգանի կողմից: Էուկարիոտների մոտ դրան նպաստում է քրոմոսոմների հատումը։ Փոխանցման գործընթացը հանգեցնում է նրան, որ սերունդն ունի գեների տարբեր համակցություններ և կարող է արտադրել նոր քիմերային ալելներ: Սա թույլ է տալիս սեռական ճանապարհով վերարտադրող օրգանիզմներին խուսափել Մոլլերի ճարմանդից, որի ժամանակ անսեռ պոպուլյացիայի գենոմները գենետիկ ջնջումներ են կուտակում անդառնալի ձևով:

I պրոֆազի ընթացքում չորս քրոմատիդները սերտորեն կապված են: Այս ձևավորման դեպքում երկու մոլեկուլների վրա հոմոլոգ տեղամասերը կարող են սերտորեն զուգակցվել միմյանց հետ և փոխանակել գենետիկական տեղեկատվություն: Գենի վերամիավորումը կարող է տեղի ունենալ քրոմոսոմի երկայնքով ցանկացած վայրում: Երկու կետերի միջև դրա հաճախականությունը կախված է դրանք բաժանող հեռավորությունից:

Գենային ինժեներիան
Գենային ինժեներիան

Իմաստ

Կրոսովերի արդյունքում գեների շարժմանը հետևելը շատ օգտակար է գենետիկների համար: Սա հնարավորություն է տալիս որոշել, թե քրոմոսոմի վրա որքան հեռավորության վրա են գտնվում երկու գեները: Գիտությունը կարող է նաև օգտագործել այս մեթոդը՝ որոշակի գեների առկայությունը պարզելու համար: Մի մոլեկուլը կապված զույգի մեջ ծառայում է որպես մարկեր՝ մյուսի ներկայությունը հայտնաբերելու համար: Այն օգտագործվում է պաթոգենների առկայությունը հայտնաբերելու համարգեներ.

Դիտված երկու տեղամասերի միջև վերահամակցման հաճախականությունը հատման արժեքն է: Դա կախված է դիտարկվող գենետիկ օջախների փոխադարձ հեռավորությունից։ Բնապահպանական պայմանների ցանկացած ֆիքսված հավաքածուի դեպքում կապի կառուցվածքի որոշակի հատվածում (քրոմոսոմի) վերամիավորումը հակված է հաստատուն լինելու: Նույնը վերաբերում է հատման արժեքին, որն օգտագործվում է գենետիկական քարտեզներ ստեղծելիս:

մեյոզի գործընթաց
մեյոզի գործընթաց

Մեյոզ

Քրոմոսոմային խաչմերուկը ներառում է յուրաքանչյուր ծնողից ժառանգված զույգ քրոմոսոմների փոխանակում: Մեյոզը, որպես գեների ռեկոմբինացիայի հիմք, կարևոր դեր է խաղում այս գործընթացում։ Այս գործընթացի մոլեկուլային մոդելները տարիների ընթացքում զարգացել են, քանի որ ապացույցներ են կուտակվել: Նոր մոդելը ցույց է տալիս, որ մեյոզի (պրոֆազ I) սկզբում առկա չորս քրոմատիդներից երկուսը զուգակցված են միմյանց հետ և կարող են փոխազդել: Նրանում տեղի է ունենում քրոմոսոմների և գեների ռեկոմբինացիա։ Այնուամենայնիվ, մեյոզի հարմարվողական ֆունկցիայի բացատրությունները, որոնք կենտրոնանում են բացառապես հատման վրա, անբավարար են փոխանակման իրադարձությունների մեծ մասի համար:

մարդկային քրոմոսոմներ
մարդկային քրոմոսոմներ

Միտոզ և ոչ հոմոլոգ քրոմոսոմներ

Էուկարիոտ բջիջներում խաչմերուկը կարող է առաջանալ նաև միտոզի ժամանակ: Սա հանգեցնում է նույն գենետիկ նյութով երկու բջիջների: Ցանկացած խաչմերուկ, որը տեղի է ունենում միտոզում հոմոլոգ քրոմոսոմների միջև, չի առաջացնում գեների նոր համակցություն:

Խաչումը, որը տեղի է ունենում ոչ հոմոլոգ քրոմոսոմներում, կարող է առաջացնել մուտացիա, որը հայտնի է որպեստեղափոխում. Այն տեղի է ունենում, երբ քրոմոսոմի մի հատվածը առանձնանում է և տեղափոխվում նոր դիրք ոչ հոմոլոգ մոլեկուլի վրա: Այս տեսակի մուտացիան կարող է վտանգավոր լինել, քանի որ այն հաճախ հանգեցնում է քաղցկեղի բջիջների զարգացմանը:

