24.1

24. struktura lidského genomu, hlavní typy DNA

Struktura lidského genomu

            Lidský genom je soubor veškeré DNA v lidské buňce. V jádře je uložena převážná většina ve dvou kopiích. Uložen je na 46 chromozomech. Kdybychom veškerou genetickou informaci uloženou v jádře chtěli přepsat do knih, vznikla by knihovna obsahující tisíc knih velikosti Bible. Extrajaderný genom je u člověka pouze v mitochondriích.

            Typy sekvencí v lidském genomu

Geny – geny jsou úseky DNA kódující buď protein, nebo některý z druhů RNA. Jsou samozřejmě nejdůležitější částí lidského genomu, neboť obsahují informace esenciální pro život organismu. Současné odhady celkového počtu lidských genů jsou méně než 25 000. Geny jako takové tvoří až jednu čtvrtinu genomu, ovšem velkou většinu genů tvoří nepřekládané sekvence. Úseky kódující polypeptidy a RNA tvoří pouze 1,5 % genomu. Některé geny jsou v haploidním genomu jen v jedné kopii, naproti tomu mnoho genů se vyskytuje ve více kopiích – tzv. genových rodinách. Tyto skupiny genů jsou tvořeny geny s podobnou sekvencí, strukturou a funkcí.

Pseudogeny – někdy též genové fragmenty, jsou zbytky genů, které během evoluce ztratily svůj význam. Jelikož nekódují žádný znak, nahromadily se v nich během vývoje mnohé mutace (neboť nepůsobil žádný selekční tlak proti mutacím). V některých případech mohou svou podobností s původním genem komplikovat genetická vyšetření.

Repetitivní sekvence – jsou sekvence, které se v genomu opakují. Nekódují žádný znak. Rozeznáváme několik základních typů.

Rozptýlené repetitivní sekvence – jednotlivě rozptýlené po celém genomu. Patří mezi ně například sekvence Alu, která se opakuje v genomu asi 500 000x. Podobných sekvencí je celá řada a tvoří nejméně 30 % lidského genomu. Jsou zdrojem nehomologních rekombinací vedoucích k přestavbám genomu. Jejich množení je výsledkem reverzní transkripce.

Tandemové repetitivní sekvence – sekvence, jejichž opakující se kopie jsou v genomu těsně vedle sebe uspořádány. Podle délky se dělí na:

Makrosatelitní sekvence – opakující se jednotka je dlouhá desítky pb. Vyskytují se zejména v okolí centromer.

Minisatelitní sekvence – dlouhé 5-30 pb. Paží sem i telomerické repetice (TTAGGG).

Mikrosatelitní sekvence – 2-4 pb dlouhé jednotky.

Opakování jednoho nukleotidu (zejména A).

Hlavní typy DNA

            Jaderná (chromozomální) – z funkčního hlediska se jedná o DNA, která kóduje pořadí aminokyselin v polypeptidu nebo některé RNA. DNA, která má funkci kontrolní a řídící. Zvláštní typy DNA mají specifické funkce v chromosomech, např. v oblasti centromery a telomer. DNA, o jejíž funkci zatím nic nevíme. U eukaryot přibližně 60 % DNA tvoří jedinečné (nebo málo se opakující) sekvence – patří sem například geny kódující polypeptidy nebo jim podobné nefunkční pseudogeny. Dalšími zastoupenými jsou repetitivní sekvence. Dělíme je na sekvence středně repetitivní (10-10⁵/genom – např. geny pro rRNA a bílkoviny typu histonů), sekvence vysoce repetitivní (10⁶/genom).

Chromozomy – jaderný genom je rozeset po 23 párech chromozomů, z toho jeden je představován pohlavními chromozomy X a Y. Lidský karyotyp (tedy chromozomální výbava) se dá rozdělit do sedmi skupin podle tvaru a velikosti chromozomů. A – 1, 2, 3 – velké, metacentrické, B – 4, 5 – velké submetacentrické, C – 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, X – střední submetacentrické, D – 13, 14, 15 – střední akrocentrické, E – 16, 17, 18 – krátké metacentrické, F – 19, 20 – krátké metacentrické, G – 21, 22, Y – krátké akrocentrické.

            Mitochondriální – uspořádání genomu mitochondrií je odlišné od jaderného genomu eukaryotické buňky, ovšem je podobné uspořádání genomu prokaryot. DNA má v mitochondriích cirkulární uspořádání. V lidském genomu kóduje celkem 37 genů – z toho 24 genů se podílí na proteosyntetickém aparátu mitochondrií (2 pro rRNA, 22 tRNA). Zbývající se podílejí na enzymatické výbavě mitochondrií. Informace je poměrně silně komprimována, neobsahuje introny. Mezi další rozdíly patří, že má 4 triplety s rozdílným významem oproti těm v jaderném genomu, existují také rozdíly v iniciaci a terminaci.