Гомологичная рекомбинация. Генетическая рекомбинация
РЕКОМБИНАЦИЯ -и; ж. 1. Книжн. Расположение составных частей чего-л. в новом, изменённом порядке. 2. Физ., хим. Процесс, обратный ионизации. 3. Биол. Перераспределение генов родителей в потомстве, обусловливающее его последующую изменчивость. ◁ Рекомбинационный, -ая, -ое. Р. процесс. Р-ая структура. Толковый словарь Кузнецова
РЕКОМБИНАЦИЯ
РЕКОМБИНАЦИЯ (от ре... и позднелат. combinatio - соединение) (генетич.), перераспределение генетич. материала родителей в потомстве, приводящее к наследственной комбинативной изменчивости живых организмов. В случае несцепленных генов (лежащих в разных хромосомах; см. Сцепление генов) это перераспределение может осуществляться при свободном комбинировании хромосом в мейозе, а в случае сцепленных генов - обычно путём перекреста хромосом - кроссинговера. Р.- универсальный биологич. механизм, свойственный всем живым системам - от вирусов до высших растений, животных и человека. Вместе с тем в зависимости от уровня организации живой системы процесс Р. имеет ряд особенностей. Проще всего Р. происходит у вирусов: при совместном заражении клетки родственными вирусами, различающимися одним или несколькими признаками, после лизиса клетки обнаруживаются не только исходные вирусные частицы, но и возникающие с определённой средней частотой частицы-рекомбинанты с новыми сочетаниями генов. У бактерий существует неск. процессов, заканчивающихся Р.: конъюгация, т. е. объединение двух бактериальных клеток протоплазменным мостиком и передача хромосомы из донорской клетки в реципиентную, после чего происходит замена отд. участков хромосомы реципиента на соответствующие фрагменты донора; трансформация - передача признаков молекулами ДНК, проникающими из среды сквозь клеточную оболочку; трансдукция - передача генетич. вещества от бактерии-донора к бактерии-реципиенту, осуществляемая бактериофагом. У высших организмов Р. происходит в мейозе при образовании гамет: гомологичные хромосомы сближаются и устанавливаются бок о бок с большой точностью (т. н. синапсис), затем происходит разрыв хромосом в строго гомологичных точках и перевоссоединение фрагментов крест-накрест (кроссинговер). Результат Р. обнаруживается по новым сочетаниям признаков у потомства. Вероятность кроссинговера между двумя точками хромосом приблизительно пропорциональна физич. расстоянию между этими точками. Это даёт возможность на основании экспериментальных данных по Р. строить генетические карты хромосом, т. е. графически располагать гены в линейном порядке в соответствии с их расположением в хромосомах, и притом в определённом масштабе. Молекулярный механизм Р. детально не изучен, однако установлено, что ферментативные системы, обеспечивающие Р., принимают участие и в таком важнейшем процессе, как исправление повреждений, возникающих в генетич. материале (ей. Репарация генетическая). После синапсиса вступает в действие эндонуклеаза - фермент, осуществляющий первичные разрывы в цепях ДНК. По-видимому, эти разрывы у мн. организмов происходят в структурно детерминированных участках-рекомбинаторах. Далее происходит обмен двойными или одинарными цепями ДНК и в заключение спец. синтетич. ферменты- ДНК-полимеразы - заполняют бреши в цепях, а фермент лигаза замыкает последние ковалентные связи. Ферменты эти выделены и изучены лишь у нек-рых бактерий, что позволило приблизиться к созданию модели P. in vitro (в пробирке). Одно из важнейших следствий Р.- образование реципрокного потомства (т. е. при наличии двух аллельных форм генов АВ и ав должны получиться два продукта Р.- Ав и аВ в равных кол-вах). Принцип реципрокности соблюдается, когда Р. происходит между достаточно удалёнными точками хромосомы. При внутригенной Р. это правило часто нарушается. Последнее явление, изученное гл. обр. на низших грибах, наз. генной конверсией. Эволюционное значение Р. заключается в том, что благоприятными для организма часто оказываются не отд. мутации, а их комбинации. Однако одноврем. возникновение в одной клетке благоприятного сочетания из двух мутаций маловероятно. В результате Р. осуществляется сочетание мутаций, принадлежащих двум независимым организмам, и тем самым ускоряется эволюционный процесс.
