miniatura|400px|Xenoma humano clasificado polos produtos dos seus xenes. O xenoma humano é o xenoma do Homo sapiens, é dicir, a secuencia do ADN, con toda a información xenética dos seus xenes e as secuencias non codificantes, contida nos seus 23 pares de cromosomas situados no núcleo de cada célula humana diploide. Tamén forma parte do xenoma humano o ADN mitocondrial.
Dos 23 pares de cromosomas, 22 pares son cromosomas autosómicos e un par determina o sexo, que está formado por dous cromosomas X nas mulleres e un X e un Y en homes, polo que a muller ten 23 cromosomas distintos e o home 24. O xenoma haploide (é dicir, cunha soa copia dos cromosomas de cada par) ten unha lonxitude total aproximada de 3.200 millóns de pares de bases (nucleótidos do ADN) ou 3.200 megabases (Mb) que conteñen entre 20.000 e 25.000 xenes (as estimacións máis recentes indican uns 20.500). Das 3.200 Mb unhas 2.950 Mb corresponden a eucromatina e unhas 250 Mb a heterocromatina. O Proxecto Xenoma Humano obtivo unha secuencia de referencia do xenoma humano eucromático, usado en todo o mundo nas ciencias biomédicas.
A secuencia de ADN que forma o xenoma humano contén codificada a información necesaria para a expresión, altamente coordinada e adaptable ao ambiente, do proteoma humano, é dicir, do conxunto das proteínas do ser humano. As proteínas, e non o ADN, son as principais biomoléculas efectoras; posúen funcións estruturais, encimáticas, metabólicas, reguladoras, sinalizadoras..., organizándose en enormes redes funcionais de interaccións. O proteoma fundamenta a particular morfoloxía e funcionalidade de cada célula. Igualmente, a organización estrutural e funcional das distintas células conforma cada tecido e cada órgano, e, finalmente, o organismo vivo no seu conxunto. O xenoma humano contén a información básica precisa para o desenvolvemento físico dun ser humano completo.
O xenoma humano presenta unha densidade de xenes moi inferior á que inicialmente se predixera, e só arredor do 1,5% da súa lonxitude está composta por exóns codificantes de proteínas. Un 70% está composto por ADN extraxénico e un 30 % por secuencias relacionadas con xenes. Do total de ADN extraxénico, aproximadamente un 70% corresponde a repeticións dispersas, de maneira que, máis ou menos, a metade do xenoma humano corresponde a secuencias repetitivas de ADN. En canto ao total de ADN relacionado con xenes estímase que o 95% corresponde a ADN non codificante: pseudoxenes, fragmentos de xenes, intróns ou secuencias UTR, entre outros.
+Contido en xenes e tamaño do xenomade varios organismosWatson, JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R. (2004). “Ch9-10”, Molecular Biology of the Gene, 5th ed., Peason Benjamin Cummings; CSHL Press. Especie Tamaño doxenoma (Mb) Númerode xenes Mycoplasma genitalium 0,58 500 Streptococcus pneumoniae 2,2 2300 Escherichia coli 4,6 4.400 Saccharomyces cerevisiae 12 5.800 Caenorhabditis elegans 97 19.000 Arabidopsis thaliana 125 25.500 Drosophila melanogaster (mosca) 180 13.700 Oryza sativa (arroz) 466 45-55.000 Mus musculus (rato) 2500 29.000 Homo sapiens (ser humano) 2900 27.000 miniatura|dereita|400px|Unha estimación dos diferentes compoñentes do xenoma humano.
Compoñentes
Cromosomas
O xenoma humano (como o de calquera organismo eucariota) está contido en cromosomas, que son longas secuencias continuas de ADN moi organizadas espacialmente (con axuda de proteínas histónicas e non histónicas) para adoptar unha forma ultracondensada en metafase. Son observables con microscopía óptica convencional ou de fluorescencia por medio de técnicas de citoxenética e ordénanse formando un cariotipo.
