Презентация на тему: Механизмы рекомбинации

Механизмы рекомбинации
План лекции:
Типы рекомбинации
Гомологичная рекомбинация (1903/1919)
Структура Холлидея
Структура Холлидея
Структура Холлидея или полухиазма
Ферменты рекомбинации
Стадии рекомбинации
Стадии рекомбинации
Стадии рекомбинации
Сайт-специфическая рекомбинация бактериофага λ
Механизмы рекомбинации
Незаконная рекомбинация
Заключение
1/15
Средняя оценка: 4.5/5 (всего оценок: 55)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (2502 Кб)
1

Первый слайд презентации: Механизмы рекомбинации

Лекция №6 Лектор: Давыдова Ольга Константиновна, к.б.н., доцент Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего образования « Оренбургский государственный университет» Химико-биологический факультет Кафедра биохимии и микробиологии

Изображение слайда
2

Слайд 2: План лекции:

Типы генетической рекомбинации. Общая (гомологичная) рекомбинация. Разрыв и воссоединение нитей ДНК. Ассимиляция нитей. Образование гетеродуплексной области. Структуры Холлидея. Энзимология процесса рекомбинации. Роль нуклеазы RecBC D Белок RecA и условия рекомбинации. Функция белков RuvABC. Сайт-специфическая рекомбинация. Гены, контролирующие интеграцию и эксцизию. Молекулярные механизмы процесса. Незаконная рекомбинация 2

Изображение слайда
3

Слайд 3: Типы рекомбинации

Рекомбинация – возникновение новых последовательностей ДНК за счёт разрывов и перевоссоединения предшествующих молекул Рекомбинация также создает разнообразие комбинаций генов, обеспечивающих высокий уровень наследственной изменчивости, что, в свою очередь, позволяет популяции лучше адаптироваться в ходе эволюции может происходить у эукариот, у бактерий и даже при размножении вирусов, в том числе таких, генетический материал которых состоит из РНК Общая или гомологичная Сайт-специфическая Случайная или незаконная 3

Изображение слайда
4

Слайд 4: Гомологичная рекомбинация (1903/1919)

- обмен участками между гомологичными молекулами ДНК Новых последовательностей не создаётся, а перетасовываются уже имевшиеся сходные варианты одной и той же последовательности при участии большого набора специальных белков Возникновение в одном или обоих дуплексах участков из одиночных цепей ДНК, которые затем с помощью специальных белков находят комплементарные последовательности в гомологичном дуплексе; Образование гетеродуплекса- ключевого промежуточного продукта (интермедиата) рекомбинации; Обмен равными частями гомологичных молекул 4

Изображение слайда
5

Слайд 5: Структура Холлидея

Структу́ра Холлиде́я   — структура из четырёх цепей нуклеиновых кислот, соединённых друг с другом водородными связями с образованием четырёх двуцепочечных ветвей Эти ветви могут принимать несколько различных конформаций в зависимости от концентрации солей в окружающем буферном растворе и последовательности нуклеотидов, располагающихся в непосредственной близости от точки соединения Структура названа в честь английского молекулярного биолога Робина Холлидея, который предположил её существование в 1964 году 5 © http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/bioarticles/f_5ai2

Изображение слайда
6

Слайд 6: Структура Холлидея

Робин Холлидей (1932—2014) предположил структуру соединения, как часть своей модели гомологичной рекомбинации, разработанной на его исследованиях  Saccharomyces cerevisiae. Холлидей понял, что в ходе кроссинговера должны образовываться гетеродуплексы ДНК с некоторыми неспаренными основаниями ввиду небольших различий между вариантами (аллелями) одного гена. В 1975 году Метью Мезельсон и Чарли Рэддинг обновили модель и ввели идею миграции цепей. Первое экспериментальное доказательство существования соединений Холлидея было получено в конце 1970-х годов при помощи электронной микроскопии, где на изображениях ДНК плазмид и бактериофагов были отчётливо видны структуры из четырёх цепей. В 1980-е годы были идентифицированы ферменты, отвечающие за инициацию образования соединений Холлидея и связывание с ними. В 1983 году Надриан Симэн впервые получил искусственные структуры Холлидея из синтетических олигонуклеотидов. 6 © https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D1%8F

Изображение слайда
7

Слайд 7: Структура Холлидея или полухиазма

- промежуточное соединение, где происходит комплементарное спаривание между одноцепочечными участками, принадлежащими разным родительским цепям ДНК. Образуются гетеродуплексные районы. Полухиазма может перемещаться вдоль цепи ДНК. Изображения полухиазм получены в электронном микроскопе 7 © http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/bioarticles/f_5ai2 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D1%8F

Изображение слайда
8

Слайд 8: Ферменты рекомбинации

RecBCD-нуклеаза, состоящая из 3 субъединиц ( R ecB, R ecC и R ecD ), связывается с концом двухцепочечной ДНК и «расстёгивает» ее RecBCD может гидролизовать одно- и двуцепочечную ДНК, имеет также хеликазную активность: RecD — быстрая хеликаза, сидящая на 5’-цепи, а хеликаза RecB медленнее и сидит на 3'-цепи Продвигается вдоль ДНК до С hi -сайта - особой 8-нуклеотидной последовательности (5'-GCTGGTGG-3'), разрывает 3 ’ -цепь Образуется одноцепочечная ДНК ( D -петля) Rec А формирует филамент, SSB -белок выпрямляет одноцепочечную ДНК D-петля разрезается с помощью одной из эндонуклеаз E. coli, что приводит к полухиазме Холлидея RecBCD удаляет 5 ’ -конец ДНК-полимераза и ДНК-лигаза застраивают бреши и разрывы. 8 © http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/bioarticles/f_5ai2

