Genomul uman

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 19 iunie 2022; verificările necesită 3 modificări .

Genomul uman  este totalitatea materialului ereditar conținut într-o celulă umană [1] . Conform acestei definiții, genomul uman este format din 23 de perechi de cromozomi localizați în nucleu , precum și din multe copii ale ADN-ului mitocondrial . Există o altă definiție a genomului, în care genomul înseamnă totalitatea materialului genetic al setului haploid de cromozomi [2] [3] . Când se vorbește despre dimensiunea genomului uman, se referă la această versiune a definiției genomului. Deci, douăzeci și doi de autozomi , doi cromozomi sexuali X și Y, precum și ADN-ul mitocondrial uman conțin împreună 3.099.734.149 de perechi de baze [4] . Până în 2003, 85% din genomul uman fusese secvențial, iar secvențierea completă a genomului uman a fost finalizată abia în 2022 [5] .

În timpul implementării Proiectului genomului uman , a fost determinată secvența ADN -ului tuturor cromozomilor și ADN-ului mitocondrial . În prezent, aceste date sunt utilizate în mod activ în întreaga lume în cercetarea biomedicală . Întreaga secvențiere a arătat că genomul uman conține 19.969 de gene active , care este doar o parte foarte mică a genomului, doar 1,5% din totalul materialului genetic codifică proteine ​​sau ARN funcțional . [4] Există un total de 63.494 de gene, dintre care majoritatea sunt gene ARN necodificatoare, adesea denumite ADN nedorit [6] , dar care s-a dovedit a juca un rol important în reglarea activității genelor [7] [ 8] .

Partea principală a genomului (92%) a fost descifrată până în 2003, ca parte a Proiectului Genomului Uman. În aprilie 2022, a fost raportat că o echipă internațională de cercetători a secvențiat ultimii 8% din genomul uman [9] .

Caracteristici

Cromozomi

Există 23 de perechi de cromozomi în genom : 22 de perechi de cromozomi autozomali, precum și o pereche de cromozomi sexuali X și Y. La om, sexul masculin este heterogametic și este determinat de prezența unui cromozom Y. Celulele somatice diploide normale au 46 de cromozomi [10] [11] .

Genele

Estimările preliminare au sugerat prezența a peste 100.000 de gene în genomul uman. Conform rezultatelor Proiectului Genomului Uman , numărul de gene, sau mai degrabă cadre deschise de citire , a fost de aproximativ 23.000 de gene. În legătură cu îmbunătățirea metodelor de căutare (predire) genelor, este de așteptat o scădere suplimentară a numărului de gene.

Numărul de gene la om este doar puțin mai mare decât în ​​organismele mai simple , cum ar fi viermii rotunzi Caenorhabditis elegans sau musca Drosophila melanogaster . Acest lucru se datorează faptului că splicing-ul alternativ este larg reprezentat în genomul uman . Îmbinarea alternativă vă permite să obțineți mai multe lanțuri proteice diferite dintr-o genă. Ca urmare, proteomul uman este mult mai mare decât proteomul organismelor considerate. Majoritatea genelor umane au exoni multipli , iar intronii sunt adesea semnificativ mai lungi decât exonii de graniță dintr-o genă.

Genele sunt distribuite neuniform pe cromozomi. Fiecare cromozom conține regiuni bogate și sărace în gene. Aceste regiuni se corelează cu benzi cromozomiale (benzi peste cromozom care sunt vizibile la microscop) și cu regiuni bogate în CG . În acest moment, semnificația acestei distribuții inegale a genelor nu este pe deplin înțeleasă.

Pe lângă genele care codifică proteine, genomul uman conține mii de gene ARN care codifică ARN-uri de transfer (ARNt), ARN-uri ribozomale , microARN -uri și alte ARN-uri care nu codifică proteine.

Secvențe de reglementare

Au fost găsite multe secvențe diferite în genomul uman care sunt responsabile pentru reglarea genelor . Reglarea se referă la controlul expresiei genelor (procesul de construire a ARN mesager de-a lungul unei secțiuni a unei molecule de ADN). Acestea sunt de obicei secvențe scurte care sunt fie adiacente genei, fie în interiorul genei. Uneori sunt la o distanță considerabilă de genă ( amplificatori ). Sistematizarea acestor secvențe, înțelegerea mecanismelor de lucru, precum și problemele de reglare reciprocă a unui grup de gene de către un grup de enzime corespunzătoare sunt în prezent doar la stadiul inițial al studiului. Reglarea reciprocă a grupurilor de gene este descrisă în termeni de rețele de reglare a genelor . Studiul acestor probleme se află la intersecția mai multor discipline: matematică aplicată , calcul de înaltă performanță și biologie moleculară . Cunoașterea provine din comparații ale genomilor diferitelor organisme și din progresele în transcripția artificială a genelor în laborator.

