DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR

BIOLOGÍA MOLECULAR

Recombinación

1. Antecedentes

Concepto de fenotipo: Propiedades visibles o evaluables de un individuo (apariencia de un individuo)
Concepto de genotipo: Factores genéticos responsables de crear el Fenotipo
Concepto de gen: Segmento de DNA que contiene información para codificar una proteína
Concepto de alelo: formas alternativas de un gen que determinan la expresión de una característica particular
- Ejemplo: Color de la flor
- Ejemplo: factor Rh
- Se corresponden con la presencia o ausencia de un enzima codificada por el gen.
Los genes se disponen en los cromosomas
Cada cromosoma presenta una sucesión lineal de genes
Tipos de división celular en eucariotas superiores:
- Mitosis: 1 célula 2n 2 células 2n
- Meiosis. 1 célula 2n 4 células n
Reproducción sexual: unión de dos células haploides (gametos, n cromosomas) para generar una célula diploide (2n cromosomas)
Cada gameto es portador de uno de los dos cromosomas de cada pareja, por tanto de uno de los alelos de cada gen
Los genes que se localizan en un mismo cromosoma se deberían heredar siempre juntos (ligamiento de los genes)
- El Análisis de la descendencia permite determinar si dos genes están ligados (se encuentran en el mismo cromosoma)
Los genes que se localizan en un mismo cromosoma no siempre se heredan de forma asociada: La recombinación cromosómica es la causa.
- El retrocruzamiento permite identificar procesos de recombinación
- Las frecuencias de recombinación permitieron determinar la distancia a que se encuentran los genes dentro de un mismo cromosoma.

2. Recombinación en eucariotas

Ocurre durante la meiosis
Concepto general:
- los cromosomas intercambian segmentos de DNA entre sí (Fig1; Fig2)
- Supone la rotura de las cadenas de DNA en ambos cromosomas
- Es un proceso que se puede considerar que ocurre al azar en cualquier punto de los cromosomas.
Un fenómeno equivalente ocurre también en bacterias, virus y genoma de mitocondrias, aunque estos seres vivos no realizan meiosis.

3. Mecanismo de recombinación: Modelo de Holliday

Modelo teórico descrito en los libros durante más de 30 años.
Actualmente no se considera correcto (se presenta por motivos didácticos)
- Se inicia con roturas de cadena sencilla en ambos cromosomas
- Uniones cruzadas de los extremos generados: formación de la estructura de Holliday
- Migración de la estructura de Holliday y formación de regiones heteroduplexas.
- Resolución de la estructura por corte de las cuatro cadenas sencillas
- Resolución de la estructura por corte de dos cadenas:

Rotación de la estructura: estructura isométrica de Holliday
Corte longitudinal en la estructura y posterior ligación de extremos: Formación de heteroduplex y recombinación
Corte transversal en la estructura y posterior ligación de extremos: Formación de heteroduplex pero no recombinación
Animación: Recombinación según el modelo de Holliday

4. Mecanismo de recombinación: Modelo actual (Fig1; Fig2)

La recombinación se inicia por una rotura de doble cadena en uno de las hélices (cromosomas)
La otra hélice (cromosoma) se utiliza como molde para reparar la rotura
Mecanismo:
- Rotura de la doble hélice
- Digestión parcial de los extremos 5’ generados. (Actividad 5’-3’ exonucleasa): los extremos 3’ quedan en forma de cadena sencilla
- Reparación por elongación de los extremos 3’ usando como molde el otro cromosoma.
- Formación de una estructura intermedia con dos regiones heteroduplexas y dos estructuras de Holliday
- Rotación de las estructuas de Holliday
- Resolución por corte y posterior ligación de dos cadenas:
  - Unos cortes conducen a la formación de regiones heteroduplexas y recombinación
  - Otros cortes conducen a la formación de regiones heteroduplexas sin recombinación.

5. Conversión génica(figura original) (Figura corregida)

La meiosis generalmente conduce a un reparto equitativo de los alelos de cada gen: la mitad de los gametos contienen un alelo y la otra mitad el otro (segregación 2:2)
Esta generalidad en ocasiones se ve alterada como consecuencia de la formación de regiones heteroduplexas durante recombinación
- La región heteroduplexa puede contener regiones no complementarias
- Las regiones no complementarias se pueden corregir mediante los sistemas de reparación del DNA
- La corrección elimina la información de uno de los alelos.
- Resultado: Segregación 2:2 ó 4:0

6. Proteínas implicadas en el proceso de recombinación

RecA de E. coli y su homóloga Rad51 en levaduras, ratón y humanos
Mecanismo de actuación:
- Cada monómero de RecA tiene varios sitios de unión al DNA
- Con uno de los sitios se une a la cadena sencilla
- Con otro de los sitios se une a una doble hélice con secuencia homóloga a la cadena sencilla
- Formación de una triple hélice
- Intercambio de cadenas

BIOLOGÍA MOLECULAR

Recombinación

1. Antecedentes

Concepto de fenotipo: Propiedades visibles o evaluables de un individuo (apariencia de un individuo)

Concepto de genotipo: Factores genéticos responsables de crear el Fenotipo

Concepto de gen: Segmento de DNA que contiene información para codificar una proteína

Concepto de alelo: formas alternativas de un gen que determinan la expresión de una característica particular

Ejemplo: Color de la flor

Ejemplo: factor Rh

Se corresponden con la presencia o ausencia de un enzima codificada por el gen.

