26.12. Гены эукариот представляют собой мозаику из транслируемых и нетранслируемых последовательностей ДНК
У бактерий полипептидные цепи кодируются непрерывной последовательностью триплетных кодонов. В течение многих лет считалось, что гены высших организмов также непрерывны. Эта точка зрения была неожиданно опровергнута в 1977 г., когда в нескольких лабораториях было открыто, что некоторые гены имеют прерывистое строение. Например, ген 
-цепи гемоглобина прерывается в области, кодирующей аминокислотную последовательность, длинной некодирующей вставочной последовательностью из 550 пар оснований и короткой последовательностью из 120 пар оснований. Таким образом, ген в-глобина разделен на три кодирующие последовательности:
Эта удивительная структура была открыта с помощью электронно-микроскопических исследований гибридов между в-глобиновой мРНК и фаргментом ДНК мыши, содержащим ген в-глобина (рис. 26.7). Двухцепочечная ДНК частично денатурируется, что позволяет мРНК гибридизоваться с комплементарной цепью ДНК. Затем одноцепочечный участок ДНК образует петлю и на электронных микрофотографиях выглядит как тонкая линия в отличие от двухцепочечной ДНК или ДНК-РНК-гибридных участков, которые выглядят значительно толще. Если бы ген в-глобина был
Рис. 26.6. Перекрывающиеся гены в ДнК фага фХ174. Рядом с последовательностью оснований показаны две последовательности аминокислот, детерминируемые различными рамками считывания.
непрерывен, была бы видна одна петля. Однако на электронных микрофотографиях таких гибридов (рис. 26.8) отчетливо видны три петли. Это показывает, что ген прерывается по крайней мере одним участком ДНК, которого нет в соответствующей мРНК. Дополнительные данные о вставочных последовательностях были получены при картировании рестрикционных фрагментов гена в-глобина и продукта обратной транскрипции мРНК. Большие различия между этими картами показали, что геномная ДНК содержит нетранслируемые последовательности между кодирующими последовательностями. Рестрикционные карты позволили уточнить локализацию таких вставочных последовательностей.
На каком этапе экспрессии гена удаляются вставочные последовательности? Новосинтезированные РНК, выделенные из ядра, значительно длиннее молекул мРНК, которые из них получаются. В частности, первичный транскрипт гена в-глобина содержит две нетранслируемые области. Эти вставочные последовательности в первичном 
-транскрипте вырезаются, а кодирующие последовательности одновременно соединяются под действием фермента сплайсинга. Этот фермент обладает высокой точностью. Так, образуется зрелая PS-мРНК (рис. 26.9). Кодирующие последовательности прерывистых («разорванных») генов называются экзонами, а вставочные последовательности - интронами (от англ. слов expressed regions - экспрессирующиеся участки и intervening sequence - прерывающая последовательность).
Еще один прерывистый эукариотический ген - ген овальбумина куриного яйца, который состоит из восьми экзонов, разделенных семью длинными интронами (рис. 26.10). Еще более удивителен ген кональбумина: он содержит не менее 17 экзонов. Общее свойство экспрессии этих генов - то, что их экзоны располагаются в мРНК и в ДНК в одной и той же последовательности. Таким образом, прерывистые гены, подобно непрерывным генам, коллинеарны своим полипептидным продуктам.
Все картированные до настоящего времени гены птиц и млекопитающих, кроме генов гистонов (разд. 29.13), содержат интроны. Почему практически все гены высших эукариот содержат вставочные последовательности? Один из возможных ответов состоит в том, что прерывистые гены отражают процесс эволюции. Экзоны могут соответствовать крупным структурным или функциональным элементам (доменам), которые соединились и образовали белки с новыми свойствами. Другая возможность состоит в том, что вырезание вставочных последовательностей регулирует поток мРНК из ядра в цитозоль. В соответствии с этой гипотезой сплайсинг (сращивание) первичного транскрипта играет ключевую роль: он определяет, какие белки синтезирует клетка. Открытие прерывистых генов у высших организмов ввело нас в увлекательную область
Рис. 26.7. Выявление вставочных последовательностей с помощью электронной микроскопии. Молекула мРНК (красная линия) гибридизуется с геномной ДНК, содержащей соответствующий ген. А - если ген непрерывен, видна одна петля одноцепочечной ДНК (показано синим цветом); 
если ген содержит вставочную последовательность, видны две петли одноцепочечной ДНК (показано синим цветом) и одна петля двухцепочечной ДНК (синий и желтый цвет).
познания, которая, по-видимому, имеет большое значение для понимания роста и дифференцировки клеток.
