Recombinación

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Significados de Recombinación

La recombinación puede referirse a varias materias, incluido los siguientes procesos: un proceso en genética, véase recombinación (genética), un proceso en física, véase recombinación (física), un proceso en química, véase recombinación (química), un proceso en inmunología, véase recombinación en este cambpo, y un proceso en informática, véase recombinación (algoritmo evolutivo).

La recombinación puede referirse, entonces, a:

• Generación y recombinación de portadores, en semiconductores, la cancelación de portadores de carga móviles (electrones y huecos).
• Cruce (algoritmo genético), también llamado recombinación.
• La recombinación taxonómica es la reordenación de la combinación de género y epíteto específico como resultado de una nueva interpretación de la clasificación filogenética.
• Recombinación genética, proceso por el que el material genético se rompe y se une a otro material genético: Recombinación bacteriana y Recombinación homóloga (véase más abajo).
• Recombinación plasmática, formación de átomos neutros a partir de la captura de electrones libres por los cationes de un plasma.
• Recombinación (química), lo contrario de la disociación.
• Recombinación (cosmología), momento en el que protones y electrones formaron hidrógeno neutro en la línea de tiempo del Big Bang (véase más).Entre las Líneas En cosmología, entonces, la recombinación representa el momento en que los electrones del universo se combinaron con los primeros núcleos atómicos para formar los primeros átomos. Véase también recombinación disociativa.

Datos verificados por: Mix

La Recombinación genética

La Recombinación genética es la formación de nuevas secuencias genéticas mediante la unión de segmentos de otras ya existentes. La genética clásica se basa en la transmisión de rasgos, atribuibles a determinados determinantes genéticos o genes, a través de las generaciones sexuales. Los genes están presentes predominantemente en los cromosomas, que son las estructuras en forma de hilo que llenan el núcleo de la célula y se dividen a medida que las células se dividen. El componente clave de los cromosomas es el ADN; cada cromosoma tiene una única molécula de ADN de doble cadena enrollada y plegada que recorre su longitud, y los genes de los cromosomas ocupan segmentos de este ADN. Véase también: Cromosoma; Ácido desoxirribonucleico (ADN); Gen; Genética

La recombinación suele seguir a la transferencia de ADN en las bacterias y, en los organismos superiores, es una característica habitual de la reproducción sexual. La característica básica de la reproducción sexual es la alternancia cíclica entre el estado diploide, con un doble juego de cromosomas (dos de cada tipo), y el estado haploide, con un solo juego. Los animales y la mayoría de las plantas con flores son diploides, y sus células germinales (óvulos y espermatozoides, o huevos y granos de polen) son haploides.Entre las Líneas En la mayoría de los hongos, el organismo es normalmente haploide, pero la fecundación sexual crea una célula diploide transitoria que se divide inmediatamente para formar una tétrada de cuatro esporas haploides. Véase también: Reproducción animal; Reproducción vegetal

En todos los organismos que se reproducen sexualmente, la transición del estado diploide al estado haploide se produce mediante el proceso de meiosis: dos rondas de división celular acompañadas de una sola división de los cromosomas. Los dos cromosomas de cada tipo presentes en la célula madre meiótica diploide se segregan necesariamente en productos meióticos haploides diferentes. Véase también: Meiosis

Reagrupación libre y enlace

Cuando la célula diploide que se somete a la meiosis es heterocigota, es decir, es portadora de dos formas alternativas (alelos) de un mismo gen heredado de diferentes progenitores, la segregación meiótica de los pares cromosómicos garantizará que la mitad de los productos meióticos (células germinales) serán portadores de una alternativa y la otra mitad de la otra. Cuando el diploide es doblemente heterocigoto (A/a B/b), los dos pares de alelos segregan independientemente uno del otro en la meiosis, siempre que las dos diferencias genéticas estén asociadas a pares cromosómicos diferentes.Entre las Líneas En consecuencia, se producirán cuatro productos posibles -AB, Ab, aB y ab- con una frecuencia estadísticamente igual. Véase también: Alelo; Mendelismo

