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13.11: 转录
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13.11: 转录

“转录是通过RNA聚合酶从DNA序列合成RNA的过程。这是从基因序列中产生蛋白质的第一步。此外,许多其他蛋白质和调控序列也参与信使RNA(mRNA)的正确合成。转录调控负责所有不同类型细胞的分化,通常是细胞对环境信号的适当反应。”

转录可以产生不同种类的RNA分子

在真核生物中,DNA首先被转录成一个原始RNA或pre-mRNA,它可以被进一步加工成一个成熟的mRNA,作为合成蛋白质的模板。然而,在细菌等原核生物中,当转录仍在进行时,RNA可被迅速降解,从而开始翻译成多肽。转录也可以产生不同种类的不编码蛋白质的RNA分子,如microRNAs, 转运RNA (tRNA)和核糖体 RNA (rRNA),所有这些都有助于蛋白质合成。

转录调控是发育的核心

除了少数例外,人体所有的细胞都有相同的基因信息,从大脑的神经元到心脏的肌肉细胞。那么,细胞是如何具有如此多样的形式和功能的呢?在很大程度上,答案在于生物体发育过程中的转录调控。具体地说,转录调控在细胞分化中起着核心作用,即从不太特殊的前体细胞中产生特殊细胞(如肌肉细胞)的过程。为了产生特殊的细胞,一些基因必须在前体细胞中打开,而另一些则必须关闭。

这种细胞分化的过程是由被称为转录因子的DNA结合蛋白所调控的,转录因子控制着决定细胞命运的基因的转录水平。例如,在脊椎动物发育早期,发育中胚胎的外胚层细胞接收来自 BMP, WNT和 SHH等蛋白质的多种诱导信号。这些信号激活启动或关闭一系列基因的转录因子。这样,转录调控决定了外胚层细胞是变成皮肤细胞还是神经系统细胞。

对环境的反应通常需要转录的改变。

环境很少长期稳定。例如,考虑一个植物每天,有时一个小时一个小时暴露在温度、降水量和食物可得性的变化。为了正常运转,个体有机体必须通过调整关键特性(如生长速度、免疫力或行为)来应对这些环境变化。这些调整通常需要增加或减少大量基因的转录水平。例如,当暴露在干旱条件下时,拟南芥植物迅速调节数百个基因的转录,以增加根系生长,从而从土壤中清除尽可能多的水分。


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