(1) A recombinação genética envolve a troca de material genético entre cromossomos homólogos durante a meiose, gerando diversidade genética. (2) Na meiose, ocorre o crossing-over entre cromossomos homólogos, resultando na formação de cromossomos recombinantes. (3) Vários mecanismos moleculares, como o modelo de Holliday, explicam como ocorre a recombinação genética ao nível das moléculas de DNA.

1. Recombinação genética
Prof. Dra. Adriana Dantas
UERGS – Bento Gonçalves

2. Introdução
• Exatidão de replicação do DNA e do reparo dos
danos para manutenção da informação genética
garante sua transmissão dos progenitores a sua
prole
• Recombinação importante para a geração de
diversidade genética, crucial para a evolução.
• Diferenças genéticas entre os indivíduos provêem o
material inicial essencial para seleção natural, a
qual permite que as espécies evoluam e adaptem-
se a mudanças nas condições ambientais.

3. Recombinação geral ou
recombinação entre homólogos
• Permite que genes sejam rearranjados em
diferentes combinações.
• Resulta na troca de genes entre cromossomos
homólogos pareados durante a meiose.
• Envolvida em rearranjos de seqüências
especificas de DNA que alteram a expressão
genica durante o desenvolvimento e
diferenciaçao celular.

4. Recombinação geral
• A quebra e a
religação de duas
duplas hélices de DNA
homologas geram duas
moléculas de DNA que
sofreram
entrecruzamento
(crossed).
• Na meiose, este
processo permite que
cada cromossomo
contenha uma mistura
de genes maternos e
paternos.

5. Meiose I
Fase: Profase I (sub-fases)
Leptóteno – inicia-se a individualização dos cromossomos estabelecendo a
condensação (espiralização);
Zigóteno – aproximação dos cromossomos homólogos;
Paquíteno – máximo grau de condensação dos cromossomos, os braços curtos e
longos ficam mais evidentes e definidos, dois desses braços, em respectivos
homólogos, se ligam formando estruturas denominadas bivalentes ou tétrades.
Momento em que ocorre o crosing-over, isto é, troca de segmentos (permutação de
genes) entre cromossomos homólogos;
Diplóteno – começo da separação dos homólogos, configurado de regiões quiasmas
(ponto de intercessão existente entre os braços entrecruzados, portadores de
características similares);
Diacinese – com separação definitiva dos homólogos, já com segmentos trocados.
Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese
Prófase I

6. Recombinação na meiose
(1) Duas moléculas de DNA homologas,
geralmente oriundas de diferentes
cromossomos, se entrecruzam
(crossover), isto é, suas duplas hélices são
clivadas, e as duas extremidades são
unidas as fitas opostas correspondentes,
formando duas hélices intactas, cada uma
composta por partes das duas moléculas
DNA iniciais.

7. Recombinação na meiose
(2) O sitio da permuta (isto é, local em que
a dupla hélice vermelha é ligada a dupla
hélice cinza) pode ocorrer em qualquer
lugar das seqüência nucleotídeos
homologas das duas moléculas
participantes

8. Recombinação na meiose
(3) No local da permuta, a fita de DNA de
uma molécula de DNA é pareada a fita da
segunda molécula DNA, criando uma
junção de heteroduplex (quiasmas) que
une as duas hélices.
Esta região de heteroduplex pode conter
vários nucleotídeos.

9. Recombinação de meiose
(4) Nenhuma seqüência de nucleotídeos é
alterada no local da troca, normalmente
ocorre alguma replicação de DNA, mas os
eventos de clivagem e a religação
acontecem de modo tão preciso que
nenhum nucleotídeo é período ou
adicionado.

11. Como essa junção heteroduplex é formada e
como as duas regiões homologas reconhecem
uma a outra no local do crossover?
• Reconhecimento ocorre durante um
processo chamado sinapse de DNA
• Ocorre a formação de pares de bases
entre as fitas complementares das duas
moléculas de DNA

12. Sinapse de DNA
• Essencial para recombinação geral na meiose,
• É necessária apenas uma quebra em uma das
duas fitas de uma hélice de DNA, para produzir
uma fita exposta para a sinapse,
• Ocorre a quebra de uma ligação fosfodiester
permite que uma das extremidades separe-se de
sua fita complementar, liberando-a para formar
uma pequena heteroduplex com uma segunda
hélice de DNA intacta – assim iniciando a
sinapse.

13. Recombinação E.coli
• A recombinação geral requer vários tipos de enzimas
especializadas, alem de proteínas (DNA polimerase, ligase
e proteínas SSB)
• Em especial a proteína RecA de E. coli tem função central
na recombinação entre cromossomo.
• A proteína RecA catalisa a reação de sinapse de DNA de
várias etapas entre uma dupla hélice e uma região de fita
simples de DNA homologa.
• Estudos em bactérias, levou ao desenvolvimento do
modelo molecular de recombinação - Modelo de Holliday
(1964).

