Геном как эволюционно сложившаяся система генов.Функциональная классификация генов (структурная,регуляторная,модуляторная)

Проект "Геном человека"- наиболее яркое достижение науки 20 века.

Выполнение программы "Геном человека" представляет собой самое великое открытие на пороге третьего тысячелетия.На впечатляющие и конкретные результаты стремительного прогресса в секвенировании генома человека 17 ноября 1999 года указал президент США Билл Клинтон.

Грандиозное открытие современности-расшифровка первичной структуры генома человека,представляет собой итог многолетней скрупулёзной работы сообщества учёных,объединённых программой "Геном Человека".Вдохновителем и инициатором программы на американтском континенте был Джеймс Уотсон-первооткрыватель двойной спирали ДНК.С 1996 года по 2003 год руководителем этой программы в США являлся профессор Френсис Колинз.Существенные разделы программы выполнены в ведущих научных центрах Великобритани,Франции и Японии.Решающая роль в становлении и развитии отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся учёному, академику А.А.Баеву. Крейг Вентер в апреле 2000 года в Ванкувере(Канада) впервые сообщил о завершении сиквенса генома человека.Секвенирование 1/3 генома человека было завершено в 2001 году , а всего генома в 2003 году. В настоящее время по некоторым данным в мире секвенируется до 10 млн полинуклеотидных оснований. Размер генома человека составляет 3 x 10 полинуклеотидных оснований , при среднем размере одного гена около 30000 полинуклеотидных оснований. Определение гена в геноме человека как единицы транскрипции,которая может быть транслирована в одну или несколько аминикислотных последовательностей даёт возможность сделать более точные подсчёты количества генов(Филдс,1994).Оценка числа генов у человека составляет величину 60000-70000,из них-"гены домашнего хозяйства"14000,транскрибируемая часть генома 20000.

В настоящее время картированно свыше 30000 фрагментов экспрессирующихся генов человека,индентифицированно 11000 генов ,из которых 6000 картированно на хромосомах.Индентифицированны,клонированы и исследуются гены практически всех наиболее частых (около 330) и 170 генов более редких наследственных болезней.

Одновременное секвенирование многих небольших отрезков ДНК с последующей мощной компьютерной обработкой данных, позволяющей расположить секвенированные участки в правильной последовательности позволило реально трижды просеквенировать геном одного человека.На геномных картах четко локализовано и просеквенированно более 50000 коротких фрагментов ДНК,наличие которых открывает широкие возможности для картирования новых генов, в том числе и генов , ответственных за мультифакториальные заболевания(сердечно-сосудистые,нервно-психические,опухоли и т.д.)

Геномы всех людей,за исключением однояйцевых близнецов,различны.Выраженные популяционные,этнические,индивидуальные различия генов как в их смысловой части(экзоны) ,так и в некодирующих последовательностях(интроны) обусловлены различными мутациями, приводящими к генетическому полиморфизму.Есть основания предполагать,что компьютерный анализ геномов позволит создать Периодическую Систему Геномов.

Основная задача программы "Геном Человека".

Основная задача программы "Геном человека" -секвенирование всего генома,т.е. определение последовательности 4-х нуклеотидов-аденина,гуанина,цитозина и тимина в молекулах ДНК.

Классификация генов.

Гены

Рнк-кодирующие гены Протеин кодирующие гены Митохондриальные гены

тРНК Регуляторная Гены Гены Транскрипцион

рРНК Рнк домашнего терминальной факторы

гяРНК хозяйства дифференцировки SRY

Различают три основные группы генов.

РНК-кодирующие гены:

РНК кодирующие гены либо определяют синтез РНК, необходимой для обеспечения процессов сплайсинга, синтеза рибосом и процессов трансляции .РНК кодирующие гены дают информацию для синтеза молекул РНК(тРНК,рРНК,иРНК),обладающих регуляторным действием ,т.е. влияющих на функции других генов.Например,РНК для выключения или инактивации одной из Х хромосом у женщин.

Протеин-кодирующие гены:

Гены, кодирующие белки,по своей структуре и функциям разделяются на "гены домашнего хозяйства" или гены жизнеобеспечения клетки.Имеются также гены специальных функций ,т.е. гены терминальной дифференцировки.Они кодируют белки,характерные для дифференцируемой ткани и определяющие её основные функции.Например, гемоглобин в эритроцитах, мышечные белки, секреторные белки эндокринных и пищеварительных желёз.В последнее время выделяют гены особых ядерных белков , названных транскрипционными факторами.Имея сравнительно небольшие размеры,эти гены характеризуются наличием высококонсервативных последовательностей,белковые продукты которых способны соединяться с регуляторными областями ДНК многих структурных генов,вызывая репрессию или активацию(SRY).

Митохондреальные гены.

Примерно 95 % ДНК находится в спирализованном состоянии в ядре каждой клетки организма и только 5 % сосредоточены в многочисленных митохондриях(около 1000 на одну клетку)

Материнская ДНК позволяет проследитьфилогенез материнских клеток.

В оплодотворённых и делящихся яйцеклетках число митохондрий увеличивается и количество мДНК значительно выше.Митохондриальные ДНК- это двухцепочные кольцевые молекулы меньшего размера по сравнению с молекулами ядерной ДНК.Особенностью ДНК митохондрий является отсутствие связи с гистонами.О происхождении мДНК.О происхождении мДНК высказывается множество предположени, одно из основных состоит в том,что они представляют собой остатки хромосом дрених бактерий , попавших в цитоплазму клетки и стали предшествениками этих органелл.мДНК кодируют митохондреальные тРНК и рРНК, а так же несколько митохондреальных белков.

Гены, кодирующие ядерную РНК.

Малые ядерные РНК помогают удалять интроны из проматричной РНК.Этот процесс осуществляется таким образом, что следующие друг за другом экзоны,т.е. кодирующие фрагменты

мРНК,никогда физически не разобщаются.Экзоны соединяются между собой с помощью молекул так называемых малях ядерных РНК.Молекулы малых ядерных РНК играют роль временных матриц ,удерживающих близко друг от друга концы двух экзонов,для того чтобы сплайсинг произошёл в правильном месте.После того, как таким путём из РНК удаляются все интроны и завершается процессинг предшественника мРНК,зрелая рРНК покидает ядро.