СРО 7 РЕФЕРАТ. Реферат Организация генома человека. Сро7. Геном человека
 Скачать 140.29 Kb.
|
   Меркушина Татьяна Реферат Организация генома человека. СРО№7. Геном человека – совокупность генов гаплоидного набора хромосом клеток. Молекулярную основу генома человека составляет молекула ДНК. Спираль состоит из нуклеотидов, включающих азотистые основания, углевод дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания двух типов: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимин и цитозин). Пространственная структура поддерживается водородными связями между аденином и тимином и между гуанином и цитозином. В чередовании пар оснований в ДНК заложен генетический код для каждой из 20 аминокислот. Код трехбуквенный, то есть каждой аминокислоте соответствует свой триплет, состоящий из трех нуклеотидов. В каждой клетке человека длина молекулы ДНК около 1,5-2м. Число нуклеотидов достигает 3,3 миллиарда. Гены являются фрагментами такой нити, то есть кодирующими участками генома, определяющими структуру всех белков организма. Первичная структура молекулы ДНК генома человека анализируется с помощью секвенирования, то есть методов, позволяющих определить точное взаиморасположение пар нуклеотидов в спирали ДНК. Сиквенс – это результат секвенирования ДНК либо РНК. Геном – полная генетическая система клетки (совокупность всей ДНК клетки), определяющая характер онтогенетического развития организма и наследственную передачу в ряду поколений всех его структурных и функциональных признаков. Этот термин был впервые введен Г. Винклером в 1920 г. В целом, понятия геном и ДНК в значительной степени тождественны, так как основные принципы организации и функционирования генома целиком определяются свойствами ДНК. Однако понятие геном является более общим и может быть применимо к таксономической группе, виду, отдельной особи, отдельной клетке многоклеточного организма, микроорганизму или вирусу. Так, можно говорить о структуре генома про- и эукариот, сравнивать геномы разных видов, изучать особенности строения генома у конкретных индивидуумов или следить за изменениями, происходящими в геноме специфических клеток в процессе их онтогенетической дифференцировки. Геном человека, равно также как и геном любого другого вида животных, состоит из двух геномов – сложного ядерного генома и менее сложно организованного генома митохондрий. Ядерный геном человека содержит огромный объем генетической информации – около 3000 мегабаз (Мб), – часть из которой кодирует первичную структуру белков, синтезируемых на свободных цитоплазматических или мембраносвязанных рибосомах. Митохондриальный геном имеет относительно небольшой размер – около 16,6 килобаз (Кб), – и кодирует все митохондриальные рибосомальные и транспортные РНК, а так же часть белков, которые необходимы для нормального функционирования митохондрий. Наиболее общие представления о геноме человека могут быть получены с помощью анализа кинетики реассоциации молекул ДНК. Динамика плавления геномной ДНК обнаруживает присутствие, по крайней мере, трех различающихся по химической сложности фракций. Быстро ренатурирующая фракция ДНК (около 10%) состоит из относительно коротких высокоповторяющихся последовательностей. В промежуточную фракцию (около 30%) входит множество умеренно повторяющихся ДНК – более протяженных, но представленных меньшим числом копий. Наконец медленно ренатурирующая фракция (около 60%) объединяет в себе уникальные последовательности ДНК, которые встречаются в геноме не более двух раз.
                       Диспергированные последовательности ДНК Тандемно повторяющиеся последовательности ДНК Умеренно- и высокоповторяющиеся последовательности ДНК Уникальные и низкоповторяющиеся последовательности ДНК Интроны Фрагменты генов Усеченные гены Псевдогены Гены рРНК Гены, кодирующие белки Гены тРНК Не кодирующая ДНК Кодирующая ДНК Более детальный анализ геномной ДНК, проведенный с помощью методов генетического и физического картирования, показал, что лишь около 30% ядерного генома организовано в гены и геноподобные последовательности, остальные же 70% составляют внегенную (или экстрагенную) ДНК. В свою очередь последняя примерно на 80% состоит из уникальной и низкоповторяющейся ДНК и на 20% – из умеренно- и высокоповторяющихся последовательностей. Фракция умеренно- и высокоповторяющейся ДНК включает тандемные или кластеризованные повторы и диспергированные генетические элементы. Что касается генов и геноподобной ДНК, то эта фракция лишь на 10% является кодирующей, а остальные 90% состоят из псевдогенов, генных фрагментов, интронов и других геноподобных нетранслируемых последовательностей. Следовательно, из всего объема геномной ДНК только 