Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009

Организация гемонов
Геном человека

Геном человека диплоиден и представлен 23 парами хромосом, 22 из которых аутосомные хромосомы, а одна пара - половые (X- и Y-хромосомы). Соответственно, он состоит из 23 пар молекул ДНК, длина которых колеблется от 60 до 250 миллионов п. н. Первичная структура генома человека расшифрована в 2001 г.

Общий размер гаплоидного генома человека составляет около 3,3*10⁹ п.н., а суммарная длина ДНК (гаплоидный геном) - около 1,8 м. Доля нуклеотидных последовательностей кодирующих полипептиды, приблизительно равна 1,5 %. Всего в геноме содержится ориентировочно 20 000 - 26 000 генов, кодирующих белки. Несмотря на это в результате экспрессии генов синтезируется значительно большее число белков. Это связано с тем что, у человека широко распространен альтернативный сплайсинг, который позволяет в процессе экспрессии одного гена получить несколько различных иРНК. В результате в клетках человека число образующихся полипептидов превышает число генов. В геноме человека также обнаружено большое число псевдогенов. Их роль еще предстоит выяснить.

Кроме генов, кодирующих полипептиды, геном человека содержит гены тРНК, рРНК, мяРНК. Так на гаплоидный геном приходится около 1300 генов тРНК и около 200 генов рРНК.

В геноме человека обнаружено множество регуляторных последовательностей, отвечающих за экспрессию генов. Обычно они имеют небольшие размеры, и находятся либо рядом с геном, либо внутри него. Иногда они могут располагаться на значительном расстоянии от гена.

Гены в геноме человека по хромосомам распределены неравномерно. В каждой хромосоме имеются богатые и бедные генами участки. В таблице 11.5 представлены средние значения характеристик различных элементов генов. Однако реальные гены человека могут значительно отличаться от средних характеристик гена. Наиболее часто в геноме человека встречаются гены с двумя экзонами. Но последних может быть значительно больше, например, в гене мышечного белка титина обнаружено 234 экзонов. Размеры реальных генов могут также многократно отличаться от размеров «среднего» гена. Например, длина гена миодистрофина составляет 2,4*10⁶ п.н. У него на долю экзонов приходится 0,6 % длины гена, а на долю некодирующих последовательностей - 99,6 %.

Таблица 11.5

Средние значения характеристик различных элементов человеческих генов

Белки, кодируемые генами человека наиболее сходны с белками, кодируемыми генами животных. Около 32 % генов человека относятся к группе генов общих для эукариот, около 21 % - к общим для эукариот и прокариот. Интересно, что экзоны генов человека несколько короче таковых других организмов, а интроны, наоборот - длиннее.

Как указывалось выше, на долю экзонов в геноме человека приходится около 1,5 %, в то время как доля интронов составляет около 25 % генома. Оставшаяся часть, а это приблизительно 2/3 генома, приходится на межгенные последовательности ДНК, которые представлены в основном повторяющимися последовательностями. К таким последовательностям относятся МГЭ, сателитная ДНК и др.

В настоящее время расшифрован геном неандертальца. Оказалось, что его ДНК совпадает с ДНК современного человека более чем на 99 %. Установлено, что различия в аминокислотных последовательностях белков незначительны, примерно одна аминокислотная замена приходится примерно на 10 - 20 белков. Ген FOXP2, связанный с речью, у современного человека и неандертальца идентичен. Это свидетельствует о том, что неандертальцы возможно умели говорить.

В 2005 г расшифрован геном шимпанзе. Он состоит из 2,8 миллиардов п.н. и отличается от генома человека всего на 4 %, а гены белков - на 1,2 %. Около 29 % генов у человека и шимпанзе идентичны. Удивительно, что столь незначительные отличия в организации геномов приводят к столь существенным отличиям этих видов.