Si los dos genes de un doble heterocigoto Aa Cc se encuentran en el mismo cromosoma y no están muy alejados entre sí, muestran ligamiento, y las combinaciones parentales (por ejemplo, AC y ac) tienden a aparecer en los productos meióticos con más frecuencia que los tipos recombinantes (Ac y aC). El hecho de que los tipos recombinantes Ac y aC aparezcan es el resultado de los intercambios recíprocos entre cromosomas (crossing-over) que tienen lugar en la primera división meiótica. La naturaleza recíproca de estos eventos se muestra con mayor claridad en hongos como la levadura y el hongo filamentoso Neurospora crassa, donde los cuatro productos de una sola meiosis pueden recuperarse juntos como una tétrada de células haploides (o, en el caso de Neurospora, una tétrada de pares de esporas).Entre las Líneas En estos organismos, un tipo de recombinación (Ac) suele ir acompañado en la misma tétrada por el producto recíproco (aC). Véase también: Cruzamiento (genética); Enlace (genética)

Sólo dos de los cuatro miembros de la tétrada suelen ser recombinantes. Las tétradas de constitución AC, Ac, aC, ac son mucho más comunes que las que contienen cuatro productos recombinantes, deduciéndose que el entrecruzamiento entre pares de cromosomas se produce después de que los cromosomas se hayan replicado y que cada cruce implica sólo la mitad de cada cromosoma dividido (cromátida). Si se produce más de un cruce dentro del grupo de ligamiento, es cuestión de azar qué cromátida de cada cromosoma está implicada en cada quiasma (el punto de contacto, o cruce, entre cromátidas emparejadas).

Mapas cromosómicos

Todos los marcadores genéticos segregantes que se encuentran en un organismo determinado pueden asignarse a cualquiera de una serie de grupos de ligamiento. Los marcadores de diferentes grupos se reordenan de forma independiente, mientras que los marcadores del mismo grupo están vinculados. El número de grupos de enlace es el mismo que el número haploide de cromosomas. Además, a través de las correlaciones de los cambios en las relaciones de ligamiento con aberraciones cromosómicas específicas, cada grupo de ligamiento puede asignarse a un cromosoma concreto.

La medida del enlace es la frecuencia de recombinación [(Ac + aC)/(AC + Ac + aC + ac)], que a menudo se expresa en forma de porcentaje, y debe ser significativamente inferior al 50% para poder distinguirse del reordenamiento aleatorio. La distancia del mapa, en unidades de mapa o centimorgans (cM), entre dos marcadores es 100 veces el número medio de cruces por cromátida, o 50 veces el número medio por tétrada meiótica. Si nunca hay más de un cruce entre los marcadores, la frecuencia de recombinación es igual a la distancia del mapa. Sin embargo, si hay un número significativo de cruces dobles o múltiples, la frecuencia de recombinación es una subestimación de la distancia del mapa porque cada cruce adicional dentro de un intervalo marcado tiene tantas posibilidades de cancelar la recombinación como de causarla. A partir de una determinada distancia, la frecuencia de recombinación se aproxima a un valor límite del 50%.Entre las Líneas En la práctica, el mapa de ligamiento de cada cromosoma se construye a partir de la suma de una serie de intervalos, siendo cada uno de ellos demasiado corto para que los cruces dobles tengan un efecto significativo. Un corolario de la teoría del mapeo cromosómico es que la longitud total del mapa de un grupo de ligamiento debe ser 50 veces la frecuencia media de quiasma del par cromosómico correspondiente en la meiosis. Esto se ha confirmado en organismos, incluido el maíz (Zea mays), en los que se dispone tanto de mapas de ligamiento relativamente completos como de recuentos precisos de quiasmas. Véase también: Mapeo genético

La cantidad media de ADN que corresponde a un 1% de recombinación (una unidad de mapa) varía enormemente entre especies, desde menos de 10.000 pares de bases de ADN en la levadura Saccharomyces cerevisiae hasta cerca de un millón de pares de bases en los seres humanos, e incluso valores más altos en algunos anfibios y plantas con flores. Además, el valor varía de una parte del genoma a otra dentro de una misma especie porque no todas las regiones cromosómicas tienen la misma probabilidad de cruce.

