Genetik
Zellzyklus
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Rekombination beschreibt die Neuverteilung genetischen Materials in den Zellen. In diesem Artikel erfährst du, welche Arten du hierbei unterscheiden kannst und wie sie ablaufen. Du möchtest das Thema noch schneller verstehen? Dann schau dir gleich das Video dazu an!

Rekombination einfach erklärt

Unter der Rekombination kannst du dir in der Biologie die Neuverteilung der Erbinformation in den Zellen vorstellen. Die Umverteilungsvorgänge finden hauptsächlich während der Meiose statt. Durch den Austausch von Allelen entstehen neue Genkombinationen, die wichtig für die genetische Variabilität (Vielfalt) sind.

Genau wie eine Mutation , ist die neue Kombination der Gene ein Faktor in der Evolution, der für die schnelle Anpassung an die Umwelt wichtig ist. Allerdings gibt es hier im Gegensatz zur Mutation keine Veränderung des vorhandenen Genpools. Es findet nur eine Umverteilung des genetischen Materials statt. 

Rekombination Definition

In der Genetik bezeichnet der Begriff Rekombination die Neuordnung genetischer Informationen durch den Austausch von Allelen. Sie ist die Voraussetzung für genetische Variabilität. Du kannst sie in interchromosomale und intrachromosomale Rekombination aufteilen.  

Sexuelle Rekombination

Die sexuelle Rekombination gibt es nur bei Eukaryoten, während der sexuellen Fortpflanzung. Dabei kommt es bei der Meiose zu einem Kernphasenwechsel. Das ist der Wechsel zwischen diploidem und haploidem Chromosomensatz. 

Du kannst dir vielleicht vorstellen, dass die genetische Vielfalt, die so erreicht wird, einen großen Vorteil in der Evolution bringt. Im Gegensatz zur asexuellen Fortpflanzung kann eine deutlich schnellere Anpassung an sich ändernde Umweltfaktoren stattfinden. Neue vorteilhafte Kombinationen entstehen in größerem Maße und genauso verschwinden die Nachteilhaften rascher wieder. Du kannst bei der Umverteilung genetischen Materials zwischen zwei verschiedenen Arten unterscheiden:

  • interchromosomale Rekombination
  • intrachromosomale Rekombination 

Interchromosomale Rekombination

Von einer interchromosomalen Rekombination sprichst du, wenn eine Neuverteilung zwischen den vollständigen Chromosomen im Chromosomensatz stattfindet. Dabei kannst du während der Fortpflanzung zwei Situationen finden, wo das passiert. 

Während der Meiose werden die homologen Chromosomen auf die Tochterzellen aufgeteilt. Aus einem doppelten (diploiden ) Chromosomensatz entsteht also ein einfacher (haploider) Chromosomensatz. Die Neuverteilung findet in der ersten Anaphase statt. Dabei zieht der Spindelapparat in zufälliger Verteilung die homologen Chromosomen aus der Äquatorialebene zu den Polen.

Homologe Rekombination,  Nicht-homologe Rekombination, Doppelstrangbruch, DNA-Reparatur
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Interchromosomale Rekombination in Anaphase 1

Die zweite Möglichkeit für eine neue Genkombination bietet die Verschmelzung der zwei Keimzellen zur Zygote bei der Befruchtung. Die Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten ist dabei sehr groß. Gehen wir von einer menschlichen Keimzelle aus, haben wir 23 Chromosomen. Das macht also 223  (= 8.388.608) Möglichkeiten zur Kombination. Du siehst, die Wahrscheinlichkeit zwei genetisch identische Nachkommen zu bekommen, ist damit minimal. 

Intrachromosomale Rekombination

Von einer intrachromosomalen Rekombination sprichst du, wenn es zu einer neuen Verteilung der Erbinformation innerhalb der Chromosomen kommt. Dazu müssen sich die homologen Chromosomenpaare in der Prophase der Meiose aneinanderlagern. Wenn sich die Chromatiden überkreuzen, kann es zum Crossing over  kommen, bei dem Chromosomenabschnitte getauscht werden. Dafür brechen die Chromatiden zunächst auf und verbinden sich dann neu. Das funktioniert ähnlich, wie bei der Reparatur von DNA-Strangbrüchen. Das Ergebnis ist eine Neuanordnung verschiedener Allele . Allele sind verschiedene Varianten eines Gens, die zu unterschiedlichen Merkmalen führen. Am einfachsten kannst du dir das am Beispiel der Haarfarbe vorstellen: ein Allel sorgt für braune Haare und eins für blonde Haare.

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Crossing over zwischen homologen Chromosomen

Parasexuelle Rekombination

Die Weitergabe und der Austausch von genetischem Material findet auch bei Organismen statt, die sich nicht geschlechtlich fortpflanzen. Das nennt sich parasexuelle Rekombination. Zu diesen Organismen gehören Bakterien und Pilze. Parasexualität beschreibt die Fortpflanzung ohne Verschmelzung der Geschlechtszellen, also ohne Meiose. Da bei den Eukaryoten die neue Verteilung des Genmaterials während der Meiose stattfindet, muss es hier also andere Mechanismen geben. Es gibt folgende drei Arten des Gentransfers in Prokaryoten: 

  • Konjugation: Der Austausch von genetischem Material zwischen zwei Zellen durch deren direkte Verbindung. 
  • Transformation: Die Übertragung von freier DNA in eine Zelle (ohne Hilfe von Viren). 
  • Transduktion: DNA-Transfer mithilfe von Viren als Transporter. 

Homologe und nicht homologe Rekombination

Bei der Rekombination kannst du auch zwischen homolog und nicht homolog unterscheiden. Wenn sich die homologen Chromosomen während der Meiose zusammenlagern, kann es zum Austausch von DNA-Abschnitten kommen. Diesen Vorgang nennst du dann homologe Rekombination. Wie der Name schon sagt, ist die wichtigste Voraussetzung, dass wir homologe, doppelsträngige DNA-Sequenzen haben. Diese Abschnitte sind sich in ihrer Basenabfolge sehr ähnlich. 

Am häufigsten unterscheidest du aber zwischen den zwei Arten der neuen Kombination im Bereich der DNA-Reparatur. Ohne diesen Mechanismus ist eine Zelle nicht lebensfähig. Kommt es zur Entstehung von DNA-Doppelstrangbrüchen, müssen diese schnell repariert werden. Dazu müssen die DNA-Stränge wieder verknüpft werden. Das kann eine Zelle auf zwei Arten: entweder repariert sie den Bruch mithilfe eines identischen (homologen) DNA-Stücks oder die Bruchenden werden zurechtgeschnitten und direkt wieder verknüpft. Dabei kommt es jedoch oft zu Deletionen, was bedeutet, dass Teile der Sequenz verloren gehen. Für die homologe Reparatur nähren sich identische Stränge an. So kann der beschädigte Strang unter Vorlage des anderen repariert und wieder verknüpft werden. Diese Art der Reparatur ist daher meist fehlerfrei. 

 
Homologe Rekombination,  Nicht-homologe Rekombination, Doppelstrangbruch, DNA-Reparatur
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Homologe und Nicht-homologe Rekombination

Rekombination Gentechnik

Die Werkzeuge der Gentechnik sind heutzutage so weit entwickelt, dass es möglich ist rekombinante DNA künstlich herzustellen. Bei der sogenannten Klonierung geht es darum, DNA Fragmente in Vektoren („Genfähren“, z.B. Plasmide)  einzubauen und sie mit deren Hilfe in Zellen einzubringen. Dazu verwendet man Restriktionsenzyme, um die DNA zu schneiden und Ligasen, um die DNA wieder zu verbinden.  

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Klonierung

Wenn du noch mehr zum Thema Klonierung erfahren möchtest, dann schau dir doch direkt dieses Video an! 

Zum Video: Klonierung
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