В случае остановки репликационной вилки у эукариот, бактерий и архей . У вирусов возможна рекомбинация между молекулами РНК их геномов .
Рекомбинация у эукариот обычно происходит в ходе кроссинговера в процессе мейоза , в частности, при формировании сперматозоидов и яйцеклеток у животных. Рекомбинация, наряду с репликацией ДНК, транскрипцией РНК и трансляцией белков , относится к фундаментальным, рано возникшим в процессе эволюции , процессам.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Паранефрит
- Рихтер, Карл
Смотреть что такое "Рекомбинация (биология)" в других словарях:
РЕКОМБИНАЦИЯ - (от лат. re приставка, здесь означающая возобновление, повторпость действия, и ср. лат. combinatio соединение), перераспределение генетич. материала родителей в потомстве, приводящее к наследственной комбинативной изменчивости живых организмов,… … Биологический энциклопедический словарь
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.… … Химическая энциклопедия
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ - изучает явления жизни на уровне макромолекул (гл. обр. белков и нуклеиновых к т) в бесклеточных структурах (рибосомы и др.), в вирусах, а также в клетках. Цель М. б. установление роли и механизма функционирования этих макромолекул на основе… … Химическая энциклопедия
Жизненный цикл (биология) - У этого термина существуют и другие значения, см. Жизненный цикл. Схематическое изображение основных типов жизненных циклов с чередованием диплоидной и гапл … Википедия
Старение (биология) - У этого термина существуют и другие значения, см. Старение. Старая женщина. Анн Поудер 8 апреля 1917 года в свой 110 й день рождения. Сморщенная и сухая кожа типичный признак старения человека … Википедия
Дезоксирибонуклеиновая кислота - Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) макромолекула(одна из трех основных, две другие РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования… … Википедия
Двойная спираль - ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в… … Википедия
Модель Уотсона - Крика - Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная… … Википедия
Эволюция - Эта статья о биологической эволюции. Другие значения термина в заглавии статьи см. на Эволюция (значения). Фи … Википедия
Рекомбинация - это процесс, который обеспечивает перемешивание генов в ряду поколений. При формировании половых клеток гены, полученные от родителей, “перетасовываются”, и в каждую гамету попадает только половина родительских генов. При оплодотворении гены двух родителей случайно комбинируются в зиготе. Сочетание этих двух случайных процессов - тасовки генов в генеративных клетках и встречи гамет - обеспечивает уникальность набора генов каждого организма.
Этот процесс был открыт в начале XX в. на основе анализа результатов скрещиваний. Сейчас в изучении рекомбинации используют весь арсенал современных методов молекулярной и клеточной биологии. И тем не менее процесс остается во многом загадочным. До сих пор идут бурные дебаты о том, зачем нужна рекомбинация. Непонятно, отчего она так сложно и, казалось бы, нелогично организована. Неясно, как распределяются по геному ее горячие и холодные точки. Попытаемся ответить на эти вопросы, рассмотрев рекомбинацию в свете эволюции.
Зачем нужна рекомбинация
Рекомбинация - главный генератор фенотипического разнообразия, того самого, с которым оперирует естественный отбор, тех отличий между организмами, которые играют решающую роль в их борьбе за существование. Мы привыкли думать, что эти различия определяются мутациями генов. Это и верно, и неверно одновременно.