Los genes se disponen en los cromosomas

Cada cromosoma presenta una sucesión lineal de genes

Tipos de división celular en eucariotas superiores:

Mitosis: 1 célula 2n 2 células 2n

Meiosis. 1 célula 2n 4 células n

Reproducción sexual: unión de dos células haploides (gametos, n cromosomas) para generar una célula diploide (2n cromosomas)

Cada gameto es portador de uno de los dos cromosomas de cada pareja, por tanto de uno de los alelos de cada gen

Los genes que se localizan en un mismo cromosoma se deberían heredar siempre juntos (ligamiento de los genes)

El Análisis de la descendencia permite determinar si dos genes están ligados (se encuentran en el mismo cromosoma)

Los genes que se localizan en un mismo cromosoma no siempre se heredan de forma asociada: La recombinación cromosómica es la causa.

El retrocruzamiento permite identificar procesos de recombinación

Las frecuencias de recombinación permitieron determinar la distancia a que se encuentran los genes dentro de un mismo cromosoma.

2. Recombinación en eucariotas

Ocurre durante la meiosis

Concepto general:

los cromosomas intercambian segmentos de DNA entre sí (Fig1; Fig2)

Supone la rotura de las cadenas de DNA en ambos cromosomas

Es un proceso que se puede considerar que ocurre al azar en cualquier punto de los cromosomas.

Un fenómeno equivalente ocurre también en bacterias, virus y genoma de mitocondrias, aunque estos seres vivos no realizan meiosis.

3. Mecanismo de recombinación: Modelo de Holliday

Modelo teórico descrito en los libros durante más de 30 años.

Actualmente no se considera correcto (se presenta por motivos didácticos)

Se inicia con roturas de cadena sencilla en ambos cromosomas

Uniones cruzadas de los extremos generados: formación de la estructura de Holliday

Migración de la estructura de Holliday y formación de regiones heteroduplexas.

Resolución de la estructura por corte de las cuatro cadenas sencillas

Resolución de la estructura por corte de dos cadenas:

Rotación de la estructura: estructura isométrica de Holliday

Corte longitudinal en la estructura y posterior ligación de extremos: Formación de heteroduplex y recombinación

Corte transversal en la estructura y posterior ligación de extremos: Formación de heteroduplex pero no recombinación

Animación: Recombinación según el modelo de Holliday

4. Mecanismo de recombinación: Modelo actual (Fig1; Fig2)

La recombinación se inicia por una rotura de doble cadena en uno de las hélices (cromosomas)

La otra hélice (cromosoma) se utiliza como molde para reparar la rotura

Mecanismo:

Rotura de la doble hélice

Digestión parcial de los extremos 5’ generados. (Actividad 5’-3’ exonucleasa): los extremos 3’ quedan en forma de cadena sencilla

Reparación por elongación de los extremos 3’ usando como molde el otro cromosoma.

Formación de una estructura intermedia con dos regiones heteroduplexas y dos estructuras de Holliday

Rotación de las estructuas de Holliday

Resolución por corte y posterior ligación de dos cadenas:

Unos cortes conducen a la formación de regiones heteroduplexas y recombinación

Otros cortes conducen a la formación de regiones heteroduplexas sin recombinación.

5. Conversión génica(figura original) (Figura corregida)

La meiosis generalmente conduce a un reparto equitativo de los alelos de cada gen: la mitad de los gametos contienen un alelo y la otra mitad el otro (segregación 2:2)

Esta generalidad en ocasiones se ve alterada como consecuencia de la formación de regiones heteroduplexas durante recombinación

La región heteroduplexa puede contener regiones no complementarias

Las regiones no complementarias se pueden corregir mediante los sistemas de reparación del DNA

La corrección elimina la información de uno de los alelos.

Resultado: Segregación 2:2 ó 4:0

6. Proteínas implicadas en el proceso de recombinación

RecA de E. coli y su homóloga Rad51 en levaduras, ratón y humanos

Mecanismo de actuación:

Cada monómero de RecA tiene varios sitios de unión al DNA

Con uno de los sitios se une a la cadena sencilla

Con otro de los sitios se une a una doble hélice con secuencia homóloga a la cadena sencilla

Formación de una triple hélice

Intercambio de cadenas