14. Modelo de Holliday
• A recombinação é iniciada pela introdução de
cortes em posições idênticas nas duas moléculas
de DNA parental.
• As fitas de DNA clivadas sofrem desenrolamento
parcial, e cada uma dessas junta a outra
molécula por pareamento de bases
complementares com fitas entrecruzadas.

16. Modelo de Holliday
• Após a formação de junção de Holliday, a junção das
fitas entrecruzadas gera moléculas recombinantes.
• Pode gerar dois diferentes isômeros:
– Heteroduplex recombinantes
– Heteroduplex não recombinantes
• Entretanto, esse modelo não explica como a
recombinação é iniciada por cortes simultâneos em
ambas as moléculas parentais, na mesma posição
–

19. Estrutura molecular de um junção
de Holliday

21. Recombinação por quebra de dupla fita
• Ambas as fitas de DNA
sofrem ressecção por
nucleases que digerem o
DNA no sentido 5’ para 3’,
produzindo extremidades
de fita simples.
• Estas fitas invadem outra
molécula parental por
pareamento homologo de
bases.

23. Enzimas envolvidas na recombinação
homologa
• A proteína central – RecA.
• Promove a troca de fitas entre DNAs homólogos,
levando a formação de heteroduplex.
• A ação da RecA tem três estágios:
– RecA se liga ao DNA de fita simples, recobrindo e formando um
filamento de proteína com o DNA
– RecA ligada ao DNA de fita simples se liga a uma segunda
molécula de DNA de fita dupla, formando um complexo entre
dois DNAs.
– Segue-se um pareamento especifico, por complementariedade
de bases, da fita simples de DNA com seu complemento, e
forma um heteroduplex.

25. Proteinas de E. coli envolvidas
• Após a formação de uma junção de Holliday, um
complexo de três outras proteínas envolve-se com a
recombinação:
– RuvA, B e C
• A RuvA reconhece a junção de recruta a Ruv B, que age
como um motor que direciona a migração do sitio da
junção no qual as fitas se entrecruzam, onde serão
cortadas e reunidas,
• A RuvC resolve a junção através da clivagem de fitas
entrecruzadas,
• A junção das fitas cortadas, através da ligação, completa
o processo de duas moléculas recombinantes.

28. RuvA DNA-Binding Surface

29. RuvA RuvB DNA Complex

30. The interaction of RuvC with
Holliday junction

31. Mecanismos moleculares da
recombinação genética
• Recombinação homóloga durante o reparo
do DNA
• Recombinação entre cromossomos
bacterianos durante a troca de material
genético

32. Recombinação geral
• Também conhecida como recombinação homologa a
permuta ocorre entre um par de seqüência de DNA
homologas.
• Estas seqüências estão localizadas em duas copias do
mesmo cromossomo, apesar de outros tipos de
moléculas de DNA.
• Essencial para correta segregação cromossômica que
ocorre durante a meiose de bacterias, fungos, plantas e
animais

33. Troca genética entre procariotos
• Não ocorre entre dois genomas inteiros (como ocorre
nos eucariotos)
• Ocorre entre um genoma completo, derivado de F-
(fator de fertilidade nas fêmeas, são receptoras) –
chamado de endogenoto
• Genoma incompleto , derivado do doador, chamado
exogenoto.
• Forma um diplóide parcial ou merozigoto.

34. Crossing-over entre exogenoto e
um merozigoto
a+
exogenoto
a+
a- (a)
a- a+ a-
endogenoto
inviável
merozigoto
(a)Um único crossing
leva a cromossomo a+
a+
linear parcialmente (b)
diplóide
a-
(b) Um numero par de a-
crossing leva a um
anel mais um inviável
fragmento linear viável

35. Crossing-over de merozigoto
• Um único crossing seria muito útil para
gerar recombinantes viáveis, pois o anel é
quebrado para produzir um cromossomo
estranho, linear, parcialmente diplóide.
• Para haver um anel intacto é preciso um
numero par de crossing

36. Recombinação sitio-especifica
• Ocorre entre seqüências de DNA especificas, homologas
somente em uma pequena região.
• Bacteriófago λ recombina com E. coli
• Interage com o cromossomo bacteriano, formando um pró-
fago que é mantido como parte do genoma bacteriano
(processo chamado lisogenia)
• DNA de E.coli e bacteriófago sofrem recombinação em sitio
chamado att (ligação: do inglês attachment).
• Recombinação do sitio attP (do fago) x attB (bactéria), os
quais tem aproximadamente 240 e 25 nucleotídeos de
comprimento, respectivamente.

39. Processo de recombinação
• O processo é mediado por uma proteína de λ
chamada integrase (Int), a qual se liga aos sítios
attP e attB, formando o complexo Int-attP se
liga a attB.
• Os fagos e as bactérias trocam as fitas de DNA
em uma região central de 15 nucleotídeos
compartilhada entre os dois sítios.
• A proteína Int introduz cortes desalinhados na
região central homologa entre attB e attP,
catalisa a troca das fitas, e liga as fitas
quebradas, integrando o DNA de λ no
cromossomo de E. coli.