Если у кошек есть 19 587 генов, кодирующих белки, то значит ли это, что в клетках кошек есть 19 587 разных белков? Нет! Белков у кошек (и всех остальных организмов) гораздо больше, чем белок-кодирующих генов. Откуда они берутся? Из кройки и шитья РНК белок-кодирующих генов. В начале каждого гена расположен промóтор – специальный участок – “вертолетная площадка”, на которую садится фермент РНК-полимераза и начинает синтезировать РНК. В конце каждого гена расположен терминатор – последовательность нуклеотидов, которая сигнализирует РНК-полимеразе, что синтез РНК пора заканчивать.
Что находится между промотором и терминатором? Там находится самое интересное: чередующиеся участки двух типов: экзоны и интроны. В экзонах закодирована по частям аминокислотная последовательность белка. Интроны, как правило, ничего не кодируют. В процессе созревания из РНК вырезаются все интроны, а экзоны сшиваются вместе, и получившаяся молекула становится мРНК, которая потом идет в рибосомы и используется там для трансляции.
Получается, что структура белка зашифрована не во всем гене, а только в его экзонах. Зачем тогда вообще нужны интроны? Для того, чтобы на основе одной и той же последовательности ДНК сделать несколько разных последовательностей РНК, а на их основе – несколько разных белков.
Любой ген начинается и заканчивается экзоном, то есть сначала идет экзон 1, потом – интрон 1, экзон 2, интрон 2 и так далее до последнего экзона, который оканчивается терминатором. Число экзонов в одном гене может сильно варьировать – от 1 до 365[9]. У гена тирозиназы, который нас сейчас интересует, всего 6 экзонов.
Оказалось, что не все экзоны могут попасть в зрелую мРНК. Некоторые экзоны могут быть пропущены, а некоторые интроны, наоборот, оставлены в мРНК. Например, в гене порядок экзонов такой: 1–2–3–4, а в мРНК, которая синтезируется с этого гена, экзоны расположены вот так: 2–3–4 или 1–2–4. В результате один и тот же ген может кодировать несколько разных белков! Это явление называется альтернативным сплайсингом. Отсюда и возникает поразительное белковое разнообразие при не очень поразительном разнообразии генов.
Для того чтобы специальные белки-закройщики отрезали интроны от экзонов, им нужны метки на РНК, показывающие, где кончается экзон и начинается интрон, и наоборот. Почти все (99%) интроны начинаются с нуклеотидов ГУ (помним, что в РНК тимин заменяется на урацил) и заканчиваются АГ12. Эти две пары распознаются белками-закройщиками как начало и конец интрона, который нужно вырезать.