Молекулярная организация гена Геном человека Ядерный геном 3.3млрд

Молекулярная организация гена

Геном человека Ядерный геном 3.3млрд пн, 26000 пар генов Митохондр.геном 16 600пн, 37 генов Гены и свя- занные с ними последоват. Внегенная ДНК Уникальные последов. Умеренно и высоко повтор.последоват. Тандемы и кластеры Разбросанные повторы Экзоны Некодирующие участки Псевдогены Фрагменты генов Интроны, нетранслир. послед. 25% 75% 10% 90% 60% 40%

Human genome

Генетические термины Ген Геном Генотип Цистрон Транскрипционная единица Экзон Интрон Генная экспрессия

Современная концепция рассматривает ген с разных точек зрения: Физической Функциональной Генетической

Ген – это участок ДНК, который содержит информацию о синтезе: - одной полипептидной цепи; - нескольких родственных полипептидных цепей; - молекулы РНК (тРНК, рРНК).

Общее строение генов

Примеры семейств генов

Количество и размеры генов у разных организмов

Классификация генов Гены I класса – кодируют рРНК (5.8S; 18S; 28 S). Гены II класса – кодируют белки, переписываются в мРНК; Гены III класса – кодируют 5S рРНК и тРНК.

Строение генов II класса

Структурный ген – это комплекс регуляторных и содержащих генетическую информацию последовательностей ДНК, который реализует эту информацию в признак – полипептид. Регуляторная часть Кодирующая часть экзоны интроны 1. Промотор - проксимальные элементы (ТАТА, СААТ, GC) - дистальные (Enh, S) 2. Терминирующая область - сигнальная последовательность, - последоват. для полиаденилирования, - терминатор

Кодирующая часть Сайт инициации с кодоном ATG. Кодирующая область: - экзоны - интроны. Экзоны – кодирующие участки гена, которые переписываются в мРНК и затем реализуются в последовательность аминокислот. Интроны – неинформативные участки, которые переписываются, а затем вырезаются в процессе созревания мРНК.

Функции интронов

Размеры экзонов и интронов у ряда генов человека

Промотор Это специальный участок на 5´ конце гена, ответственный за связывание РНК-полимеразы и инициацию транскрипции. В состав промотора входят: - блок ТАТА – обеспечивает правильное расположение РНК-полимеразы, - блок СААТ – контролирует связывание белков инициации и РНК-полимеразы, - блок GC – определяет направление транскрипции, - октамеровый блок – служит для связывания факторов транскрипции.

Структурные элементы промотора эукариотных генов

Терминатор расположен на 3´конце транскрибируемой части и представлен инвертированной последовательностью

Модулирующие последовательности Enh, S расположены на 5´конце или в интронах, служат для присоединения специальных белков, которые усиливают или ослабляют скорость транскрипции.

Функции структурных генов: На молекулярном уровне – биосинтез полипептидаобразование функционального белка; На клеточном уровне – образование клеточной структуры, метаболической цепи, сигнального пути; На уровне организма– определенный признак.

Строение генов I класса (рРНК) кодируют 5,8S; 18S; 28S РНК, расположены в области ядрышкового организатора, организованы в смешанные транскрипционные единицы, которые умеренно повторяются (до 200-300 раз) и разделены спейсерами не имеют интронов промотор расположен на расстоянии -45+20

Строение смешанной транскрипционной единицы генов первого класса Промотор (-45 ... +20) Ген 18S Ген 5,8S Ген 28S Терминатор х n

Организация генов III класса кодируют 5S РНК и тРНК, организованы в виде тандемных повторов (до 3000 раз), промотор расположен внутри транскрибируемой части (+55+80), перемежаются с псевдогенами.

Каждая клетка содержит полный набор генов (30-40000 пар генов в 46 молекулах ДНК) Экспрессия – 10% генов Гены с постоянной экспрессией Гены рРНК Гены тРНК Гены домашнего хозяйства Гены с временной экспрессией в зависимости от: - типа ткани; - периода онтогенеза; - клеточного цикла; - факторов среды Молчащие гены (без экспрессии) псевдогены

Псевдогены Псевдогены (англ. pseudogenes) — нефункциональные аналоги структурных генов, утратившие способность кодировать белок и не экспрессирующиеся в клетке Псевдогены - это неработающие, "молчащие" гены, которые возникают в результате мутаций, выводящих нормальные "рабочие" гены из строя Псевдогены представляют собой своеобразную "историческую хронику", рассказывающую об образе жизни и адаптациях далеких предков изучаемого организма.

Митохондриальный геном человека (плазмотип) 1-2% генома клетки; кольцевая молекула ДНК (2-10 в одной митохондрии) из 16 569 п.н. 37 генов (22 – для тРНК, 2- для рРНК и 13 структурных), Особенности митохондриальных генов: компактное расположение, отсутствие интронов, наследование по материнской линии.

Особенности прокариотных генов ДНК кольцевой формы, структурные гены имеют более простое строение и организованы в опероны, оперон имеет один промотор и несколько структурных генов, интроны отсутствуют, а некодирующих последовательностей очень мало

Строение оперона прокариот

Строение генов для рРНК и тРНК у прокариот организованы в смешанные транскрипционные единицы и разделены спейсерами, рассеяны по геному и транскрибируются вместе с другими генами

Транспозоны (мобильные генетические элементы)

Транспозоны (мобильные генетические элементы) Это последовательности ДНК, способные перемещаться из одного места в другое. У эукариот составляют до 10-20% генома. Различают простые и сложные транспозоны:

Одной из основных причин рака могут быть транспозоны !!! 29.06.2012 03.10.2012 В работе выполнен анализ TE вставок в 43 полно-геномных последовательностях представителей клеток пяти различных форм рака.

Примеры вовлечения ретровирусов в регуляцию генов клеточных белков (2004)

Классификация транспозонов

Механизмы транспозиции Консервативная транспозиция Репликативная транспозиция Ретротранспозиция

Биологическая роль транспозонов Сайт-специфическая рекомбинация Индивидуальный полиморфизм ДНК Инсерционный мутагенез Геномная настабильностьобразование ломких участков ДНК Эволюция геномов

Значение транспозонов в патологии человека Изменение структуры/ функций генов возникновение наследственных болезней (гемофилия B, эпилепсия, retinita pigmentosum, etc) Увеличивает генетическое разнообразие патогенов повышает устойчивость к антибиотикам и действию иммунной системы человека

Информация к размышлению…

Гены боли

Ген SRY-переключатель пола

Гены памяти Кодирование белка NPAS4. Стимуляция транскрипции и синтеза белков и облегчения связей между нейронами. Запоминание.

Гены интеллекта

Белки сиртуины помогут улучшить память и способности к обучению Директор Института обучения и памяти Пиковера Массачусетского технологического института Ли-Хуэй Цай (Li-Huei Tsai). Ученые продемонстрировали, что сиртуины повышают синаптическую пластичность, манипулируя крошечными фрагментами генетического материала, известными как микроРНК, которые, как было выявлено в последнее время, играют важную роль в регуляции экспрессии генов.

Гены порфирии и вампиры Ген протопорфириноген оксидазы

А есть ли гены??? Интуиции Альтруизмa Доброжелательности Одиночества Счастья …