Un método estándar para determinar la secuencia de tres marcadores vinculados es el cruce de prueba de tres puntos. Este mide las frecuencias de los ocho tipos posibles de productos meióticos formados por un diploide que segrega con respecto a tres marcadores ligados, digamos ACD/acd. Si los marcadores están en el orden escrito, los productos meióticos recombinantes de constitución AcD o aCd serán relativamente infrecuentes en comparación con Acd, aCD, ACd y acD porque, a diferencia de estas últimas clases, que surgen de cruces simples, requieren cruces dobles relativamente raros para su formación. El método se vería seriamente perjudicado si los cruces tendieran a producirse en grupos, de forma que los dobles y los múltiples fueran tan probables como los simples. De hecho, la aparición de un cruce en un intervalo cromosómico tiende a reducir la probabilidad de un cruce en un intervalo adyacente, lo que constituye un efecto denominado interferencia de cruces o quiasma. También se ha deducido una menor probabilidad de ocurrencia de cruces más allá del primero a partir del recuento de quiasmas al microscopio. Mientras que la probabilidad de que haya al menos un quiasma es casi del 100% (muy pocos pares de cromosomas quedan sin unir por quiasma en la primera división meiótica), los cromosomas más cortos no suelen tener más de uno e incluso los más largos pueden no tener nunca más de tres o cuatro.

Conversión

Antes se pensaba que la recombinación sólo se producía entre los genes, nunca dentro de ellos. De hecho, la supuesta indivisibilidad del gen se consideraba una de sus características definitorias, siendo la otra que era una única unidad de función. El criterio funcional era la falta de complementariedad de los alelos. Si dos mutantes defectuosos de origen independiente no lograban compensar los defectos del otro para determinar un fenotipo más normal cuando se presentaban juntos en un heterocigoto, entonces se pensaba que ninguno era capaz de suministrar la función normal que era defectuosa en el otro; por lo tanto, ambos debían ser defectuosos en el mismo gen, definido como una unidad de función. Las dos definiciones coincidían en que las mutaciones situadas en el mismo gen por el criterio de complementación estaban siempre, al menos, muy vinculadas. Sin embargo, el examen de progenies muy amplias muestra que, en todos los organismos estudiados, casi todas las mutaciones alélicas funcionales de origen independiente pueden recombinarse entre sí para dar productos no mutantes, generalmente con frecuencias que van desde unos pocos porcentajes (la frecuencia excepcionalmente alta encontrada en Saccharomyces) hasta el 0,001% o menos. La unidad indivisible de recombinación no es mayor que un solo par de bases de ADN.

Las mutaciones dentro de un gen pueden mapearse en un orden lineal, bien utilizando el criterio de la frecuencia de recombinación o, más exactamente, mediante el mapeo por deleción, que utiliza deleciones de segmentos extendidos del gen. Las mutaciones de deleción que se solapan no pueden recombinarse para dar recombinantes normales, ya que ninguna tiene toda la secuencia en la que la otra es defectuosa. Por la misma razón, una mutación de deleción no da recombinantes con ninguna mutación de un solo par de bases que caiga dentro de la región definida por la deleción. Dada una serie de deleciones superpuestas, cualquier mutación puntual puede situarse dentro de uno u otro de los segmentos definidos por las deleciones y sus solapamientos.

El análisis de la tétrada, especialmente en S. cerevisiae, muestra que la recombinación dentro de los genes es, con mucha frecuencia, no recíproca.Entre las Líneas En un cruce entre dos mutantes alélicos, se forman productos tanto no mutantes como doblemente mutantes, pero rara vez en la misma tétrada. Este fenómeno se denomina conversión génica y debe representar la transferencia no recíproca de la secuencia de ADN entre cromátidas de cromosomas emparejados. La conversión génica también se encuentra en cruces que implican una única diferencia mutacional. Además del patrón de segregación de tétradas 2:2 esperado, en la levadura se pueden encontrar hasta varios porcentajes de 3:1 y 1:3; la frecuencia en otros organismos experimentales es generalmente muy inferior. Tanto en Saccharomyces como en otros hongos, los genes suelen mostrar un gradiente de frecuencia de conversión de un extremo a otro de un gen, lo que constituye un efecto denominado polaridad de conversión.

