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结构生物化学/核酸/RNA/RNA 修饰/内含子

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从 RNA 链中去除内含子的示意图

内含子是初级转录本中的一部分片段需要被去除的区域。它们被称为内含子,因为它们是插入序列。被保留的区域被称为外显子。

内含子从初级转录本,即前体信使 RNA (pre-mRNA)中去除,在 poly A 尾巴和 5' 帽子添加之后。内含子通常以鸟嘌呤-尿嘧啶开头,并以腺嘌呤-鸟嘌呤结尾,前面是富含嘧啶的片段,它们是剪接的信号。内含子通过剪接体从 pre-mRNA 中剪接,剪接体由蛋白质和小 RNA 分子组成。一些内含子是自剪接的,这意味着它们有能力从 RNA 分子中去除自身。拥有被内含子分割的基因的一个优点是,选择性剪接模式允许形成具有不同功能的蛋白质,而不需要为每种蛋白质提供新的基因。

内含子有四种类型:I 类内含子、II 类内含子、核前 mRNA 内含子和转移 RNA 内含子。I 类内含子存在于一些 rRNA 基因中,并从基因中自剪接。I 类内含子折叠成一种具有九个环状茎的二级结构,这种结构是剪接所必需的。II 类内含子存在于线粒体和叶绿体中。它们也是自剪接的,但它们与 I 类内含子不同,剪接方式也不同。它们也像 I 类内含子一样折叠成二级结构,但它们的剪接会产生一个套索结构。当一个外显子从内含子中剪切出来后,内含子自身折叠回来,就会形成套索结构。核前 mRNA 内含子存在于细胞核中,存在于蛋白质编码基因中。它们的去除需要 snRNA 和其他一些蛋白质的存在。转移 RNA 内含子存在于 tRNA 基因中,需要酶才能从基因中剪接出来。

平均人类基因有 8 个内含子,有些基因有超过 100 个内含子。内含子的大小范围在 50 到 10,000 个核苷酸之间。它们比外显子长。

内含子存在的进化差异

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内含子通常存在于高等真核生物的基因中,例如鸟类或哺乳动物。低等真核生物,如酵母,内含子较少,原核生物很少甚至没有内含子。对在进化中高度保守的基因的研究表明,内含子在很久以前就存在于大多数生物体中,但在原核生物等生物体中作为一种进化措施而丢失,以允许更快的复制。内含子的存在被认为有助于通过外显子重组发展新基因。内含子的优势在于外显子保持功能,但能够以新的方式相互作用。如果没有内含子,交叉最有可能导致功能丧失。

内含子的发现

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内含子(插入序列)由菲利普·夏普和理查德·罗伯茨在 1977 年发现,他们发现几个基因是不连续的。对 mRNA 和 DNA 片段的电镜研究表明了内含子的存在。如果基因是连续的,那么 DNA 的一条链就会被置换。然而,观察到链在某些区域被置换,但在其他区域保持双链结构,从而证明了内含子的存在。

参考资料

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信息来自(Berg, Stryer 等)

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