Мутации меняют гены. Ген может быть неузнаваемо испорчен мутацией, изменен с сохранением функции (синонимически) или с ее потерей. Мы должны ясно понимать, что функция каждого гена определяется его взаимодействием с другими генами. Поэтому и функцию гена, и ее изменения следует рассматривать исключительно в рамках конкретного метаболического пути или регуляторной генной сети, в которых задействованы продукты этого гена. Бессмысленный или неверный ген из одной генной сети может приобрести новый, неожиданный смысл в другой; синоним в одном контексте оказаться антонимом в другом. Таким образом, мутации меняют фенотип не сами по себе, а в сочетании с другими генами.
Разнообразие фенотипов, которое мы наблюдаем, есть воплощенное разнообразие генных сочетаний. А поскольку рекомбинация обеспечивает постоянную генерацию все новых и новых сочетаний, мы имеем полное право назвать этот замечательный механизм генератором фенотипического разнообразия.
Рекомбинация, видимо, возникла одновременно или вскоре после появления жизни. Однако на первых порах она была робкой и спорадической. Такой она и остается в мире прокариот. Бактерии иногда входят в контакт друг с другом и обмениваются генетической информацией, чаще когда их жизнь становится хуже. Но из этого не следует, что рекомбинация непременно облегчает им жизнь, повышает их приспособленность. Она дает им шанс, надежду на то, что новая комбинация генов окажется полезной.
Регулярная, запланированная и обязательная рекомбинация появилась гораздо позже, одновременно или вскоре после возникновения эукариотических клеток. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что у подавляющего большинства современных эукариот рекомбинация происходит регулярно, а ее молекулярные и клеточные механизмы у самых разных организмов поразительно сходны. Сходство мы обнаруживаем и в том, что у всех них рекомбинация так или иначе связана с размножением. У эукариот, в отличие от бактерий, результаты рекомбинации проявляются не у самих организмов, а у их потомков.
Если мы сравним размножение бесполых (не рекомбинирующих) и половых (регулярно рекомбинирующих) организмов, нам сразу бросится в глаза поразительная неэффективность последнего варианта размножения. Представим себе два острова. На одном живут самец и самка, способные к половому размножению и, следовательно, к рекомбинации. На другом - две самки, размножающиеся бесполым путем. Ограничим плодовитость и тех и других самок двумя потомками. После первого же цикла размножения на бесполом острове родится четыре потомка, а на половом - два. Если на половом острове оба родившихся детеныша будут одного пола, то на этом вся история закончится. Если на свет появятся самка и самец, то эта пара произведет еще двух потомков, а на бесполом острове их родится уже восемь. Таким образом, при заданных условиях численность популяции бесполого острова будет расти экспоненциально, а на половом она так и останется равной двум особям. Очевидно, что эффективность бесполого размножения значительно выше (рис.1).
Рис.1.
Почему же тогда у эукариот, как правило, размножение половое, а бесполое - лишь редкое исключение? Именно потому, что при половом размножении возможна рекомбинация. Но если организмы, размножающиеся половым путем, так значительно проигрывают бесполым в эффективности размножения, то рекомбинация должна давать им преимущества, с лихвой покрывающие этот гигантский проигрыш. В чем же они заключаются?
Вернемся на наши умозрительные острова. И на одном, и на другом острове в генеративных клетках их обитателей возникают мутации. Полностью защититься от мутаций в принципе невозможно, ведь с ними неизбежно сопряжено копирование ДНК. Большинство мутаций оказываются вредными. Парадоксально, но очень вредные мутации не так опасны для генофонда популяции, как не очень вредные. Очень вредные мутации несовместимы с жизнью, их носители немедленно выбраковываются, и, следовательно, такие мутации не накапливаются в генофонде. А не очень вредные передаются потомкам, затем у них возникают новые не очень вредные мутации, и в итоге генофонд бесполой популяции медленно, но верно деградирует (рис.2,а).
Рис.2.
Выдающийся генетик Герман Мёллер впервые обратил внимание на медленную, но неуклонную деградацию бесполого генофонда за счет последовательного накопления не очень вредных мутаций. Сейчас в научной литературе этот процесс называется храповиком Мёллера. Мёллер показал, что бесполые популяции, несмотря на давление мутационного процесса, могут поддерживать свое существование за счет очень высокой численности и сильного давления стабилизирующего отбора, благодаря которому носители даже не очень вредных мутаций быстро погибают, а их место занимают клоны, свободные от мутаций.
