Fehérje domének és exonok

 A fehérjék amint említettük, gyakran több külön kódolt alegységből állnak. Nem ritka azonban az sem, hogy a fehérje egyetlen molekulán belül is tartalmaz hasonló szakaszokat. A fehérje molekulákban többnyire körvonalazható egy-egy olyan rész, amely specifikus funkciót lát el (pl. megköti a szubsztrátot), vagy amely jól felismerhető, kompakt szerkezetet alkot (pl. egy strukturális alegység). Ezeket az részegységeket funkcionális, illetve strukturális doméneknek nevezik (functional, structural domain). A fehérje funkciójához szükséges aminosavak szét is lehetnek szórva az elsődleges szerkezet sok pontján, ilyen esetben nehéz meghatározni a funkcionális domén határait. A strukturális domének határai általában pontosan meghatározhatók.

Számos fehérjében meghatározták a strukturális domének határait, és a fehérjét kódoló gén szekvenciáját. Többé-kevésbé pontos összefüggést lehet találni a gén exonjai és a fehérjék doménjei között (Go, 1981). A legegyszerűbb esetben egy exon egy domént határoz meg. Van arra is példa, hogy egyetlen domént egynél több exon kódol. Sokkal gyakoribb azonban, hogy számos domént intron-mentes génszakasz, tehát egyetlen exon határoz meg. Bár az exonok és intronok közötti megfelelés nem teljesen egyértelmű, egyetlen olyan fehérjét sem találtak, amelyben a fehérje domén struktúrája és a gén exon-intron szerkezete között ne lett volna valamiféle összefüggés.

A hemoglobin a és b láncai például 4-4 domént tartalmaznak, az ezeket meghatározó gének pedig mindössze három exont. A szúnyog globin génje egyáltalán nem tartalmaz intront, az állatok globin fehérjéjével homológ növényi leghemoglobin génje ugyanakkor 4 exonból áll. Az exonok és domének közötti összefüggések azonban ebben az esetben világossá válnak, ha a globin gének lehetséges evolúciós változásait vesszük figyelembe. Feltételezhető, hogy az ősi globin gén szerkezete a növényi leghemoglobin gén szerkezetére hasonlított, és az evolúció során intronok kiesése miatt tűnt el az exon-domén egyértelmű megfelelés.

(Meglepő lehet, hogy a fetételezett ősi génben 3 nem kódoló szakasz (intron) van, és az evolúció során ezekből egy vagy mind elveszett. Ma a legtöbben úgy vélik, hogy minden génre nézve a sok intron jelenti az eredeti állapotot. A prokarióták génjei másodlagosan veszítették el intronjaikat. További példa angolul www) 

Számos fehérjében az egyes domének aminosav sorrendje hasonló, és ilyenkor könnyen belátható, hogy a hasonló doméneket kódoló exonok ugyanannak az eredeti szakasznak a másolatai. A mutációk következtében az egyes szakaszok között azonban olyan nagy különbségek is létrejöhetnek, hogy elfedhetik az eredeti közös származást. Az immunglobulin fehérjék konstans és variábilis régióinak aminosavsorrendje például nagy változatosságot mutat. Közös származásra utal azonban e régiók másodlagos szerkezete, amelyeknek hasonlósága sokkal inkább megmaradt, mint a tényleges szekvencia. Feltételezhető tehát, hogy a génen belüli szekvencia duplikáció jóval gyakoribb jelenség az evolúció során, mint azt a bázis-sorrendek összehasonlítása alapján feltételezhetjük.

Táblázat Néhány fehérje, amely belső domén duplikációt tartalmaz

Barker és mtsai után (1978)

 ^a aminosav szekvencia hossza
 ^b az ismétlődő szekvenciák hossza a protein teljes hosszának százalékában