Identificarea secvențelor de reglare în genomul uman a fost parțial făcută pe baza conservatorismului evolutiv (proprietatea de a reține fragmente importante ale unei secvențe cromozomiale care servesc aproximativ aceeași funcție). Conform datelor ceasului molecular , liniile evolutive umane și șoarece s-au împărțit acum aproximativ 100 de milioane de ani [12] . Pentru doi genomi, metodele computerizate au evidențiat secvențe conservatoare (secvențe identice sau foarte ușor diferite în genomul comparat) în partea necodificatoare și s-a dovedit că acestea sunt implicate activ în mecanismele de reglare a genelor în ambele organisme [13] .

O altă abordare pentru obținerea de secvențe de reglementare se bazează pe compararea genelor umane și ale peștilor puffer . Secvențele de gene și secvențele de reglementare la oameni și la peștele-puffer sunt semnificativ similare, cu toate acestea, genomul peștelui-puffer conține de 8 ori mai puțină cantitate de „ADN nedorit” . Această „compacitate” a genomului de pește face mult mai ușoară căutarea secvențelor de reglare pentru gene [14] .

Alte obiecte din genom

Secvențele care codifică proteine ​​(multele secvențe care alcătuiesc exonii ) reprezintă mai puțin de 1,5% din genom [6] . Lăsând deoparte secvențele de reglementare cunoscute, genomul uman conține o serie de obiecte care arată ca ceva important, dar a căror funcție, dacă există, nu a fost încă elucidată. Aceste obiecte ocupă până la 97% din volumul total al genomului uman. Aceste obiecte includ:

Secvențele corespunzătoare sunt cel mai probabil un artefact evolutiv. În versiunea modernă a genomului, funcția lor este dezactivată și mulți oameni numesc aceste părți ale genomului ADN nedorit. Cu toate acestea, există o mulțime de dovezi că aceste obiecte au o anumită funcție care este încă neclară.

Pseudogenes

Experimentele cu microarrays ADN au arătat că multe regiuni non-gene ale genomului sunt implicate în procesul de transcripție [15] .

Viruși

Aproximativ 1% din genomul uman este ocupat de gene retrovirus încorporate ( retrovirusuri endogene ). Aceste gene de obicei nu beneficiază gazda, dar există și excepții. Deci, cu aproximativ 43 de milioane de ani în urmă, genele retrovirale care au servit la construirea învelișului virusului au intrat în genomul strămoșilor maimuțelor și oamenilor. La oameni și maimuțe, aceste gene sunt implicate în activitatea placentei [16] . Majoritatea retrovirusurilor s-au integrat în genomul strămoșilor umani în urmă cu peste 25 de milioane de ani. Printre retrovirusurile endogeni umane mai tinere, nu au fost încă găsite altele utile [17] [18] .

Conținutul informațional al genomului uman

Bazele azotate din ADN ( adenina , timina , guanina , citozina ) corespund a 4 stări logice diferite, ceea ce este echivalent cu 2 biți de informație [19] . Astfel, genomul uman conține mai mult de 6 gigabiți de informații în fiecare lanț, ceea ce este echivalent cu 800 de megaocteți și este comparabil cu cantitatea de informații de pe un CD [20] . Logica stocării datelor în baze împerecheate este similară cu sistemul de replicare (duplicare) a datelor RAID 1 .

