אינטרונים לעומת אקסונים: מהם הדמיון וההבדלים?

אינטרונים ו אקסונים דומים מכיוון ששניהם הם חלק מהקוד הגנטי של התא, אך הם שונים מכיוון שהאינטרונים אינם מקודדים בעוד האקסונים מקודדים לחלבונים. משמעות הדבר היא שכאשר משתמשים בגן לייצור חלבונים, האינטרונים מושלכים ואילו האקסונים משמשים לסינתזת החלבון.

כאשר תא מבטא גן מסוים, הוא מעתיק את רצף קידוד ה- DNA בגרעין אל שליח RNA, או mRNA. ה- mRNA יוצא מהגרעין ויוצא לתא. לאחר מכן התא מסנתז חלבונים על פי רצף הקידוד. החלבונים קובעים איזה סוג של תא הוא הופך ומה הוא עושה.

במהלך תהליך זה מועתקים שני האינטרונים והאקסונים המרכיבים את הגן. החלקים המקודדים לאקסון של ה- DNA המועתק משמשים לייצור חלבונים, אך הם מופרדים על ידי לא קידוד אינטרונים. תהליך שחבור מסיר את האינטרונים ו- mRNA משאיר את הגרעין עם רק קטעי RNA אקסון.

למרות שהאינטרונים הושלכו, האקסונים והאינטרונים ממלאים תפקידים בייצור חלבונים.

אקסונים נמצאים בשורש קידוד ה- DNA של התאים באמצעות חומצות גרעין. הם נמצאים בכל התאים החיים ומהווים בסיס לרצפי הקידוד העומדים בבסיס ייצור החלבון בתאים.

בכללי, פרוקריוטים, שאין להם גרעין ורק אקסונים בגנים שלהם, הם אורגניזמים פשוטים יותר מאאוקריוטים, הכוללים אורגניזמים חד תאיים ורב-תאיים.

באותו אופן לתאים מורכבים יש אינטרונים ואילו לתאים פשוטים אין בעלי חיים מורכבים יותר אינטרונים מאשר אורגניזמים פשוטים. למשל, זבוב הפירות דרוזופילה יש רק ארבעה זוגות כרומוזומים ומעט אינטרונים יחסית ואילו לבני אדם 23 זוגות ויותר אינטרונים. אמנם ברור אילו חלקים בגנום האנושי משמשים לקידוד חלבונים, אך מקטעים גדולים אינם מקודדים וכוללים אינטרונים.

DNA קוד מורכב מזוגות בסיסים חנקנייםאדנין, תימין, ציטוזין ו גואנין. הבסיסים אדנין ותימין יוצרים זוג וכך גם הבסיסים ציטוזין וגואנין. ארבעת זוגות הבסיס האפשריים נקראים על שם האות הראשונה של הבסיס שמגיעה ראשונה: A, C, T ו- G.

שלושה זוגות בסיסים יוצרים א קודון המקודדת חומצת אמינו מסוימת. מכיוון שיש ארבע אפשרויות לכל אחד משלושת מקומות הקוד, ישנן 4³ או 64 קודונים אפשריים. 64 קודונים אלה מקודדים קודי התחלה ועצירה וכן 21 חומצות אמינו, עם יתירות מסוימת.

במהלך ההעתקה הראשונית של ה- DNA בתהליך שנקרא תַעֲתוּק, הן האינטרונים והן האקסונים מועתקים אל מולקולות טרום mRNA. האינטרונים מוסרים מה- pre-mRNA על ידי שחבור האקסונים יחד. כל ממשק בין אקסון לאינטרון הוא אתר אחוי.

שחבור RNA מתרחש כשהאינטרונים מתנתקים באתר אחוי ויוצרים לולאה. שני פלחי האקסון הסמוכים יכולים להצטרף יחד.

תהליך זה יוצר בוגר mRNA מולקולות שעוזבות את הגרעין ושולטות בתרגום RNA ליצירת חלבונים. האינטרונים מושלכים מכיוון שתהליך השעתוק מכוון לסינתזת חלבונים, והאינטרונים אינם מכילים קודונים רלוונטיים.

בעוד תפקידם של אקסונים בביטוי גנים, תעתיק ותרגום לחלבונים ברור, האינטרונים ממלאים תפקיד עדין יותר. אינטרונים יכולים להשפיע על ביטוי גנים באמצעות נוכחותם בתחילת האקסון, והם יכולים ליצור חלבונים שונים מרצף קידוד יחיד דרך שחבור אלטרנטיבי.

אינטרונים יכולים למלא תפקיד מפתח בשיחזור רצף הקידוד הגנטי בדרכים שונות. כאשר אינטרונים מושלכים מקדם-mRNA כדי לאפשר היווצרות mRNA בוגר, הם יכולים להשאיר חלקים מאחור כדי ליצור רצפי קידוד חדשים המביאים לחלבונים חדשים.

אם משתנה רצף קטעי האקסון, נוצרים חלבונים אחרים בהתאם לרצפי קודון ה- mRNA שהשתנו. אוסף חלבונים מגוון יותר יכול לסייע לאורגניזמים להסתגל ולשרוד.

ההוכחה לתפקיד האינטרונים בייצור יתרון אבולוציוני היא הישרדותם על שלבי האבולוציה השונים לאורגניזמים מורכבים. לדוגמא, על פי מאמר משנת 2015 ב גנומיקה ואינפורמטיקה, אינטרונים יכולים להיות מקור לגנים חדשים, ובאמצעות שחבור אלטרנטיבי, אינטרונים יכולים ליצור וריאציות של חלבונים קיימים.