գենետիկ նյութ
գենետիկ նյութ

Գենի փոխակերպում

Երբ գեները փոխակերպվում են, գենետիկական նյութի մի մասը պատճենվում է մի քրոմոսոմից մյուսը՝ առանց դոնորին փոխելու: Գենի փոխակերպումը տեղի է ունենում իրական վայրում բարձր հաճախականությամբ: Սա այն գործընթացն է, որով ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը պատճենվում է մի պարույրից մյուսը: Գեների և քրոմոսոմների վերամիավորումն ուսումնասիրվել է սնկային խաչերում, որտեղ հարմար է դիտարկել առանձին մեյոզների չորս արտադրանքները։ Գենի փոխակերպման իրադարձությունները կարելի է առանձնացնել որպես առանձին բջիջների բաժանման շեղումներ նորմալ 2:2 տարանջատումից:

Գենային ճարտարագիտություն

Գենի վերահամակցումը կարող է լինել արհեստական և կանխամտածված: Այն օգտագործվում է ԴՆԹ-ի տարբեր բեկորների վրա, հաճախ տարբեր օրգանիզմների: Այսպիսով, ստացվում է ռեկոմբինանտ ԴՆԹ։ Արհեստական ռեկոմբինացիան կարող է օգտագործվել օրգանիզմի գեները ավելացնելու, հեռացնելու կամ փոխելու համար։ Այս մեթոդը կարևոր է գենետիկական և սպիտակուցային ինժեներիայի ոլորտում կենսաբժշկական հետազոտությունների համար։

Գենի ռեկոմբինացիա
Գենի ռեկոմբինացիա

Ռեկոմբինանտ վերականգնում

Միտոզի և մեյոզի ժամանակ տարբեր էկզոգեն գործոններով վնասված ԴՆԹ-ն կարող է փրկվել հոմոլոգ վերականգնման քայլով (HRS): Մարդկանց և կրծողների մոտ մեյոզի ժամանակ FGF-ի համար անհրաժեշտ գենային արտադրանքի անբավարարությունը հանգեցնում է անպտղության:

Բակտերիափոխակերպումը գեների փոխանցման գործընթաց է, որը սովորաբար տեղի է ունենում նույն տեսակի առանձին բջիջների միջև: Այն ենթադրում է դոնորային ԴՆԹ-ի ինտեգրում ստացողի քրոմոսոմում՝ գեների ռեկոմբինացիայի միջոցով: Այս գործընթացը հարմարեցում է վնասված բջիջները վերականգնելու համար: Փոխակերպումը կարող է օգտակար լինել պաթոգեն բակտերիաներին՝ թույլ տալով վերականգնել ԴՆԹ-ի վնասը, որը տեղի է ունենում հյուրընկալող վարակի հետ կապված բորբոքային, օքսիդատիվ միջավայրում:

Երբ երկու կամ ավելի վիրուսներ, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մահացու գենոմային վնաս, վարակում են նույն ընդունող բջիջը, գենոմները կարող են զուգավորվել միմյանց հետ և անցնել FGP-ի միջով` առաջացնելով կենսունակ սերունդ: Այս գործընթացը կոչվում է բազմակի վերաակտիվացում: Այն ուսումնասիրվել է մի քանի պաթոգեն վիրուսների դեպքում։

Մարդու ԴՆԹ
Մարդու ԴՆԹ

Ռեկոմինացիա պրոկարիոտային բջիջներում

Պրոկարիոտային բջիջները, ինչպես առանց միջուկի միաբջիջ բակտերիաները, նույնպես ենթարկվում են գենետիկ վերակոմբինացման: Այս դեպքում մի բակտերիաների գեները հատման միջոցով մտնում են մյուսի գենոմում։ Բակտերիաների վերամիավորումն իրականացվում է կոնյուգացիայի, փոխակերպման կամ փոխակերպման գործընթացներով։

Կոնյուգացիայի ժամանակ մի բակտերիա միացված է մյուսին սպիտակուցային խողովակային կառուցվածքի միջոցով: Փոխակերպման գործընթացում պրոկարիոտները ԴՆԹ են վերցնում շրջակա միջավայրից։ Նրանք ամենից հաճախ գալիս են մահացած բջիջներից:

Փոխանցման ժամանակ ԴՆԹ-ն փոխանակվում է վիրուսի միջոցով, որը վարակում է բակտերիաները, որը հայտնի է որպես բակտերիոֆագ: Երբ օտար բջիջը ինտերնիզացվում է խոնարհման, փոխակերպման կամ փոխակերպման միջոցով,բակտերիան կարող է իր հատվածները մտցնել իր ԴՆԹ-ի մեջ: Այս փոխանցումն իրականացվում է խաչմերուկով և հանգեցնում է ռեկոմբինանտ բակտերիալ բջիջի ստեղծմանը։

Խորհուրդ ենք տալիս: