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14.1: 什么是基因表达?
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什么是基因表达?
 

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14.1: 什么是基因表达?

“基因表达是指DNA(即基因)指导蛋白质等功能产物合成的过程。细胞可以在不同阶段调节基因表达。它允许生物体产生不同的细胞类型,并使细胞能够适应内外因素。”

遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质

基因是一段DNA,它是功能性RNA和蛋白质的蓝图。由于DNA由核苷酸组成,蛋白质由氨基酸组成,因此需要一种介体将DNA中编码的信息转化为蛋白质。这种介质是信使RNA (mRNA)。 mRNA通过一种称为转录的过程从DNA复制蓝图。在真核生物中,转录是通过与DNA模板的互补碱基配对在细胞核中进行的。然后,mRNA被加工并运输到细胞质中,作为翻译过程中蛋白质合成的模板。在缺乏细胞核的原核生物中,由于新形成的mRNA易被快速降解,转录和翻译过程几乎同时发生在同一位置。

基因表达在转录过程中的任何阶段都可以被调节。

一个有机体的每一个细胞都含有相同的DNA,因此也含有相同的基因。然而,并非细胞中的所有基因都被“打开”或用于合成蛋白质。当一个基因编码的蛋白质由细胞产生时,它就被称为“表达的”。基因表达被调节以确保在特定的时间在特定的细胞中正确地产生蛋白质。在转录之前和转录过程中,各种内在和外在机制调节基因表达。

染色质致密DNA及其相关组蛋白的结构可以通过化学修饰来打开或关闭。这样的修改允许或限制转录机制对DNA的访问。染色质修饰是发育过程中形成同一基因组中不同细胞类型(如神经元与肌肉细胞)的内在机制。

DNA结合蛋白,称为转录因子,通过与基因编码区附近或内部的特定DNA序列结合来调节转录。促进转录起始的转录因子称为激活因子。阻止转录机制与转录起始位点结合的蛋白质称为抑制因子。转录激活物或抑制物对外界刺激如信号分子、营养缺乏、温度和氧气有反应。

基因表达可以在转录后和翻译后进行调节。

基因表达可以通过转录后的mRNA处理来调节。在真核生物中,转录的mRNA经历剪接和其他修饰,以保护RNA链的末端不被降解。剪接去除不编码蛋白质的内含子片段,并将称为外显子的蛋白质编码区连接在一起。选择性剪接允许表达来自同一基因的功能不同的蛋白质。选择性剪接对基因表达的调控在器官发育、细胞存活和增殖以及对环境因子的适应等方面发挥着重要作用。

基因表达也可以通过调节mRNA向蛋白质的转化而改变。翻译可由小的非编码RNA调节,这些RNA与特定的mRNA序列结合,阻断翻译的起始或降解转录的mRNA。此外,被称为翻译抑制因子的蛋白质可以与RNA结合并干扰翻译的开始。

翻译后的多肽经过加工形成功能蛋白。化学基团的添加或移除可以改变细胞中蛋白质的活性、稳定性和定位。例如,添加或移除磷酰基PO32-) 可以激活或灭活蛋白质。类似地,泛素基团的加入导致蛋白质降解。因此,翻译后蛋白修饰是基因调控的最后阶段。
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