La conversión afecta a veces sólo a la mitad de una cromátida, lo que equivale a una sola hebra de ADN, en lugar de a las dos hebras de la doble hélice.Entre las Líneas En este caso, la formación de un gen completamente convertido se retrasa hasta después de la primera replicación del ADN tras la meiosis. Cuando los genes donantes y receptores difieren en más de un marcador mutacional, los dos marcadores suelen transferirse juntos (coconvertidos). La frecuencia de la coconversión, en comparación con la conversión de un solo marcador, disminuye a medida que aumenta la distancia entre los marcadores. La relación entre la frecuencia y la distancia indica que la conversión implica la transferencia de segmentos de ADN comúnmente del orden de varios cientos a algunos miles de pares de bases de longitud. La coconversión no da lugar a ninguna recombinación de marcadores. Para recombinar dos marcadores dentro de un gen, un segmento de conversión tiene que incluir uno pero no el otro. Véase también: Mutación

Teoría unificadora

La recombinación entre y dentro de los genes puede parecer dos procesos distintos que implican el cruce recíproco y la conversión no recíproca, respectivamente. Sin embargo, resulta atractivo postular que ambos se derivan del mismo tipo de evento iniciador. La conversión dentro de un gen va acompañada a menudo (con una frecuencia del 40-50%) de un cruce estrechamente adyacente, que es detectable a través de la recombinación recíproca de los marcadores que flanquean el gen que sufre la conversión. Tanto las conversiones como los cruces se forman probablemente a partir de estructuras precursoras que implican la transferencia local unilateral de segmentos de ADN entre cromátidas. Dichas estructuras, que se denominan tractos de conversión, darán lugar a una conversión génica observable sólo en el raro caso de que el segmento transferido incluya un marcador genético. Si la estructura se convierte en un cruce (lo que se supone que ocurre en la levadura con una probabilidad del 40-50%), siempre dará lugar a un cruce recíproco entre los marcadores flanqueantes, independientemente de lo distantes que estén del evento inicial.Entre las Líneas En el caso de la recombinación entre marcadores extremadamente cercanos (en particular los que se encuentran dentro del mismo gen), el evento iniciador está necesariamente muy cerca de los marcadores que se recombinan, que tendrán así una alta probabilidad de ser incluidos en el tracto de conversión.

Mecanismos moleculares

Existen dos hipótesis predominantes sobre la naturaleza del evento que inicia la recombinación.Entre las Líneas En el primer modelo, una cromátida implicada en el emparejamiento meiótico se corta en una hebra de su ADN, probablemente en uno de los numerosos sitios especiales distribuidos a lo largo del cromosoma. A continuación, un tramo de ADN monocatenario se desenrolla de un lado del corte e invade el ADN de la otra cromátida, desplazando el segmento monocatenario correspondiente de su dúplex.Entre las Líneas En la secuencia más sencilla, la hebra invasora queda sellada en el dúplex receptor, creando un desajuste entre las hebras complementarias en cualquier punto en el que los dúplex receptor y donante difieran. Este desajuste puede dejarse sin reparar, dando lugar a la conversión de media cromátida y a la segregación postmeiótica; o (más frecuentemente, al menos en la levadura) se repara mediante la escisión y la sustitución del desajuste en una hebra, ya sea para restaurar la disposición original o para convertir la cromátida entera receptora al tipo de la donante. Para explicar la asociación entre la conversión y el crossing-over, se supone que el puente de una sola hebra puede conducir a un intercambio recíproco de una sola hebra (una unión Holliday) y luego a un intercambio recíproco de dos hebras, es decir, a un crossover regular. La probabilidad de que una transferencia de una sola hebra conduzca a un cruce es variable, pero rara vez supera el 50%.

Una hipótesis radicalmente diferente propone que el acontecimiento iniciador es una rotura de doble cadena, que puede ampliarse posteriormente a una brecha, en una cromátida. La brecha se repara mediante la copia de ambas hebras de la cromátida asociada no dañada. El proceso de reparación implica la formación de uniones Holliday a ambos lados de la brecha y, dependiendo de la forma en que se resuelvan, puede producirse el entrecruzamiento. La hipótesis de la ruptura de la doble cadena explica la conversión con o sin cruce adyacente, pero no explica fácilmente la aparición de eventos de conversión que afectan sólo a la mitad de una cromátida, lo que lleva a la segregación postmeiótica. Sin embargo, esto también puede explicarse si las regiones de heterodúplex que se formarían a cada lado de la brecha (a partir del recocido de los extremos de una sola hebra en el dúplex no dañado) son suficientemente extensas.

Ambas hipótesis prevén una dispersión de segmentos de conversión en todos los pares de cromosomas, estando algunos de ellos asociados a cruces. Ambas explican la polaridad en la conversión de genes como resultado de que los cortes iniciales del ADN, ya sean de una o dos cadenas, se producen en sitios preferidos del ADN; la probabilidad de formación de heterodúplex o gapping, y por tanto la probabilidad de que un marcador sufra la conversión, debería disminuir con el aumento de la distancia a dicho sitio. El modelo de rotura de la doble cadena parece más probable, sobre todo porque un sitio en el extremo de alta conversión de al menos un gen de levadura parece sufrir una rotura de la doble cadena en la meiosis. Sin embargo, es posible que haya que incluir elementos de ambos mecanismos propuestos en un modelo más refinado.

La mayoría de las especulaciones sobre los mecanismos de recombinación se han centrado en la recombinación de los cromosomas como moléculas de ADN, lo cual es una simplificación excesiva. Todavía se sabe poco sobre cómo la estructura proteica de orden superior del ADN de los cromosomas afecta a su recombinación. Además, el papel del complejo sinaptonémico, a través del cual pueden tener que pasar las hebras de ADN intercambiadas, es oscuro. Véase también: Biología molecular

Recombinación mitótica

El cruce entre pares de cromosomas homólogos también puede producirse durante la profase de la división nuclear mitótica. La frecuencia es muy inferior a la de la meiosis, presumiblemente porque la célula mitótica no forma el aparato sináptico para el emparejamiento eficiente de los homólogos. El crossing-over mitótico se ha estudiado en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, en el hongo filamentoso Aspergillus nidulans y en la levadura Saccharomyces.Entre las Líneas En estas especies, se detecta a través de la formación de clones homocigóticos de células en un diploide inicialmente heterocigótico. Existe un 50% de posibilidades de homocigosis en las células hijas siempre que se produzca un cruce entre cromátidas en el intervalo entre el marcador y el centrómero (el lugar de unión de los cromosomas al huso mitótico). La frecuencia de los cruces mitóticos se ve incrementada en gran medida por la radiación. Véase también: Mitosis

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Integración de fragmentos de ADN bacteriano

Las bacterias no tienen reproducción sexual en sentido estricto, pero muchas o la mayoría de ellas son capaces de transferir fragmentos de ADN de célula a célula por uno de estos tres mecanismos:

• Los fragmentos del genoma bacteriano pueden unirse al ADN del plásmido y transferirse por conjugación celular mediante el mismo mecanismo que asegura la transferencia del ADN de los plásmidos transmisibles.
• Los fragmentos genómicos pueden ser transportados de célula a célula en las capas infectivas de los virus bacterianos (fagos); este proceso se denomina transducción.
• Muchas bacterias tienen la capacidad de asimilar fragmentos de ADN de la solución y, por lo tanto, pueden adquirir genes de células alteradas.

Véase también: Bacteriófago; Plásmido; Transducción (bacterias).

