Эукариотические геномы содержат гораздо большее количество ДНК по сравнению с геномами прокариот
(см. табл. 4.1), причем подавляющая часть этой ДНК представлена последовательностями, которые не являются кодирующим. В том числе примерно половина эукариотического генома? это последовательности, представлены многими копиями (последовательности, повторяющиеся). Эукарио ДНК существует в клеточном ядре в составе хромосом, каждая хромосома содержит одну гигантскую линейную молекулу ДНК. Последовательности, которые повторяются, сосредоточены на концах хромосом (теломеры) и в зонах прикрепления хромосом к веретена деления при митозе (центромеры).
Характерной особенностью генов эукариот (в отличие от прокариот) является мозаичный принцип строения кодирующей части: собственно кодирующая часть? это последовательность отдельных содержательных участков? экзонов (exon), разделенных бессмысленными интронов (intron). Часто Экзоны соответствуют отдельным структурным доменам мультидоменные белков: эволюционное сбор белка из кубиков-доменов может осуществляться путем перетасовки экзонов на уровне ДНК. Бессодержательными интроны есть в том смысле, что не содержат информации о конечном продукте, но в пределах интронов часто расположены важные регуляторные участки. При транскрипции молекула РНК синтезируется сплошь (первичный продукт транскрипции? Первичный транскрипт? Содержит Экзоны и интроны).
Итак, необходимым этапом экспрессии гена является процесс сплайсинга (раздел 7) вырезание интронов и сшивания экзонов в конечном транскрипт, который может быть использован как матрица для белкового синтеза. При этом сплайсинг может быть направлен различными путями (рис. 4.4)? альтернативный сплайсинг,? вследствие чего образуются различные конечные продукты? разные белки. Таким образом, альтернативный сплайсинг можно интерпретировать как механизм? Перекрытия? эукариотических генов. Другой случай перекрытия генов в геномах эукариот связано с возможностью расположения гена (со своими интроны и экзоны) в рамках интрона другого гена. В отдельных случаях наблюдается также перекрытие открытых рамок считывания.
Общее количество генов в геномах высших эукариот варьирует примерно от 20 до 30 тыс. (табл. 4.1). Так, в геноме человека количество белковых генов составляет 21 тыс., еще несколько тысяч генов кодируют РНК, которая не поддается трансляции. Приведем в качестве примера несколько общих характеристик белковых генов человека:
• Средний размер гена (учитывая интроны)? 100 тыс. пар оснований (максимум? 2 млн 400 • тыс.).
• Средний размер кодирующей части? 1 тыс. 400 пар оснований (максимум? 80 тыс.).
• Средний размер экзона 150 пар оснований.
• Среднее количество экзотов 9 (максимум? 178).
• Средний размер интрона 5 тыс. пар оснований (максимум? 820 тыс.).
Общей тенденцией, наблюдаемой в геноме человека, является наличие сравнительно коротких экзонов, разделенных длинными интронов. Приблизительное распределение белков человека (совокупность всех белков организма называется протеома) за их функциями изображена на рис. 4.7. Как видно из рис. 4.8, кодирующие последовательности этих генов занимают лишь ~ 1,5% генома. Остальные приходятся на межгенных ДНК (где содержатся также регуляторные участки), интроны (~ 34%) и, более половины генома,? в последовательности, которые повторяются.