16: 基因表达
- Page ID
- 202948
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
尽管每个细胞共享相同的基因组和DNA序列，但每个细胞不会开启或表达相同的基因组。 每种细胞类型都需要一组不同的蛋白质才能发挥其功能。 因此，只有一小部分蛋白质在细胞中表达。 为了表达蛋白质，必须将DNA转录为RNA，并且必须将RNA转化为蛋白质。 在给定的细胞类型中，并非所有编码在DNA中的基因都被转录为RNA或转化为蛋白质，因为我们体内的特定细胞具有特定的功能。 构成眼睛的特殊蛋白质（虹膜、晶状体和角膜）仅在眼睛中表达，而心脏中的特殊蛋白质（起搏器细胞、心肌和瓣膜）仅在心脏中表达。 在任何给定时间，我们的 DNA 编码的所有基因中只有一部分被表达并转化为蛋白质。 特定基因的表达是一个高度调节的过程，有多个控制水平和阶段。 这种复杂性可确保在适当的时间在正确的细胞中正确表达。
- 16.0：基因表达前奏
- 体内的每个体细胞通常都含有相同的 DNA。 少数例外包括红细胞，它们在成熟状态下不含任何DNA，以及一些在产生抗体的同时重新排列其DNA的免疫系统细胞。 但是，总的来说，决定你是否有绿眼睛、棕色头发以及食物代谢速度的基因在你的眼睛和肝脏的细胞中是相同的，尽管这些器官的功能截然不同。
- 16.1: 调节基因表达
- 基因表达的调节可以节省能量和空间。 生物体需要大量的能量才能随时表达每个基因，因此只有在需要时才开启基因会更节能。 此外，只在每个细胞中表达一部分基因可以节省空间，因为必须将DNA从其紧密盘绕的结构中解开才能转录和翻译DNA。
- 16.2: 原核生物基因调控
- 原核生物的DNA被组织成在细胞质核样区域超盘绕的圆形染色体。 特定功能所需的蛋白质或参与相同生化途径的蛋白质在称为操纵子的块中一起编码。 例如，使用乳糖作为能量来源所需的所有基因在乳糖（或 lac）操纵子中彼此相邻编码。
- 16.3: 真核生物表观遗传基因调控
- 真核生物基因表达比原核生物基因表达更为复杂，因为转录和翻译过程在物理上是分开的。 与原核细胞不同，真核细胞可以在许多不同的水平上调节基因表达。 真核生物基因的表达从控制获取 DNA 开始。 这种称为表观遗传调控的调控形式甚至在转录开始之前就发生了。
- 16.4: 真核生物转录基因调控
- 与原核细胞一样，真核生物中的基因转录需要RNA聚合酶的作用才能与基因上游的序列结合才能启动转录。 但是，与原核细胞不同，真核生物 RNA 聚合酶需要其他蛋白质或转录因子来促进转录的启动。 转录因子是与启动子序列和其他调控序列结合以控制靶基因转录的蛋白质。
- 16.5: 真核生物转录后基因调控
- RNA 是经过转录的，但在开始翻译之前必须经过处理成熟的形式。 这种在 RNA 分子被转录之后但在转化为蛋白质之前的处理称为转录后修饰。 与加工的表观遗传学和转录阶段一样，也可以调节这个转录后步骤以控制细胞中的基因表达。 如果不对RNA进行处理、穿梭或翻译，则不会合成任何蛋白质。
- 16.6: 真核转化与翻译后基因调控
- RNA被运送到细胞质后，它被转化为蛋白质。 这个过程的控制在很大程度上取决于RNA分子。 如前所述，RNA的稳定性将对其转化为蛋白质产生重大影响。 随着稳定性的变化，可用于翻译的时间也会发生变化。
- 16.7：癌症和基因调控
- 癌症不是一种单一的疾病，而是包括许多不同的疾病。 在癌细胞中，突变会改变细胞周期控制，细胞不会像往常一样停止生长。 突变还可以改变细胞在细胞周期中的生长速度或进展。 改变生长速度的基因修饰的一个例子是细胞周期蛋白B的磷酸化增加，细胞周期B是一种控制细胞在细胞周期中进展的蛋白质，也是细胞周期检查点蛋白。
缩略图：核小体间隔很远，因此 DNA 暴露在外。 转录因子可以结合，从而实现基因表达。 （CC BY 4.0 /修改自原始版本；OpenStax）。