Los fragmentos de ADN adquiridos por cualquiera de estos métodos pueden integrarse en el ADN del genoma en lugar de las secuencias homólogas previamente presentes. Si el ADN entrante no tiene homología con el de la célula receptora, normalmente no puede integrarse y se pierde por falta de capacidad de replicación autónoma. La integración homóloga en las bacterias es similar, en su naturaleza no recíproca y quizás también en su mecanismo, a la conversión génica en los organismos eucariotas. Véase también: Genética bacteriana

Recombinación específica de sitio

Los bacteriófagos, los plásmidos, las bacterias y los eucariotas unicelulares proporcionan muchos ejemplos de diferenciación mediante la recombinación controlada y específica de segmentos de ADN.Entre las Líneas En los vertebrados, una serie controlada de deleciones conduce a la generación de la gran diversidad de secuencias genéticas que codifican los anticuerpos y los receptores de células T necesarios para la defensa inmunitaria contra los patógenos. Todos estos procesos dependen de la interacción y recombinación entre secuencias específicas de ADN (generalmente, pero no siempre, con cierta similitud de secuencia) que son catalizadas por enzimas recombinasas de sitio específico. Los mecanismos moleculares pueden tener algunas similitudes con los responsables de la recombinación meiótica general. Sin embargo, esta última no depende de ninguna secuencia específica, sino que sólo depende de la similitud (homología) de la secuencia recombinada.

Recombinación no homóloga

Se han ideado técnicas para la transferencia artificial de fragmentos de ADN de cualquier fuente a células de muchas especies diferentes, confiriéndoles así nuevas propiedades (transformación).Entre las Líneas En las bacterias y en la levadura S. cerevisiae, la integración de ese ADN en el genoma (de la que depende generalmente la estabilidad de la transformación) requiere una similitud de secuencia sustancial entre el ADN entrante y el sitio receptor. Sin embargo, las células de otros hongos, plantas superiores y animales son capaces de integrar ADN extraño en sus cromosomas con poca o ninguna similitud de secuencia. Estos organismos parecen tener algún sistema no identificado que recombina los extremos libres de los fragmentos de ADN en los cromosomas, independientemente de sus secuencias. Puede tener algo en común con el mecanismo, igualmente oscuro, por el que los extremos rotos de los cromosomas pueden curarse mediante la unión mutua no específica. Véase también: Ingeniería genética; Transformación (bacterias)

Datos verificados por: Thompson
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La Recombinación en Cosmología

La imagen física general de la recombinación cosmológica fue dada por primera vez por Peebles (1968) y Zeldovich, Kurt y Syunyaev (1968). Adoptaron un modelo simple de átomo de tres niveles para el hidrógeno (H), con una consideración de las tasas de dos fotones Lyα y de orden más bajo 2s-1s. Unos 30 años después, Seager, Sasselov y Scott (2000) realizaron un cálculo detallado siguiendo todas las transiciones resonantes y la transición de dos fotones más baja en átomos multinivel para el hidrógeno y el helio en un fondo de radiación de cuerpo negro. Lewis, Weller y Battye (2006) analizaron por primera vez cómo las incertidumbres en la recombinación podrían sesgar las restricciones de los parámetros cosmológicos procedentes de Planck; este estudio fue motivado principalmente por el efecto de incluir las transiciones semiforbidas y de dos fotones de alto orden, que habían sido ignoradas en cálculos anteriores.

Desde entonces ha habido muchas actualizaciones y mejoras en la modelización de la recombinación.Entre las Líneas En el primer decenio del siglo XXI, algunos investigadores presentaron un cálculo multinivel para la recombinación del helio neutro (He I) que incluía la evolución del campo de radiación, que se había asumido como un cuerpo negro perfecto.

En general, todavía tenemos que desarrollar un código multinivel completo para el hidrógeno, con interacciones detalladas entre los átomos y el campo de radiación. Sin embargo, lo realmente importante aquí es establecer cómo estos efectos se propagan en posibles incertidumbres sistemáticas en la estimación de los parámetros cosmológicos.

Datos verificados por: Andrews
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Recursos

Notas y Referencias

Véase También

Ecuación de Saha
Ecuaciones de Friedmann
Fondo cósmico de microondas
Desacoplamiento de la radiación
Reionización
Biología, Genética, Biomedicina, Bioquímica, Biología Molecular
procesos atómicos, fondo cósmico de microondas, parámetros cosmológicos, cosmología: observaciones, Universo temprano

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