Геном — це сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геном складається з двох основних компонентів:
- Функціональні частини — гени, що кодують інформацію.
- Нефункціональні послідовності — ділянки ДНК без кодувальної функції.
Структура геному еукаріотів
Функціональний компонент
Структурна частина:
- Структурні гени з інтронами й екзонами
- Родини генів (кластери)
Регуляторна частина:
- Регуляторні гени
- Регуляторні елементи
Нефункціональний компонент
Містить різні типи послідовностей:
- Псевдогени
- Тандемні повтори
- Генетичні мобільні елементи
- Спейсери та інші
Особливості організації спадкового матеріалу
Кілька видів геному
В еукаріотичних клітинах є ядерний, мітохондріальний і пластидний геноми.
Збільшення розміру
Розмір геному зростає в міру ускладнення організмів:
| Організм | Розмір геному |
|---|---|
| Кишкова паличка | 4,6 млн пар нуклеотидів |
| Дрозофіла | 130 млн пар нуклеотидів |
| Людина | 3,2 млрд пар нуклеотидів |
Мозаїчна будова генів
Структурні гени мають екзони (кодують інформацію) та інтрони (не кодують інформацію).
Унікальні та повторювані послідовності
| Тип послідовностей | Характеристика |
|---|---|
| Унікальні | Представлені в геномі однією копією |
| Повторювані | Представлені декількома або багатьма копіями |
Надлишкова ДНК у геномі
Більшу частину еукаріотичного геному становить надлишкова (нефункціональна) ДНК, що не містить інформації про синтез функціональних продуктів.
У міру ускладнення організмів частка такої ДНК значно збільшується — у людини вона становить 95–98% геному.
Експресія генів
Експресія генів — це процес, під час якого клітина використовує спадкову інформацію генів, щоб створити функціональні продукти:
- молекули РНК
- білки
Білкові гени
Якщо кінцевий продукт — білок, тоді:
- процес називається біосинтезом білків
- інформація з гена переписується на іРНК
- іРНК переносить інформацію до рибосом
- у рибосомах відбувається синтез білка
Гени РНК
Якщо з гена утворюється РНК, тоді:
- якщо синтезується транспортна РНК — це гени тРНК
- якщо синтезується рибосомальна РНК — це гени рРНК
Біосинтез РНК має назву транскрипція.
Експресія генів в еукаріотичних клітинах
РНК-гени
Відбувається транскрипція — синтез РНК на матриці ДНК.
Основні стадії транскрипції
- Ініціація — початок процесу
- Елонгація — подовження молекули РНК
- Термінація — завершення процесу
Результат
Утворюються: тРНК, рРНК.
Білкові гени
Відбувається біосинтез білків.
Основні етапи
| Етап | Суть процесу |
|---|---|
| Транскрипція | Утворюється попередник іРНК — про-іРНК |
| Процесінг та експорт | іРНК дозріває і виходить із ядра |
| Трансляція | На основі РНК синтезується білок |
| Посттрансляційна модифікація | Білок змінюється після синтезу |
Результат
Утворюються білки.
Особливості експресії генів у еукаріотів
Просторове розділення процесів
- Транскрипція відбувається в ядрі
- Синтез білка — в цитоплазмі
Процесінг іРНК
- Гени мають інтрони й екзони
- Спочатку утворюється про-іРНК
- Інтрони вирізаються (сплайсинг) — формується зріла іРНК
Диференціальна експресія генів
- Усі клітини мають однакові гени
- Але працюють вони по-різному в різних клітинах
На експресію генів впливають
- внутрішні чинники (гормони, білки-регулятори тощо)
- зовнішні чинники (температура, випромінювання, токсини)