第一类内含子是什么？关于第一类内含子的科普介绍

第一类内含子（Group I intron）是可以进行自我催化的核酶，主要存在于rRNA、tRNA和一部分编码蛋白的基因中。其二级结构包括9个核心的配对区域（P1-P9），最后折叠形成两个关键结构域P4-P6结构域和P3-P9结构域。第一类内含子经常会有很长的开放阅读框（open reading frames）插入其环状区域。

起源与分布

它们广泛分布于真菌和植物线粒体的DNA中，也被发现于四膜虫和其他低等动物的核rRNA基因中。另外，在一些噬菌体中如T4， T-even and T7-like等也有分布 。一方面，大多数第一类内含子的序列都高度变异，甚至在相关生物中。另一方面相同的第一类内含子存在于ctDNAs和五种不同的蓝细菌物种，表明它存在于质体出现之前10亿到35亿年。发这个发现证实了第一类内含子可能是原始RNA世界的残余。事实上，第一类内含子的催化活性为我们提供了一个原始RNA如何催化它们自己的复制并促进了蛋白质合成的进化的全新视角。

关于内含子的起源，一直很有争议。一个观点是，intron是后出现的，intron是入侵者，通过插入基因内部，把基因给割裂开了。在这种假设下，内含子的水平转移和转座应该是大概率事件。另外一种截然不同的观点是，内含子先出现，出现在元代祖先的基因组中。第一类内含子的自催化活性有利地支持了这一观点。但是这个假设也有明显的缺陷就是无法解释原核细胞基因组几乎没有内含子的现象。

结构与催化机制

第一类内含子首先由Thoma R. Cech在四膜虫中发现，rRNA前体的自剪接活性依赖于镁离子和GTP。第一类内含子催化自剪接主要和他们高度保守的二级和四级结构有关，而镁离子对于第一类内含子的折叠是必须的。和蛋白本质的酶一样，第一类内含子的折叠可以形成一个有多个在一级序列上相隔比较远的关键碱基组成的活性位点。第一类内含子的自剪接包括两个连续的转酯反应。这样的RNA结构催化剪接主要通过把5’和3‘的剪接位点以及鸟嘌呤靠在一起，再有就是激活剪接位点的磷酸二脂键的断裂和形成。虽然第一类的内含子序列上千差万别，但是他们在保守区域内都拥有非常短且保守的序列P，Q，R和S。其二级结构包含9个互补的区域（P1-P9）四膜虫的内含子催化核心通过折叠形成两个关键结构域P4-P6结构域和P3-P9结构域。具体来讲，就是在镁离子的帮助下，一个鸟嘌呤利用其3’的氧攻击5’的剪接位点。一个构象的改变使得3’剪接位点进入活性位点，代替外源的鸟嘌呤，从而使得外显子可以连接在一起。外显子连接和内含子释放则是外显子上3’的氧攻击3’剪接位点。

除了催化剪接，第一类内含子还能催化，RNA和DNA的内部剪切，RNA聚合，核酸转移，RNA连接以及氨酰剪切等反应。

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