基因表达

✍ dations ◷ 2025-05-30 05:46:25 #基因表现,分子生物学

基因表达(英语:Gene expression)是用基因中的信息来合成基因产物的过程。产物通常是蛋白质,但对于非蛋白质编码基因,如转运RNA(tRNA)和小核RNA(snRNA),产物则是RNA。所有已知生物都通过基因表达来生成生命所需的高分子物质。

基因表达的过程可分为转录、RNA剪接、翻译、蛋白质的翻译后修饰这几步。基因表达调控(英语:Regulation of gene expression)控制细胞的结构与功能,同时也是细胞分化、形态发生及生物体的多功能性和适应性(英语:Adaptability)的基础。不同的时间、不同的环境,以及不同部位的细胞,或是基因在细胞中的含量差异,皆可能使基因产生不同的表现。基因调节也可以作为进化变化的底物,因为基因表达的时间,位置和数量的控制可以对基因在细胞或多细胞生物体中的功能(作用)具有深远的影响。

在遗传学中,基因表达是基因型产生表现型(即可观察的性状)的最基本的层次。

基因是编码了遗传信息的DNA片段。基因组DNA由反向平行、相反互补的双链组成,每一条链都有5'端和3'端。对于一个基因而言,这两条链可以分别称为模板链和编码链。以DNA为模板合成RNA副本的过程,就称为转录。

转录发生在细胞核中,由RNA聚合酶完成。RNA聚合酶将核苷酸一个个拼接到RNA链上。新生成的RNA与DNA模板链的3' → 5'方向互补,而模板链的3' → 5'方向本身又与编码链的5' → 3'方向互补。因此,生成的RNA与DNA编码链完全相同,除了胸腺嘧啶(T)被替换成了尿嘧啶(U)。比如,DNA编码链上的"ATG"间接转录到RNA非编码链上就变成"AUG"。

原核生物中,转录只由一种RNA聚合酶完成,此过程需要一段称为普里布诺盒的DNA序列和σ因子才能开始。真核生物中,转录由三种RNA聚合酶完成,需要启动子和转录因子来启动转录。RNA聚合酶I(英语:RNA polymerase I)负责转录核糖体RNA(rRNA)的基因。RNA聚合酶II(Pol II)不仅转录所有蛋白质编码基因,还转录一些非编码RNA(如snRNA、snoRNA)。聚合酶遇到终止子后,转录过程即告结束。

原核生物的蛋白质编码基因经过转录后可直接生成成熟的信使RNA(mRNA),而真核生物在转录后首先生成一种初级转录RNA(前mRNA),而后经过一系列修饰才能成为成熟的mRNA。

修饰中有一步称为,即在前mRNA的5'端加上7-甲基鸟苷(m7G)的过程,此过程可以保护RNA不被核酸外切酶降解。m7G帽随即与帽结合蛋白异源二聚体(CBC20/CBC80)结合,辅助RNA运输到细胞质,并防止RNA被脱帽。

修饰中另一步是和。这两种修饰在前mRNA中存在多聚腺苷酸化信号序列(5'- AAUAAA-3')的条件下发生,这段序列通常位于蛋白质编码序列和终止子之间。前mRNA先被切割,然后加上约200个腺嘌呤形成聚A尾,来防止RNA降解。

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