O cariotipo humano normal contén un total de 23 pares de cromosomas distintos: 22 pares de autosomas máis un par de cromosomas sexuais que determinan o sexo do individuo. Os cromosomas 1-22 foron numerados en orde decrecente de tamaño. Porén, posteriormente puido comprobarse que o cromosoma 22 é en realidade maior que o 21. 250px|miniatura|Representación gráfica do cariotipo humano normal.
As células somáticas dun organismo posúen no seu núcleo un total de 46 cromosomas (23 pares) e os óvulos e espermatozoides teñen 23.
Cromosoma Xenes Número debases BasessecuenciadasAs porcentaxes secuenciadas están baseadas na porción eucromatínica, xa que o obxectivo do Proxecto Xenoma Humano era a determinación de só a porción eucromatínica do xenoma. Os telómeros, centrómeros, e outras rexións heterocromáticas quedaron sen determinar, xa que teñen un pequeno número de tramos non clonables. Ver http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/seq/ para máis información sobre o Proxecto Xenoma Humano. 1 4.220 247.199.719 224.999.719 2 1.491 242.751.149 237.712.649 3 1.550 199.446.827 194.704.827 4 446 191.263.063 187.297.063 5 609 180.837.866 177.702.766 6 2.281 170.896.993 167.273.993 7 2.135 158.821.424 154.952.424 8 1.106 146.274.826 142.612.826 9 1.920 140.442.298 120.312.298 10 1.793 135.374.737 131.624.737 11 379 134.452.384 131.130.853 12 1.430 132.289.534 130.303.534 13 924 114.127.980 95.559.980 14 1.347 106.360.585 88.290.585 15 921 100.338.915 81.341.915 16 909 88.822.254 78.884.754 17 1.672 78.654.742 77.800.220 18 519 76.117.153 74.656.155 19 1.555 63.806.651 55.785.651 20 1.008 62.435.965 59.505.254 21 578 46.944.323 34.171.998 22 1.092 49.528.953 34.893.953 Cromosoma X 1.846 154.913.754 151.058.754 Cromosoma Y 454 57.741.652 25.121.652 Total 32.185 3.079.843.747 2.857.698.560
ADN intraxénico
Xenes
Un xene é a unidade básica da herdanza, e leva a información xenética necesaria para a síntese dunha proteína (xenes codificantes) ou dun ARN non codificante (xenes de ARN). Está formado por unha secuencia promotora, que regula a súa expresión, e unha secuencia que se transcribe, composta á súa vez por: secuencias UTR (rexións flanqueantes non traducidas), necesarias para a tradución de proteínas e a estabilidade do ARNm, exóns (codificantes) e intróns, que son secuencias de ADN non traducidas situadas entre dous exóns que serán eliminadas durante o procesamento do ARNm (splicing). miniatura|270px|Este diagrama esquemático mostra un xene, a súa estrutura física (dobre hélice de ADN) e un cromosoma (dereita). Os intróns son rexións que se encontran frecuentemente nos xenes de eucariotas, que se transcriben, pero son eliminadas durante o procesamento do ARN (splicing) para producir un ARNm formado só por exóns, encargados de traducir unha proteína. Este diagrama está moi simplificado, xa que mostra un xene composto por uns 40 pares de bases cando en realidade o seu tamaño medio é de 20.000-30.000 pares de bases. Actualmente, estímase que o xenoma humano contén entre 20.000 e 25.000 xenes codificantes de proteínas, estimación moi inferior ás predicións iniciais que falaban duns 100.000 xenes ou máis. Isto implica que o xenoma humano ten menos do dobre de xenes que organismos eucariotas moito máis simples, como a mosca da froita ou o nematodo Caenorhabditis elegans. Porén, as células humanas recorren en gran medida ao splicing alternativo para produciren varias proteínas distintas a partir dun mesmo xene, e como consecuencia o proteoma humano é máis amplo que o doutros organismos moito máis simples. Na práctica, o xenoma tan só leva a información necesaria para unha expresión perfectamente coordinada e regulada do conxunto de proteínas que forman o proteoma, e é este o encargado de executar a maior parte das funcións celulares.
