結構生物化學/核酸/RNA/RNA 修飾/內含子
內含子是初級轉錄本中的一部分片段需要被去除的區域。它們被稱為內含子,因為它們是插入序列。被保留的區域被稱為外顯子。
內含子從初級轉錄本,即前體信使 RNA (pre-mRNA)中去除,在 poly A 尾巴和 5' 帽子新增之後。內含子通常以鳥嘌呤-尿嘧啶開頭,並以腺嘌呤-鳥嘌呤結尾,前面是富含嘧啶的片段,它們是剪接的訊號。內含子透過剪接體從 pre-mRNA 中剪接,剪接體由蛋白質和小 RNA 分子組成。一些內含子是自剪接的,這意味著它們有能力從 RNA 分子中去除自身。擁有被內含子分割的基因的一個優點是,選擇性剪接模式允許形成具有不同功能的蛋白質,而不需要為每種蛋白質提供新的基因。
內含子有四種類型:I 類內含子、II 類內含子、核前 mRNA 內含子和轉移 RNA 內含子。I 類內含子存在於一些 rRNA 基因中,並從基因中自剪接。I 類內含子摺疊成一種具有九個環狀莖的二級結構,這種結構是剪接所必需的。II 類內含子存在於線粒體和葉綠體中。它們也是自剪接的,但它們與 I 類內含子不同,剪接方式也不同。它們也像 I 類內含子一樣摺疊成二級結構,但它們的剪接會產生一個套索結構。當一個外顯子從內含子中剪切出來後,內含子自身摺疊回來,就會形成套索結構。核前 mRNA 內含子存在於細胞核中,存在於蛋白質編碼基因中。它們的去除需要 snRNA 和其他一些蛋白質的存在。轉移 RNA 內含子存在於 tRNA 基因中,需要酶才能從基因中剪接出來。
平均人類基因有 8 個內含子,有些基因有超過 100 個內含子。內含子的大小範圍在 50 到 10,000 個核苷酸之間。它們比外顯子長。
內含子通常存在於高等真核生物的基因中,例如鳥類或哺乳動物。低等真核生物,如酵母,內含子較少,原核生物很少甚至沒有內含子。對在進化中高度保守的基因的研究表明,內含子在很久以前就存在於大多數生物體中,但在原核生物等生物體中作為一種進化措施而丟失,以允許更快的複製。內含子的存在被認為有助於透過外顯子重組發展新基因。內含子的優勢在於外顯子保持功能,但能夠以新的方式相互作用。如果沒有內含子,交叉最有可能導致功能喪失。
內含子(插入序列)由菲利普·夏普和理查德·羅伯茨在 1977 年發現,他們發現幾個基因是不連續的。對 mRNA 和 DNA 片段的電鏡研究表明了內含子的存在。如果基因是連續的,那麼 DNA 的一條鏈就會被置換。然而,觀察到鏈在某些區域被置換,但在其他區域保持雙鏈結構,從而證明了內含子的存在。
資訊來自(Berg, Stryer 等)