Поняття про геном. Особливості структурно-функціональної організації геномів вірусів, прокаріотів, еукаріотів.

Геном – повна генетична система клітини, яка визначає характер онтогенетичного розвитку організму та спадкову передачу всіх його структурних і функціональних ознак у поколіннях. Поняття геном використовують стосовно таксономічної групи, виду, окремої особини, клітини, мікроорганізму або вірусу.

Існує також інше визначення терміну «геном»: геном - це сукупність генетичного матеріалу гаплоїдного набору хромосом певного виду організмів. Коли мова йде про розміри геному еукаріотів, то розуміють саме таке визначення, зокрема розмір еукаріотичного геному вимірюють у парах нуклеотидів ДНК або пікограмах ДНК на гаплоїдний геном. Наприклад, у людини (Homo sapiens) спадковий матеріал соматичної клітини представлений 23 парами хромосом (22 пари аутосом і пара статевих хромосом), що знаходяться в ядрі, а також клітина має численні копії мітохондріальної ДНК. Двадцять дві аутосоми, дві статеві хромосоми (Х і У), мітохондріальна ДНК людини (всього 25 хромосом) містять разом приблизно 3, 1 млрд. пар азотистих основ.

Геноми живих організмів — від вірусів до тварин — розрізняються за розмірами на шість порядків: від декількох тисяч пар основ до декількох міліардів. Процес еволюції і диференцировки окремих видів супроводжувався накопиченням змін у структурі геному (локалізація та характер упаковки ДНК; кількість ДНК, що припадає на гаплоїдний геном; типи, співвідношення, функції кодуючих і некодуючих нуклеотидних послідовностей; регуляція експресії генів; міжпопуляційна варіабельність та філогенетичний консерватизм первинної структури геному). У межах одного біологічного виду головні параметри геному є постійними, а внутрішньовидова різноманітність забезпечується за рахунок мутаційної мінливості, тобто випадіння, вставки, заміни нуклеотидів на порівняно невеликих ділянках ДНК. Найчастіше такі зміни відбуваються в елементах геному, що не експресуються (інтрони, псевдогени, міжгенні спейсерні ділянки ДНК тощо).

За співвідношенням розміру генома та кількості генів усі геноми діляться на два чітко виділених класи:

1. Невеликі компактні геноми (не больше 10 млн. пар основ) із суворою відповідністю їхнього розміру та кількості генів. Такі геноми мають усі віруси та прокаріоти, в яких щільність генів складає від 0, 5 до 2 генів на тисячу пар основ, а між генами існують дуже короткі ділянки переважно з регуляторних елементів (10-15 % довжини геному). Окрім вірусів і прокаріотів, до цього класу можуть бути віднесені геноми більшості одноклітинних еукаріотів, хоча їхні геноми демонструють меншу залежність між розміром геному та кількістю генів, розмір їх геному може досягати 20 млн. пар основ.
2. Великі геноми розміром більше 100 млн. пар основ, у котрих немає чіткого взаємозв’язку між розміром геному та кількістю генів. До цього класу відносяться великі геноми багатоклітинних еукаріотів і деяких одноклітинних еукаріотів. На відміну від геномів першої групи більшість нуклеотидів у геномах цього класу не кодують ані білків, ані РНК.