Note

  1. ↑ Glosar vorbitor de termeni genetici : genom  . Institutul Național de Cercetare a Genomului Uman. Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 4 noiembrie 2012.
  2. ↑ A Dictionary of genetics  / R. C. King, W. D. Stansfield, P. K. Mulligan. — al 7-lea. - Oxford University Press , 2006. - ISBN 13978-0-19-530762-7.
  3. ↑ Genetica: dicţionar enciclopedic / Kartel N. A., Makeeva E. N., Mezenko A. M .. - Minsk: Technology, 1999. - 448 p.
  4. ↑ 12 GRCh38.p14 . _ ncbi . Consorțiul de referință pentru genom (3 februarie 2022). Consultat la 1 aprilie 2022. Arhivat din original la 1 aprilie 2022.
  5. ↑ Fondator: Parteneriat non-profit „International Partnership for the Dissemination of Scientific Knowledge” Adresa: 119234, Moscova, GSP-1, Leninsky Gory, Moscow State University, D. 1. Oamenii de știință au descifrat complet genomul uman . „Rusia științifică” - un periodic electronic . Data accesului: 29 octombrie 2022.
  6. ↑ 1 2 Consorțiul Internațional de Secvențiere a Genomului Uman. Secvențierea și analiza inițială a genomului uman. (engleză)  // Natură. - 2001. - Vol. 409 , nr. 6822 . - P. 860-921 . - doi : 10.1038/35057062 . — PMID 11237011 .
  7. ↑ ADN-ul „junk” ajută la activarea genelor . Consultat la 24 noiembrie 2018. Arhivat din original la 24 noiembrie 2018.
  8. ↑ ADN-ul „junk” joacă un rol critic în menținerea integrității genomului . Consultat la 24 noiembrie 2018. Arhivat din original la 25 noiembrie 2018.
  9. ↑ Matveeva, T. Oamenii de știință au descifrat complet genomul uman . Rusia științifică (1 aprilie 2022). Preluat la 5 aprilie 2022. Arhivat din original la 13 mai 2022.
  10. ↑ Tjio JH, Levan A.  The chromosome number of man  // Hereditas. - 1956. - Vol. 42 . - P. 1-6 . - doi : 10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x . — PMID 345813 . Prima lucrare cu un număr precis stabilit de cromozomi la oameni.
  11. ↑ Numărul cromozomului uman Arhivat 3 noiembrie 2020 la Wayback Machine , iată istoria numărării cromozomilor umani
  12. ↑ Nei M., Xu P., Glazko G. Estimarea timpilor de divergență din secvențele multiproteice pentru câteva specii de mamifere și câteva organisme înrudite la distanță. (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 2001. - Vol. 98 , nr. 5 . - P. 2497-2502 . - doi : 10.1073/pnas.051611498 . — PMID 11226267 .  
  13. ↑ Loots G., Locksley R., Blankespoor C., Wang Z., Miller W., Rubin E., Frazer K. Identificarea unui regulator de coordonate al interleukinelor 4, 13 și 5 prin comparații de secvențe între specii. (engleză)  // Știință. - 2000. - Vol. 288 , nr. 5463 . - P. 136-140 . - doi : 10.1126/science.288.5463.136 . — PMID 10753117 . Rezumat Arhivat 6 noiembrie 2009 la Wayback Machine
  14. ↑ Meunier, Monique Genoscope și Whitehead anunță o acoperire înaltă a secvenței genomului Tetraodon nigroviridis ( link inaccesibil) . Genoscop. Consultat la 12 septembrie 2006. Arhivat din original pe 20 august 2002.   
  15. ↑ Claverie J. Mai puține gene, mai mult ARN noncoding. (engleză)  // Știință. - 2005. - Vol. 309 , nr. 5740 . - P. 1529-1530 . - doi : 10.1126/science.1116800 . — PMID 16141064 .
  16. ↑ Strămoșii umani au împrumutat gene utile de la viruși . Consultat la 19 septembrie 2017. Arhivat din original la 20 septembrie 2017.
  17. ↑ Eugene D. Sverdlov. Retrovirusuri și evoluția primatelor // BioEssays. — Vol. 22, nr. 2 . - P. 161-171. - doi : 10.1002/(SICI)1521-1878(200002)22:2<161::AID-BIES7>3.0.CO;2-X . — PMID 10655035 .
  18. ↑ Anders L Kjeldbjerg, Palle Villesen, Lars Aagaard, Finn Skou Pedersen. Conversia genelor și selecția de purificare a unei gene a anvelopei ERV-V specifice placentei în timpul evoluției simianului // BMC Evolutionary Biology. - 2008. - Vol. 8. - P. 266. - doi : 10.1186/1471-2148-8-266 . — PMID 18826608 .
  19. ↑ Dengub V. M., Smirnov V. G. Unități de mărime. Dicţionar de referinţă. - M . : Editura de standarde, 1990. - S. 25. - 240 p. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  20. ↑ Câte informații stochează ADN-ul uman? - Quora

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Medicina personalizata
Secțiuni de date Omix
Secțiuni de aplicație
Metode
Articole similare
 cromozomi umani
autozomi
gonozomii
 Cromozomii
Principal
Clasificare
Structura
Cromatide
TelomeriiTelomeraza
CentromerKinetocorul
Cromatina
Nucleozom
Restructurari si
incalcari

Determinarea sexului cromozomal
Metode