Однако у храповика Мёллера есть еще одна неприятная особенность. Чем больше у организма генов, тем больше он накапливает мутаций. Вероятность мутации одного гена приблизительно равна 10-5 на гамету за поколение. Это значит, что каждая вторая из 10 тыс. гамет, содержащих 5 тыс. генов (именно столько их у бактерий), несет одну новую мутацию. Если в гамете 30 тыс. генов, как у нас млекопитающих, то каждая из 10 тыс. гамет несет в среднем три новых мутаций. Отсюда третье условие, позволяющее виду жить с храповиком Мёллера, - малый размер генома и как следствие - относительная простота организации.
Мощное и радикальное средство борьбы с храповиком Мёллера - рекомбинация. Перетасовывая гены при образовании гамет, она может перегрузить мутациями одни гаметы и одновременно недогрузить другие. В итоге особи, возникшие из перегруженных мутациями гамет, погибают, а продукты гамет, очищенных от мутаций, процветают (рис.2,б). Это позволяет рекомбинирующим организмам избавиться от ограничений, накладываемых храповиком Мёллера. Они могут позволить себе роскошь иметь большие геномы. Отсюда получается, что все мы высшие и сложные оттого, что наши далекие одноклеточные предки открыли для себя рекомбинацию и создали механизмы, гарантирующие регулярную перетасовку генов из поколения в поколение.
Гипотеза Мёллера - не единственное объяснение преимуществ рекомбинации. Очень подробные обзоры гипотез о преимуществах рекомбинации даны в книгах Дж.Мэнард Смита и М.Ридли .
Значение слова РЕКОМБИНАЦИЯ в Энциклопедии Биология
РЕКОМБИНАЦИЯ
Перераспределение (перекомбинирование) генетического материала родителей, в результате чего у потомков появляются новые сочетания генов, определяющие новые сочетания признаков. Другими словами, сочетание признаков у потомков никогда не повторяет сочетания признаков ни одного из родителей. Рекомбинация - основа комбинативной изменчивости, обеспечивающей бесконечное разнообразие особей внутри вида и неповторимость каждой из них. У эукариотических организмов, размножающихся половым путём, рекомбинация происходит в мейозе при независимом расхождении хромосом и при обмене гомологичными участками между гомологичными хромосомами (кроссинговере). Возможна и т. н. незаконная рекомбинация, когда структурные перестройки затрагивают негомологичные хромосомы. Рекомбинации бывают и в половых, и, гораздо реже, в соматических клетках. У прокариот (бактерий) и у вирусов существуют специальные механизмы обмена генами. Таким образом, рекомбинации - универсальный способ повышения генотипической изменчивости у всех организмов, создающий материал для естественного отбора. См. также изменчивость, Менделя законы.