3% несет информацию о первичной структуре клеточных белков, рибосомальных, транспортных и других видах РНК, а 97% такой информации не содержит. Закономерно возникает вопрос: зачем клетке такое огромное количество "избыточной" ДНК, не несущей никакой информационной нагрузки? Окончательного ответа на этот вопрос пока не существует, хотя и высказано ряд предположений, которые будут обсуждаться ниже. Митохондриальный геном человека Митохондриальная ДНК человека это кольцевая двухцепочечная молекула размером 16569 пар оснований. Указанный размер митохондриальной ДНК можно выразить и в других единицах, например, в виде молекулярной массы, равной 106 дальтон, или в виде длины контура молекулы, которая равна 5 мкм. В молекуле ДНК митохондрий принято различать тяжелую H-цепь и легкую L-цепь. Обе эти цепи на 44% обогащены гуанином и цитозином, причем в Н-цепи преобладает гуанин, а в L-цепи - цитозин. Кроме того, на одном участке к двухцепочечной кольцевой молекуле митохондриальной ДНК комплементарно присоединен небольшой фрагмент ДНК размером 7S (так называемая D-петля), благодаря чему она становиться трехцепочечной. В любой ядросодержащей клетке человека имеются тысячи копий молекул митохондриальной ДНК. В связи с этим, не смотря на то, что одна молекула митохондриальной ДНК примерно в 8000 раз легче ДНК любой средней хромосомы ядра, в сумме вся митохондриальная ДНК занимает примерно 0,5% от общего количества ДНК ядросодержащей соматической клетки.  Митохондриальные гены Первичная структура митохондриальной ДНК человека была полностью определена в 1981 году благодаря работам группы исследователей под руководством Андерсона С., а повторное секвенирование было осуществлено в 2001 г. В отличие от ядерной ДНК в митохондриальной ДНК обе цепи являются смысловыми и содержат 37 генов: 28 генов локализовано в Н-цепи и 9 генов – в L-цепи. Условные обозначения: PН – точка начала и направление транскрипции тяжелой цепи; PL – точка начала и направление транскрипции легкой цепи; ОН – точка начала и направление репликации тяжелой цепи; ОL – точка начала и направление репликации легкой цепи; 16S – 23S – гены рибосомальных РНК (рРНК); – гены транспортных РНК (тРНК); – гены, кодирующие белки; – некодирующая ДНК; ND1 – ND6 – гены, кодирующие субъединицы 1-6 НАДН-дегидрогеназы; CO1 – CO3 – гены, кодирующие субъединицы 1-3 цитохром с-оксидазы; CYB – ген, кодирующий цитохром b; ATPase 6 – ген, кодирующий субъединицу 6 АТФ-азы; ATPase 8 – ген, кодирующий субъединицу 8 АТФ-азы. Организация митохондриального генома человека. Структурно-функциональная организация ядерного генома человека. ДНК ядерного генома составляет примерно 99% от всего количества клеточной ДНК. В каждой диплоидной соматической клетке человека с 46 хромосомами содержится около 6 пг ДНК, а общая длина гаплоидного набора из 23 хромосом составляет по разным оценкам от 3,2 × 109 до 3,5 × 109 пар нуклеотидов. В среднем на одну хромосому приходится примерно 130 Мб ДНК, но в пределах кариотипа эта величина колеблется от 55 Мб (21-я пара хромосом) до 250 Мб (1-я пара хромосом). Строение ядерных генов человека. Как уже говорилось, ген – это совокупность сегментов ДНК, которые вместе составляют считываемую единицу, обусловливающую образование специфического функционального продукта – либо молекулы РНК, либо полипептида. К сегментам ДНК, составляющим ген, относятся: единица транскрипции, промотор, левые и правые регуляторные элементы. Все перечисленные выше структурные компоненты ядерного гена человека представлены на рисунке 3 (на примере гена, кодирующего белок β-глобин). В соответствии с общепринятым соглашением, по которому транскрипция идет слева направо, начало гена на этом рисунке находиться слева (5'-конец), а конец - справа (3'-конец). Положение первого нуклеотида транскрипта обозначают числом +1, а нуклеотидов, расположенных справа от него (т. е. внутри единицы транскрипции), соответствующими положительными цифрами (например, +16). Нуклеотиды, находящиеся слева от +1 (нетранскрибируемые последовательности), обозначаются отрицательными числами (например, –25). Условные обозначения: 5’-L – 5’-лидерная область; 3’-T – 3’-трейлерная область; о – левые и правые регуляторные элементы; п.о. – пара азотистых оснований; ак. – аминокислота. Геномная организация ядерных генов человека. К сожалению, единой системы геномной организации ядерных генов человека до их пор не разработано. Однако установлено, что существует, по крайней мере, четыре способов организации генов в хромосомах: частичное перекрывание нескольких генов, расположение одних генов внутри других и организация гомологичных неаллельных генов в мульти- и супергенные семейства. |
Геном Человека