thumb|Representação esquemática do cariótipo diplóide humano, mostrando a organização do genoma em cromossomos, bem como bandas e subbandas anotadas conforme visto no bandeamento G. Este desenho mostra as versões feminina (XX) e masculina (XY) do 23º par de cromossomos. As alterações cromossômicas durante o ciclo celular são exibidas na parte superior central. O genoma mitocondrial é mostrado em escala no canto inferior esquerdo.
O genoma humano é o conjunto completo de sequências de ácido nucleico codificado como DNA dentro dos 23 pares de cromossomos nos núcleos das células e em uma pequena molécula de DNA encontrada nas mitocôndrias individuais. Usualmente, o genoma mitocondrial é tratado separadamente do genoma nuclear.
Os genomas humanos são compostos tanto por genes de DNA codificadores de proteínas quanto por DNAs não codificadores.
Os genomas humanos haplóides estão contidos nas células germinativas (óvulos e espermatozóides) e são constituídos por três bilhões de pares de bases de DNA, enquanto os genomas diplóides (encontrados em células somáticas) tem o dobro do conteúdo de DNA. Embora existam diferenças significativas entre os genomas de indivíduos humanos (na ordem de 0,1%), estes são consideravelmente menores que as diferenças entre humanos e seus parentes vivos mais próximos, os chimpanzés (aproximadamente 4%) e os bonobos. As primeiras sequências do genoma humano foram publicadas em fevereiro de 2001 pelo Projeto Genoma HumanoConsórcio Internacional de Seqüenciamento do Genoma Humano Publica Sequência e Análise do Genoma Humano e pela Celera Corporation. A conclusão da sequência do projeto do genoma humano foi publicada em 2004. O genoma humano foi o primeiro de todos os vertebrados a ser completamente sequenciado. A partir de 2012, milhares de genomas humanos foram completamente sequenciados, e muitos outros foram mapeados em níveis mais baixos de resolução. Esses dados são usados mundialmente em ciências biomédicas, antropologia, ciência forense e outros ramos da ciência. Existe uma expectativa amplamente difundida de que os estudos genômicos levarão a avanços no diagnóstico e tratamento de doenças e em novas teorias em muitos campos da biologia, por exemplo a evolução humana.
Embora a sequência do genoma humano tenha sido quase totalmente sequenciada, ela ainda não é totalmente compreendida. A maioria dos genes foi identificada por uma combinação de abordagens experimentais e de bioinformática de alto rendimento, mas ainda há muito trabalho a ser feito para elucidar melhor as funções biológicas de seus produtos (proteínas e RNA).
Existem cerca de 19 000 a 20 000 genes codificadores de proteínas humanas. A estimativa do número de genes humanos foi repetidamente revisada para baixo de previsões iniciais de 100 000 ou mais, já que a qualidade da sequência do genoma e os métodos de detecção de genes melhoraram e poderiam continuar a cair ainda mais. Sequências codificadoras de proteínas representam apenas uma pequena fração do genoma (aproximadamente 1,5%), e o resto é associado com moléculas de RNA não codificante, sequências reguladoras de DNA, LINEs, SINEs, intróns, e sequências de funções ainda indeterminadas.
Em junho de 2016, os cientistas anunciaram formalmente o HGP-Write, um plano para sintetizar o genoma humano.
Organização molecular e conteúdo genético O comprimento total do genoma humano é superior a 3 bilhões de pares de bases. O genoma é organizado em 22 cromossomos pareados, mais o cromossomo X pareado com outro cromossomo X em fêmeas, e, em machos, com um cromossomo Y.
Cromossomos são grandes moléculas lineares de DNA contidas no núcleo da célula. O genoma também inclui o DNA mitocondrial, uma molécula circular com tamanho bem menor que o do DNA nuclear e que se localiza nas mitocôndrias.
Na tabela a seguir, estão expostas informações básicas sobre o genoma humano, baseadas em uma referência. Logo, a tabela não representa a sequência de nenhum indivíduo específico. (Fonte de dados: Ensembl genome browser release 87, December 2016 para a maioria dos valores; Ensembl genome browser release 68, julho de 2012 para miRNA, rRNA, snRNA, snoRNA.) CromossomoComprimento (mm)Número de pares de baseVariaçõesNúmero de genes que codificam proteínasPseudo-genesQuantidade de RNA não codificantes longosQuantidade de RNA não codificantes curtosmiRNArRNAsnRNAsnoRNAMiscncRNALinksPosição do Centromer(Mbp)Cumulativo(%)185248 956 42212 151 1462 0581 220120049613466221145192EBI1257.9283242 193 52912 945 9651 3091 023103737511540161117176EBI93.316.2367198 295 55910 638 7151 078763711298992913887134EBI9123465190 214 55510 165 685752727657228922412056104EBI50.429.6562181 538 2599 519 995876721844235832510661119EBI48.435.8658170 805 9799 130 4761 048801639234812611173105EBI6141.6754159 345 9738 613 29898988560520890249076143EBI59.947.1850145 138 6368 221 5206776137352148028865282EBI45.652948138 394 7176 590 8117866614911906919665196EBI4956.31046133 797 4227 223 9447335685792046432875689EBI40.260.91146135 086 6227 535 3701 2988217102336324747697EBI53.765.41245133 275 3097 228 1291 034617848227722710662115EBI35.8701339114 364 3285 082 5743273723971044216453475EBI17.973.41436107 043 7184 865 9508305235332399210659779EBI17.676.41535101 991 1894 515 07661351063925078136313693EBI1979.3163190 338 3455 101 7028734657991875232535851EBI36.682172883 257 4414 614 9721 1975318342356115807199EBI2484.8182780 373 2854 035 9662702474531093213513641EBI17.287.4192058 617 6163 858 2691 47251262817911013293161EBI26.589.3202164 444 1673 439 6215442493841315715463768EBI27.591.4211646 709 9832 049 69723418530571165211924EBI13.292.6221750 818 4682 135 31148832435778315232362EBI14.793.8X53156 040 8955 753 881842874271258128228564100EBI60.699.1Y2057 227 415211 6437138871301571738EBI12.5100mtDNA0.005416 56992913002402000EBIN/A100total155 630 64520 41214 60014 7275 0371 7565321 9441 5212 213 Tabela 1 (acima) resume a organização física e o conteúdo gênico do genoma de referência humano, com links para a análise original, conforme publicado no banco de dados Ensembl do Instituto Europeu de Bioinformática (EBI) e do Wellcome Trust Sanger Institute.