Baseándose nos resultados iniciais obtidos polo proxecto ENCODE . (acrónimo de ENCyclopedia Of DNA Elements), algúns autores propuxeron redefinir o concepto actual de xene. As observacións máis recentes fan dificilmente sostible a visión tradicional dun xene, como unha secuencia formada polas rexións UTRs, os exóns e os intróns. Estudos detallados acharon un número de secuencias de inicio de transcrición por xene moi superior ás estimacións iniciais, e algunhas destas secuencias sitúanse en rexións moi afastadas da traducida, polo que os UTR 5' poden abranguer secuencias longas dificultando a delimitación do xene. Por outro lado, un mesmo transcrito pode dar lugar a ARN maduros totalmente diferentes (ausencia total de solapamento), debido a unha grande utilización do splicing alternativo. Deste modo, un mesmo transcrito primario pode dar lugar a proteínas de secuencia e funcionalidade moi diversa. En consecuencia, algúns autores propuxeron unha nova definición de xene: Versión completa accesible gratuitamente.http://www.unav.es/genetica/GH/cap5.html Páxina web con recentes actualizacións do libro do Dr. Novo. Inclúe un video sobre a redefinición do concepto de xene . unión de secuencias xenómicas que codifican un conxunto coherente de produtos funcionais, potencialmente solapantes. Deste modo, identifícanse como xenes os xenes de ARN e os conxuntos de secuencias traducidas parcialmente solapantes (exclúense, así, as secuencias UTR e os intróns, que pasan a ser considerados como "rexións asociadas a xenes", xunto cos promotores). De acordo con esta definición, un mesmo transcrito primario que dá lugar a dous transcritos secundarios (e dúas proteínas) non solapantes debe considerarse en realidade dous xenes diferentes, independentemente de que estes presenten un solapamento total ou parcial dos seus transcritos primarios.
As novas evidencias achegadas por ENCODE, segundo as cales as rexións UTR non son doadamente delimitables e esténdense por longas distancias, obrigarían a reidentificar novamente os xenes que en realidade compoñen o xenoma humano. De acordo coa definición tradicional (actualmente vixente), sería necesario identificar como un mesmo xene a todos aqueles que mostren un solapamento parcial (incluíndo as rexións UTR e os intróns), co que á luz das novas observacións, os xenes incluirían múltiples proteínas de secuencia e funcionalidade moi diversa. Colateralmente reduciríase o número de xenes que compoñen o xenoma humano. A definición proposta, polo contrario, fundaméntase no produto funcional do xene, polo que se mantén unha relación máis coherente entre un xene e unha función biolóxica. Como consecuencia, coa adopción desta nova definición, o número de xenes do xenoma humano aumentará significativamente.
Xenes de ARN
Ademais dos xenes codificantes de proteínas, o xenoma humano contén varios miles de xenes de ARN, cuxa transcrición produce ARN transferente (ARNt), ARN ribosómico (ARNr), microARN (miARN), ou outros xenes de ARN non codificantes. Os ARN ribosómicos e de transferencia son esenciais na constitución dos ribosomas e na tradución de proteínas. Os microARN teñen grande importancia na regulación da expresión xénica, e estímase que ata un 20-30% dos xenes do xenoma humano pode estar regulado polo mecanismo de interferencia por miARN. Ata o momento identificáronse máis de 300 xenes de miARN e estímase que poden existir uns 500.
Distribución de xenes
A continuación indícanse algúns valores medios do xenoma humano. Téñase en conta que a enorme heteroxeneidade que presentan estas variables fai pouco representativos os valores medios, pero teñen valor orientativo.
A densidade media de xenes é de 1 xene cada 100 kb, cun tamaño medio de 20–30 kb, e un número de exóns medio de 7-8 por cada xene, cun tamaño medio de 150 nucleótidos. O tamaño medio dun ARNm é de 1,8-2,2 kb, incluíndo as rexións UTR (rexións non traducidas flanqueantes), e a lonxitude media da rexión codificante é de 1,4 kb. miniatura|400px|Isocoros. Frecuencia e riqueza en G+C e xenes, no xenoma humano.