结构生物化学/转座子
转座子,也被称为跳跃基因,是单细胞中能够在基因组中移动的 DNA 片段。转座子移动的过程称为转座。转座的影响是突变以及基因组的延长或缩短。转座子曾经被称为垃圾 DNA,因为它们似乎毫无用处。然而,研究表明这些移动的 DNA 片段在生物体的发育中具有重要意义。
比插入序列更长、更复杂的转座因子,称为转座子,也在细菌基因组中移动。除了转座所需的 DNA 之外,转座子还包括额外的基因,例如抗生素抗性基因。在一些细菌转座子中,额外的基因夹在两个插入序列之间。就好像两个插入序列碰巧在基因组中靠近,现在一起移动,连同它们之间的所有 DNA,作为一个单一的转座因子。其他细菌转座子不包含插入序列;这些在它们的末端有不同的反向重复序列。
转座子并非细菌独有,也是真核生物基因组的重要组成部分。
逆转座子(I 类转座子)通过以下步骤移动到基因组的不同区域
1. 转录成 RNA
2. 逆转录成 DNA(通过逆转录酶)
3. 插入到基因组的不同区域
逆转座子在植物中很普遍:玉米基因组和小麦基因组分别由大约 50-80% 和 70% 的逆转座子组成。大约 40% 的人类基因组由逆转座子组成。逆转座子发挥作用的机制类似于逆转录病毒,表明两者之间存在关系。
I 类转座子的三种亚型是
1. 病毒型:编码用于逆转录成 DNA(转座步骤 2)的逆转录酶。其行为最像逆转录病毒,因为其特征是具有长末端重复序列 (LTR)。
2. 非病毒型:不编码逆转录酶。使用 RNA 聚合酶 III
3. 长散在元件 (LINE):编码逆转录酶。使用 RNA 聚合酶 II
LTR:在逆转录病毒中观察到,长末端重复序列是重复数百到数千次的 DNA 片段。
LINE:编码逆转录酶的 DNA 片段,也可能编码内切核酸酶。
DNA 转座子(II 类转座子)可以通过两种机制移动到基因组的不同区域
机制 1:转座酶可以与 DNA 的特定位点或任何地方结合。转座酶在结合的位点切割 DNA 并产生“粘性末端”,并切割转座子并将其连接到特定位点。然后 DNA 聚合酶和 DNA 连接酶运行到该位点,有效地将转座子封闭到指定区域。
通过机制 1 在基因组中移动的 DNA 转座子在细胞周期中可以复制。
机制 2:I 类转座子在基因组中移动的第二种机制称为复制性转座。在复制性转座中,DNA 转座子将自身复制到基因组的新区域。
DNA 转座子最终容易失去产生必要的转座酶或逆转录酶的能力。然而,其他类型的转座子会产生这些酶,延长 DNA 转座子在基因组中移动的能力。
转座子是诱变剂
当转座子插入基因组时,它们可能潜在地插入编码基因的区域。这会导致突变,因为基因将被抑制。插入内含子、外显子和编码区域附近的 DNA 序列也可能导致基因功能障碍。除了插入导致的突变外,如果一个序列被复制多次,以至于干扰细胞有丝分裂和减数分裂,也会发生突变。当转座子被移除时产生的不可修复的间隙也可能导致突变。
由这种突变引起的疾病包括血友病、卟啉症和杜氏肌营养不良。转座也可能导致癌症。
Wikipedia.org: http://en.wikipedia.org/wiki/Transposon ; http://en.wikipedia.org/wiki/Long_interspersed_nucleotide_elements#LINEs
Kimball's Biology Pages http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/Transposons.html