Wissenschaft

Genetische Rekombination und Crossing Over

Genetische Rekombination bezieht sich auf den Prozess der Rekombination von Genen, um neue Genkombinationen zu erzeugen, die sich von denen beider Elternteile unterscheiden. Genetische Rekombination erzeugt genetische Variationen in Organismen, die sich sexuell vermehren.

 

Rekombination versus Überkreuzen

Die genetische Rekombination erfolgt durch die Trennung von Genen, die während der Gametenbildung bei der Meiose auftritt , die zufällige Vereinigung dieser Gene bei der Befruchtung und den Transfer von Genen, der zwischen Chromosomenpaaren in einem als Crossover bezeichneten Prozess stattfindet.

Durch Überkreuzen können Allele auf DNA-Molekülen ihre Position von einem homologen Chromosomensegment zum anderen ändern. Die genetische Rekombination ist für die genetische Vielfalt einer Art oder Population verantwortlich.

Als Beispiel für das Überqueren können Sie sich zwei fußlange Seile vorstellen, die auf einem Tisch nebeneinander aufgereiht liegen. Jedes Stück Seil repräsentiert ein Chromosom. Einer ist rot. Einer ist blau. Kreuzen Sie nun ein Stück über das andere, um ein „X“ zu bilden. Während die Seile gekreuzt werden, passiert etwas Interessantes: Ein 1-Zoll-Segment von einem Ende des roten Seils bricht ab. Es wechselt Orte mit einem 1-Zoll-Segment parallel dazu auf dem blauen Seil. Nun sieht es so aus, als hätte ein langer roter Strang an seinem Ende ein 1-Zoll-Segment aus Blau, und das blaue Seil hat ebenfalls ein 1-Zoll-Segment aus Rot an seinem Ende.

 

Chromosomenstruktur

Chromosomen befinden sich im Zellkern und werden aus Chromatin gebildet (Masse des genetischen Materials, das aus DNA besteht, die eng um Proteine ​​gewickelt ist, die als Histone bezeichnet werden). Ein Chromosom ist typischerweise einzelsträngig und besteht aus einer Zentromerregion, die eine lange Armregion (q-Arm) mit einer kurzen Armregion (p-Arm) verbindet.

 

Chromosomen-Duplikation

Wenn eine Zelle in den Zellzyklus eintritt, duplizieren sich ihre Chromosomen durch DNA-Replikation, um die Zellteilung vorzubereiten. Jedes duplizierte Chromosom besteht aus zwei identischen Chromosomen, sogenannten Schwesterchromatiden, die mit der Zentromerregion verbunden sind. Während der Zellteilung bilden Chromosomen gepaarte Sätze, die aus einem Chromosom von jedem Elternteil bestehen. Diese Chromosomen, die als homologe Chromosomen bekannt sind, sind in Länge, Genposition und Zentromerposition ähnlich.

 

Überqueren in Meiose

Eine genetische Rekombination, die ein Überkreuzen beinhaltet, tritt während der Prophase I der Meiose in der Sexualzellproduktion auf.

Die duplizierten Chromosomenpaare (Schwesterchromatiden), die von jedem Elternteil gespendet wurden, reihen sich eng aneinander und bilden eine sogenannte Tetrade. Eine Tetrade besteht aus vier Chromatiden .

Da die beiden Schwesterchromatiden nahe beieinander ausgerichtet sind, kann ein Chromatid vom mütterlichen Chromosom Positionen mit einem Chromatid vom väterlichen Chromosom kreuzen. Diese gekreuzten Chromatiden werden als Chiasma bezeichnet.

Eine Überkreuzung tritt auf, wenn das Chiasma bricht und die gebrochenen Chromosomensegmente auf homologe Chromosomen umgeschaltet werden. Das gebrochene Chromosomensegment des mütterlichen Chromosoms wird mit seinem homologen väterlichen Chromosom verbunden und umgekehrt.

Am Ende der Meiose enthält jede resultierende haploide Zelle eines von vier Chromosomen. Zwei der vier Zellen enthalten ein rekombinantes Chromosom.

 

Überqueren bei Mitose

In eukaryotischen Zellen (solche mit einem definierten Kern) kann es auch während der Mitose zu einer Überkreuzung kommen .

Somatische Zellen (nicht geschlechtsspezifische Zellen) unterliegen einer Mitose, um zwei unterschiedliche Zellen mit identischem genetischem Material zu produzieren. Daher erzeugt jede Überkreuzung, die bei der Mitose zwischen homologen Chromosomen auftritt, keine neue Kombination von Genen.

 

Nicht homologe Chromosomen

Eine Überkreuzung, die in nicht homologen Chromosomen auftritt, kann eine Art von Chromosomenmutation erzeugen, die als Translokation bekannt ist.

Eine Translokation tritt auf, wenn sich ein Chromosomensegment von einem Chromosom löst und sich auf einem anderen nicht homologen Chromosom an eine neue Position bewegt. Diese Art der Mutation kann gefährlich sein, da sie häufig zur Entwicklung von Krebszellen führt.

 

Rekombination in prokaryotischen Zellen

Prokaryontische Zellen unterliegen ebenso wie einzellige Bakterien ohne Zellkern einer genetischen Rekombination. Obwohl sich Bakterien am häufigsten durch binäre Spaltung vermehren, erzeugt diese Art der Fortpflanzung keine genetische Variation. Bei der bakteriellen Rekombination werden Gene eines Bakteriums durch Überkreuzen in das Genom eines anderen Bakteriums eingebaut. Die bakterielle Rekombination wird durch die Prozesse der Konjugation, Transformation oder Transduktion erreicht.

Bei der Konjugation verbindet sich ein Bakterium über eine als Pilus bezeichnete Proteinröhrchenstruktur mit einem anderen. Gene werden durch dieses Röhrchen von einem Bakterium zum anderen übertragen.

Bei der Transformation nehmen Bakterien DNA aus ihrer Umgebung auf. Die DNA-Überreste in der Umwelt stammen am häufigsten aus toten Bakterienzellen.

Bei der Transduktion wird bakterielle DNA durch ein Virus ausgetauscht, das Bakterien infiziert, die als Bakteriophagen bekannt sind. Sobald die fremde DNA durch Konjugation, Transformation oder Transduktion von einem Bakterium internalisiert wurde, kann das Bakterium Segmente der DNA in seine eigene DNA einfügen. Dieser DNA-Transfer erfolgt durch Überkreuzen und führt zur Bildung einer rekombinanten Bakterienzelle.

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