什麼是位點特異性重組及其涉及的策略？

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簡介

DNA分子內部和分子之間遺傳資訊的重排包含各種過程，統稱為遺傳重組。遺傳事件可分為三類-

• 同源遺傳重組 - 它涉及兩個DNA分子之間遺傳資訊的交換。

• 位點特異性重組 - 遺傳資訊的交換僅發生在特定的DNA序列上。

• DNA轉座 - 它與其他兩類不同，因為它通常涉及一段具有獨特能力的短DNA分子片段，可以從染色體上的一個位置移動到另一個位置。

在本節中，我們將主要關注位點特異性重組，其定義、策略或類別以及一些示例。

位點特異性重組的定義

在這種型別的重組中，DNA序列的移動發生在基因組的非同源位點，即僅在特定DNA序列上發生的遺傳資訊交換。DNA的移動可以發生在同一染色體的兩個不同位置，也可以發生在兩個不同的染色體之間。

這會導致倒置序列的切割形成或DNA序列的整合。這項任務由一組特定的酶執行，稱為位點特異性重組酶。它們透過切割、交換和連線DNA雙鏈來提供幫助。但是，為了使這種酶發揮作用，它需要一個短的（20到200bp長）唯一的DNA序列。

這種型別的重組實際上發生在所有細胞中，並在不同物種中發揮不同的專門作用。整個過程的時機和結果的調節是在一個或多個輔助蛋白的幫助下完成的。

位點特異性重組的不同策略或類別

根據活性位點中是否存在酪氨酸或絲氨酸，位點特異性重組系統分為兩類。

酪氨酸類

• 一個單獨的重組酶首先識別並結合到兩個不同DNA分子或同一DNA上的兩個重組位點中的每一個。

• 每個位點中的一個DNA鏈在位點內的特定點被切割，並且酶重組酶透過一種稱為磷酸酪氨酸鍵的特殊型別的鍵與切割位點的DNA共價連線。

• 瞬態蛋白-DNA連線保持在切割DNA時丟失的磷酸二酯鍵上，因此ATP等高能輔助因子在後續步驟中變得微不足道。

• 然後將切割的DNA鏈連線到新的夥伴，從而形成霍利迪中間體，並以犧牲蛋白質DNA連線為代價產生新的磷酸二酯鍵。

• 為了完成反應，必須在兩個重組位點中的每一個的第二個點重複該過程。

絲氨酸類

• 在使用活性位點絲氨酸殘基的系統中，每個重組位點的兩條鏈同時被切割並重新連線到新的模式，而不會形成任何霍利迪中間體。

• 在這兩種型別的系統中，交換始終是互惠的和精確的，在反應完成後再生重組位點。

重組酶系統的作用機制

• 位點特異性重組酶能夠識別部分非迴文或不對稱的重組位點序列，並且兩個重組位點在重組酶反應期間以相同的取向排列。

• 結果僅僅取決於重組位點的方向位置。如果兩個位點位於同一DNA分子上，則反應要麼反轉要麼刪除中間的DNA，這取決於重組位點分別具有相同或相反的方向。

• 如果一個或兩個DNA是環狀的，則結果是插入，或者如果位點位於不同的DNA上，則重組是分子間的。

• 一些重組酶系統對這些反應型別之一具有高度特異性，並且僅作用於具有特定方向的位點。

位點特異性重組的例子

• 體外研究的第一個位點特異性重組是由噬菌體λ編碼的。

• 當λ噬菌體DNA進入大腸桿菌細胞時，會發生一系列複雜的調控事件，這些事件可能導致兩種結果之一。

• λ DNA複製併產生更多噬菌體-或者它整合到宿主染色體中，並在許多代中與染色體一起被動複製。

• 噬菌體編碼的λ整合酶透過作用於噬菌體和細菌DNA上的重組位點來幫助整合過程。

位點特異性重組的意義

• 位點特異性重組可導致DNA整合、序列倒置或導致缺失，這可以透過改變DNA序列在進化中發揮重要作用。

• 在原核生物中，由位點特異性重組系統介導的基因交換被發現對生長和適應機制（如基因表達控制）起主要作用。

• 在細菌中，它對於維持染色體的穩定性以確保每個子細胞都接收一個染色體複製至關重要。

結論

位點特異性重組是一種遺傳重組型別，它涉及特定DNA序列的移動，要麼在同一染色體的兩個不同位置，要麼在兩個不同染色體之間。

整個重組過程是在稱為位點特異性重組酶的酶系統的幫助下進行的，該酶系統進一步分為兩個家族，即酪氨酸和絲氨酸重組酶。在噬菌體λ中已經進行了廣泛的研究並闡明瞭這一點，但關於DNA重組過程與代謝之間相關性的研究仍在繼續。