Изображение слайда
9

Слайд 9: Стадии рекомбинации

RecA- белок связывается с одноцепочечной ДНК, образуя RecA -ДНК-филамент. Приводит во взаимодействие одноцепочечную ДНК с гомологичными дуплексами. Наличие двух сайтов связывания с ДНК. Удаление гетеродуплекса путём миграции ветвления 9 © http://m.iopscience.iop.org/0957-4484/23/36/365301/article

Изображение слайда
10

Слайд 10: Стадии рекомбинации

Последующие этапы - миграцию ветвления и разрешение полухиазмы осуществляют белки: RuvA, RuvB и RuvC - продукты генов ruvA, ruvB и ruvC. RuvA узнает крестообразную полухиазму и нацеливает на нее RuvB. RuvB узнает комплекс RuvA-полухиазма и, используя энергию АТФ и работая как ДНК-хеликаза, осуществляет миграцию полухиазмы в том же направлении, что и RecA-белок in vitro. Резолваза RuvC узнает комплекс RuvB-полухиазма, связывается с ним. На этом миграция полухиазмы прекращается. 10 Процесс миграции ветвей сопровождается перемещением точки ветвления https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D1%8F

Изображение слайда
11

Слайд 11: Стадии рекомбинации

11 http://www.blackwellpublishing.com/trun/artwork/Animations/Recombination/recombination.html

Изображение слайда
12

Слайд 12: Сайт-специфическая рекомбинация бактериофага λ

Происходит между специфическими сегментами дуплексов ДНК, не имеющими протяженных гомологичных участков. Фермент распознает специфические последовательности ДНК, чья рекомбинация катализируется. Эти интегразы не формируют сочленения гетеродуплекса. Вместо этого они образуют надрезы с обоих концов линейной последовательности и затем катализируют взаимодействие этих концов ДНК с ДНК – мишенью, разрывая в ней фосфодиэфирные связи. Характерным примером такой рекомбинации служит встраивание кольцевой ДНК фага λ в хромосому Е. coli и ее обратное выщепление. При интегрирование ДНК фага лямбда в хромосому E.coli в случае лизогенного пути развития фага происходит образование сложно структурированного нуклеопротеинного комплекса, т.н. интасомы. 12

Изображение слайда
13

Слайд 13

Рекомбинация происходит в пределах специфической нуклеотидной последовательности ДНК фага λ (attP-сайт) и уникальной последовательности ДНК Е. coli (аttВ-сайт). Нуклеотидные последовательности attP- и attВ-сайтов совершенно различны, хотя имеют общее ядро (О) протяженностью в 15 нуклеотидных пар. AttP (POP') простирается на 150 нуклеотидов влево (Р) и на 75 нуклеотидов вправо (Р') от общего ядра, a attB (BOB') – это сегмент длиной всего около 25 нуклеотидов, включая и ядро. Поскольку нуклеотидные последовательности, фланкирующие attP- и attВ-сайты слева (attL) и справа (attR), для этих сайтов различаются, механизм рекомбинационного выщепления ДНК фага λ из ДНК Е. coli должен отличаться от механизма их рекомбинационной интеграции. Для рекомбинации между attL и attR при исключении фаговой ДНК помимо белка Int необходимы фаговый белок xis и клеточный белок HF. Процесс рекомбинационного выщепления, по-видимому, имеет некоторое сходство с процессом интеграции, но роль указанных трех белков, особенно белка xis, все еще изучается. 13 © http://www.cellbiol.ru/book/molekulyarnaya_biologiya/rekombinaciya_dnk/sajtspecificheskaya_rekombinaciya

Изображение слайда
14

Слайд 14: Незаконная рекомбинация

- рекомбинация между негомологичными нуклеотидными последовательностями происходит в клетках прокариот и дрожжей достаточно редко, а в клетках млекопитающих – весьма часто. К негомологичной рекомбинации можно отнести процесс случайного встраивания вирусной или плазмидной ДНК в ДНК клеток животных, в результате чего в реплицирующихся геномах появляется множество делеций и дупликаций. Незаконная рекомбинация 14

Изображение слайда
15

Последний слайд презентации: Механизмы рекомбинации: Заключение

Микроорганизмам свойственны генетические рекомбинации, которые определяются прежде всего способом размножения и закономерностями передачи генетического материала. В связи с тем, что прокариотам не присуще половое размножение, рекомбинация у них происходит в результате внутригеномных перестроек, заключающихся в изменении локализации генов в пределах хромосомы, или при проникновении в клетку реципиента части ДНК донора Таким образом, генетическая рекомбинация – это перераспределение материала между молекулами или внутри молекулы ДНК, приводящее к появлению новых комбинаций генов или других нуклеотидных последовательностей Неподвижные структуры Холлидея с несимметричными последовательностями, которые фиксируют структуру в строго определённом положении, были созданы искусственно с целью изучения их структуры. Позднее такие структуры нашли применение в качестве основных строительных структурных блоков в ДНК-нанотехнологиях: несколько структур Холлидея могут быть собраны в единую конструкцию с определённой геометрией 15 Слева:  модель плитки из ДНК, используемая для создания другой двумерной периодической решётки.  Справа: микрофотография собранной решётки https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8_%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B5_%D0%94%D0%9D%D0%9A

Изображение слайда