Энциклопедия Биология. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое РЕКОМБИНАЦИЯ в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- РЕКОМБИНАЦИЯ
в физике -1) рекомбинация ионов и электронов в ионизованных газах и плазме - образование нейтральных атомов и молекул из свободных … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Современном энциклопедическом словаре:
- РЕКОМБИНАЦИЯ
(от ре... и позднелатинского combinatio - соединение) (генетическое), появление новых сочетаний генов, ведущих к новым сочетаниям признаков у потомства. У … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Энциклопедическом словарике:
и, ж. 1. спец. Расположение составных частей чего-нибудь в новом порядке. 2. физ. Процесс, обратный ионизации: превращение ионов с противоположными … - РЕКОМБИНАЦИЯ
РЕКОМБИН́АЦИЯ в физике: Р. ионов и электронов в ионизованных газах и плазме - образование нейтральных атомов и молекул из свободных … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Большом российском энциклопедическом словаре:
РЕКОМБИН́АЦИЯ (от ре... и позднелат. соmbinatio - соединение) (генетич.), появление новых сочетаний генов, ведущих к новым сочетаниям признаков у … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Полной акцентуированной парадигме по Зализняку:
ре`комбина"ция, ре`комбина"ции, ре`комбина"ции, ре`комбина"ций, ре`комбина"ции, ре`комбина"циям, ре`комбина"цию, ре`комбина"ции, ре`комбина"цией, ре`комбина"циею, ре`комбина"циями, ре`комбина"ции, … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Новом словаре иностранных слов:
(ре... + лат. combinatio соединение) 1) расположение составных частей чего-л. в новом порядке; 2) физ. процесс, обратный ионизации; при рекомбинации … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Словаре иностранных выражений:
[ре... + лат. combinatio соединение] 1. расположение составных частей чего-л. в новом порядке; 2. физ. процесс, обратный ионизации; при рекомбинации … - РЕКОМБИНАЦИЯ в словаре Синонимов русского языка:
воссоединение, перераспределение, … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Словаре русского языка Лопатина:
рекомбин`ация, … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Полном орфографическом словаре русского языка:
рекомбинация, … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Орфографическом словаре:
рекомбин`ация, … - РЕКОМБИНАЦИЯ в Современном толковом словаре, БСЭ:
(от ре … и позднелат. сombinatio - соединение), в генетике - появление новых сочетаний генов, ведущих к новым сочетаниям признаков … - РЕКОМБИНАЦИЯ ХРОМОСОМ в Медицинских терминах:
обмен участками гомологичных хромосом, приводящий к появлению хромосом с новым сочетанием … - РЕКОМБИНАЦИЯ ВИРУСОВ в Медицинских терминах:
обмен генетическими структурами между двумя вирусными геномами, происходящий в смешанно-зараженных … - РЕКОМБИНАЦИЯ БАКТЕРИЙ в Медицинских терминах:
(ре- + лат. combino связывать, сочетать) обмен участками бактериальных хромосом в результате конъюгации, трансформации или трансдукции, приводящий к появлению бактериальных … - КЛЕТКА: МИТОЗ - Д. РАСЩЕПЛЕНИЕ И РЕКОМБИНАЦИЯ в Словаре Кольера:
К статье КЛЕТКА: МИТОЗ Особенность мейоза состоит в том, что при клеточном делении экваториальную пластинку образуют пары гомологичных хромосом, а … - МЕЙОЗ в Энциклопедии Биология:
(деления созревания, период созревания), этап в образовании половых клеток; состоит из двух последовательных делений исходной диплоидной клетки (содержат два набора … - КРОССИНГОВЕР в Энциклопедии Биология:
, взаимный обмен участками между гомологичными (попарными) хромосомами. Происходит в процессе клеточных делений - мейоза и (гораздо реже) митоза на … - ГЕН в Энциклопедии Биология:
, единица генетического материала; участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов - РНК), определяющий (кодирующий) возможность развития какого-либо признака. Ген … - СТОЛКНОВЕНИЯ АТОМНЫЕ в Большом энциклопедическом словаре:
столкновения атомов, молекул, электронов и ионов друг с другом. Различают упругие атомные столкновения, при которых внутренние состояния частиц не изменяются, … - ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
разряд в газах, прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. Многообразие условий, определяющих …
Возможно, будет полезно почитать:
- Патриарх кирилл запретил актеру и священнику ивану охлобыстину служить в церкви Охлобыстин церковный сан ;
- Иван охлобыстин - биография, информация, личная жизнь Почему охлобыстин ушел из священников ;
- Ужин для ребенка 4 лет рецепты меню ;
- Принципы функционирования бюджетной системы РФ ;
- Особенности размещения населения на территории земли Население земли размещается равномерно средняя плотность населения ;
- Тонька-пулеметчица — cтрашная судьба страшного человека Фильм палач тонька пулеметчица реальная история ;
- Как поздравить начальницу с юбилеем? ;
- Российские студенты выиграли чемпионат мира по программированию Вот они, герои ;