Os comprimentos cromossômicos foram estimados pela multiplicação do número de pares de bases por 0,34 nanômetros - a distância entre pares de bases em uma dupla hélice do DNA.
O número de proteínas baseia-se no número inicial de transcritos de precursores RNAm e não inclui produtos de splicing alternativo, ou modificações na estrutura proteica que ocorrem após a tradução.
Variações são diferenças únicas na sequência de DNA que foram identificadas nas sequências do genoma humano analisadas pela Ensembl em dezembro de 2016. Espera-se que o número de variações identificadas aumente à medida que outros genomas pessoais sejam sequenciados e analisados. Além do conteúdo gênico mostrado nesta tabela, um grande número de sequências funcionais não expressas foram identificadas em todo o genoma humano (ver abaixo).
RNAs não-codificantes pequenos são RNAs de até 200 bases que não possuem potencial de codificação de proteínas. Estes incluem: microRNAs ou miRNAs (reguladores pós-transcricionais da expressão gênica), RNAs nucleares pequenos ou snRNAs (os componentes de RNA dos spliceosomos) e RNAs nucleolares pequenos, ou snoRNA (envolvido na orientação de modificações químicas para outras moléculas de RNA). RNAs longos não-codificantes são moléculas de RNA com mais de 200 bases que não possuem potencial de codificação de proteínas. Estes incluem: RNAs ribossômicos ou rRNAs (os componentes de RNA dos ribossomos), e uma variedade de outros RNAs longos que estão envolvidos na regulação da expressão gênica, epigenética, e regulação da atividade de genes codificadores de proteínas.
Das 126.018 variações estruturais descobertas existe variações medicamente importantes herdadas dos denisovanos nas populações oceânicas da Papua Nova Guiné e nas proximidades, incluindo uma exclusão de alta frequência no gene AQR que desempenha um papel na detecção de vírus e na regulação da resposta imune antiviral.
Completude da sequência do genoma humano Embora o genoma humano tenha sido completamente sequenciado para todos os fins práticos, ainda existem centenas de lacunas na sequência. Um estudo recente observou mais de 160 lacunas eucromáticas, das quais 50 lacunas foram fechadas. No entanto, ainda existem numerosas lacunas nas partes heterocromáticas do genoma que são muito mais difíceis de sequenciar devido a numerosas repetições e outras sequências de características intratáveis.
Conteúdo da informação O genoma humano de referência (GRC v38) foi compactado com sucesso para ~ 5,2 vezes (razoavelmente menos que 550 MB) em 155 minutos usando um computador de mesa com 6,4 GB de RAM.Pratas, D., Pinho, AJ e Ferreira, PJSG Compressão eficiente de seqüências genômicas. Conferência de Compressão de Dados , Snowbird, Utah, 2016. esquerda|miniaturadaimagem|400x400px| Diagrama mostrando o número de pares de bases em cada cromossomo em verde. O genoma humano haplóide (23 cromossomos) tem cerca de 3 bilhões de pares de bases e contém cerca de 30 000 genes. Como cada par de bases pode ser codificado por 2 bits, isso significa aproximadamente 750 megabytes de dados. Uma célula somática individual (diploide) contém o dobro dessa quantidade, isto é, cerca de 6 bilhões de pares de bases. Os homens têm menos que as mulheres porque o cromossomo Y tem cerca de 57 milhões de pares de bases, enquanto o X é cerca de 156 milhões, mas em termos de informação os homens têm mais porque o segundo X contém quase as mesmas informações que o primeiro. Como os genomas individuais variam em sequência em menos de 1% um do outro, as variações do genoma de um dado humano a partir de uma referência comum podem ser compactadas sem perda para aproximadamente 4 megabytes.
A taxa de entropia do genoma difere significativamente entre sequências codificadoras e não codificadoras. Está perto do máximo de 2 bits por par de bases para as sequências de codificação (cerca de 45 milhões de pares de bases), mas menos para as partes não codificantes. Ele varia entre 1,5 e 1,9 bits por par de bases para o cromossomo individual, exceto pelo cromossomo Y, que tem uma taxa de entropia abaixo de 0,9 bits por par de bases.Zhandong Liu, Santosh S Venkatesh and Carlo C Maley, Sequence space coverage, entropy of genomes and the potential to detect non-human DNA in human samples, BMC Genomics 2008, 9:509, , fig. 6, using the Lempel-Ziv estimators of entropy rate.
DNA mitocondrial O DNA mitocondrial humano é de tremendo interesse para os geneticistas, uma vez que, sem dúvida, desempenha um papel em doenças mitocondriais. Também esclarece a evolução humana; por exemplo, a análise da variação no genoma mitocondrial humano levou à postulação de um ancestral comum recente para todos os seres humanos na linha de descendência materna (ver Eva mitocondrial ).