Организация структурных генов человека

Гены человека можно условно разделить на две категории: структурные гены, несущие информацию о полипептидах, и гены, кодирующие рРНК и тРНК.

В состав структурных генов входят следующие регулирующие и кодирующие последовательности:

- проксимальные регуляторные последовательности - промотор, энхансер и сайленсер, которые ответственны за инициацию транскрипции и контролируют ее скорость и интенсивность;

- дистальные регуляторные последовательности - терминатор и сайт полиаденилирования которые участвуют в контроле терминации транскрипции и процессинга первичных транскриптов;

- кодирующий участок, образованный экзонами и нитронами.

Гены локализованы вдоль ДНК в линейном порядке и разделены некодирующими участками - спейсерами. Каждый ген занимает определенное положение, которое называется локус. Гены не имеют чётких морфологических границ, а разделены лишь функционально. В геноме человека 30000-40000 пар структурных генов, что составлявляет около 2% от генома. В настоящее время известны функции для 50% генов. Размеры генов человека варьируют, а их среднее значение составляет около 3000 п.н. Ниже представлены длины некоторых генов человека:

- ген β глобина- 1,5 kb;

- ген инсулина - 1,7 kb;

- ген каталазы - 34 kb;

- ген дистрофина - 2,5 mb/

Классификация генов человека по размерам

Категория	Название гена	Размеры, в kb	Размеры мРНК, в kb	Число нитронов
Малые гены	Ген α-глобина	0,8	0,5
Ген β-глобина	1,5	0,6
Ген инсулина	1,7	0,4
Средние гены	Ген фактора коагуляции IX	34,0	2,8
Ген каталазы	34,0	1,6
Крупные гены	Ген фенилаланингидроксилазы		2,4
Гигантские гены	Ген фактора коагуляции VIII	186,0
Ген тиреоглобулина	~300,0	8,7
Супергигантские гены	Ген дистрофина	~200,0	16,0

Распределение генов человека по длине

Длина, kb	% от общего числа
до 10	23,3
10-25	35,6
25-50	20,2
51-100	13,0
101-500	6.7
более 500	1,2

 

Особенности структурных генов человека:

a. сложное строение:

- могут иметь более одного промотора или сайтов инициации транскрипции;

- могут иметь более одного инициирующего и стоп-кодонов;

- имеют сложно организованные регулирующие последовательности;

- альтернативный сплайсинг;

b. наличие различных механизмов регуляции активности генов в зависимости от:

- типа клетки;

- фазы клеточного цикла и этапа онтогенеза;

- внешних и внутренних факторов.

Ген дистрофина и его изоформы

Типы	Длина мРНК, в kb	Локализация промотора	Проявление
Полноразмерные	Мышечный		Конец 5´ не транскрибируется	Сердце, скелетные мышцы
Спинномозговой		Интрон I	Кора, гипоталамус
Спинномозговой		Интрон I	Клетки Пуркинье
Укороченные	1-Dр71	4,5-4,8	Интрон 63	Везде, кроме мышц
2-Dр116	5,5	Интрон 56	Периферические нервы
3-Dр40	2,2		Везде, кроме мышц
Dр140	7,5	Интрон 44	Эмбриональные нейроны
Dр260			Сетчатка

 

Свойства генов человека

1. Репликация. Гены, являясь участками ДНК, реплицируются и передаются от клетки к клетке (в митозе) и от поколения к поколению (в мейозе). Это обеспечивает преемственность наследственной информации в ряду поколений и генеалогическую передачу признаков - наследственность;

2. Специфичность - один ген кодирует один полипептид, определяет один признак;

3. Эффект дозы. Ген обладает дозированным действием, то есть количество конечного продукта гена (РНК или полипептид) строго определено;

4. Стабильность. Гены стабильны, благодаря преемственности наследственного материала, что определяет сходство между родителями и детьми. Исключением являются нестабильные гены, которые реорганизуются в ходе дифференцировки (например, гены тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов);

5. Различная экспрессивность. Проявление некоторых генов зависит от негенетических факторов и отличается при разных условиях или у различных лиц; при этом факторы среды могут: модулировать проявление генов (усиливать или ослаблять); изменять экспрессию генов (измененное проявление, отсутствие проявления);

6. Плейотропное действие. Плейотропия, или множественное действие гена, позволяет одному гену контролировать несколько признаков. Различают первичную и вторичную плейотропию. В случае первичной плейотропии ген непосредственно контролирует проявление нескольких признаков, а при вторичной плейотропии результат экспрессии плейотропного гена влияет на другие признаки (в разных клетках, тканях, органах);

7. Множественный аллелизм. Гены могут существовать в нескольких молекулярных формах. Путем генных мутаций возникают новые варианты гена - аллели, которые контролируют различные состояния или формы одного и того же признака. Эти аллели образуют серии и называются множественными, а контролируемые ими признаки называются полиморфными. Около 25% генов человека характеризуются множественным аллелизмом.

ФУНКЦИИ ГЕНОВ ЧЕЛОВЕКА

Функциями генов человека является хранение и передача наследственной информации о полипептидах и различных признаках (биохимических, морфологических, физиологических, психических и поведенческих).

Гены передают наследственную информацию благодаря репликации ДНК и деления клетки тем самым осуществляют связь между поколениями и обеспечивают генеалогическое наследование признаков в пределах семьи, вида.

Реализация наследственной информации обеспечивается транскрипцией в РНК и трансляцией в ходе синтеза белка - материального субстрата различных признаков на уровне клетки, ткани и организма.