基因表達
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基因表達（英語：gene expression）又稱基因表達，是用基因中的資訊來合成基因產物的過程。產物通常是蛋白質，但對於非蛋白質編碼基因，如tRNA和小核RNA（snRNA），產物則是RNA。所有已知生物都通過基因表達來生成生命所需的高分子物質。
基因表達的過程可概分為：DNA轉錄、RNA剪接、RNA轉譯、蛋白質轉譯後修飾，這四大步驟。基因表達調控控制細胞的結構與功能，同時也是細胞分化、形態發生及生物體的多功能性和適應性的基礎。不同的時間、不同的環境，以及不同部位的細胞，或是基因在細胞中的含量差異，皆可能使基因產生不同的表現。基因調節也可以作為進化變化的基質，因為基因表達的時間，位置和數量的控制可以對基因在細胞或多細胞生物體中的功能（作用）具有深遠的影響。
在遺傳學中，基因表達是基因型產生表現型（即可觀察的性狀）的最基本的層次。
機制
[編輯]轉錄機制
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基因是編碼了遺傳資訊的DNA片段。基因組DNA由反向平行、相反互補的雙鏈組成，每一條鏈都有5'端和3'端。對於一個基因而言，這兩條鏈可以分別稱為模板鏈和編碼鏈。以DNA為模板合成RNA副本的過程，就稱為轉錄。
轉錄發生在細胞核中，由RNA聚合酶完成。RNA聚合酶將核苷酸一個個拼接到RNA鏈上。新生成的RNA與DNA模板鏈的3' → 5'方向互補[1]，而模板鏈的3' → 5'方向本身又與編碼鏈的5' → 3'方向互補。因此，生成的RNA與DNA編碼鏈完全相同，除了胸腺嘧啶（T）被替換成了尿嘧啶（U）。比如，DNA編碼鏈上的"ATG"間接轉錄到RNA非編碼鏈上就變成"AUG"。
原核生物中，轉錄只由一種RNA聚合酶完成，此過程需要一段稱為普里布諾盒的DNA序列和σ因子才能開始。真核生物中，轉錄由三種RNA聚合酶完成，需要啟動子和轉錄因子來啟動轉錄。RNA聚合酶I負責轉錄核糖體RNA（rRNA）的基因。RNA聚合酶II（Pol II）不僅轉錄所有蛋白質編碼基因，還轉錄一些非編碼RNA（如snRNA、snoRNA）。聚合酶遇到終止子後，轉錄過程即告結束。
RNA剪接
[編輯]原核生物的蛋白質編碼基因經過轉錄後可直接生成成熟的信使RNA（mRNA），而真核生物在轉錄後首先生成一種初級轉錄RNA（前mRNA），而後經過一系列修飾才能成為成熟的mRNA。
修飾中有一步稱為5'端加帽，即在前mRNA的5'端加上7-甲基鳥苷（m7G）的過程，此過程可以保護RNA不被核酸外切酶降解。m7G帽隨即與帽結合蛋白異源二聚體（CBC20/CBC80）結合，輔助RNA運輸到細胞質，並防止RNA被脫帽。
修飾中另一步是3'端切割和多聚腺苷酸化。這兩種修飾在前mRNA中存在多聚腺苷酸化信號序列（5'- AAUAAA-3'）的條件下發生，這段序列通常位於蛋白質編碼序列和終止子之間。前mRNA先被切割，然後加上約200個腺嘌呤形成聚A尾，來防止RNA降解。
轉譯
[編輯]信使RNA(mRNA)
[編輯]轉運RNA(tRNA)
[編輯]連接氨基酸到tRNA上
[編輯]胺醯-tRNA合成酶通過氨基酸與tRNA之間的酯化反應來連接它們，氨基酸的種類由副密碼子決定[2]。接副有氨基酸的tRNA被稱為胺醯tRNA。
核糖體
[編輯]轉譯的起始
[編輯]轉譯延伸
[編輯]轉譯終止
[編輯]轉譯後修飾
[編輯]基因表達調控
[編輯]轉錄調控
[編輯]轉錄後調控
[編輯]轉譯調控
[編輯]依賴轉譯的mRNA和蛋白質的穩定性調節
[編輯]轉譯後調控
[編輯]遺傳密碼
[編輯]遺傳密碼具簡併性
[編輯]遺傳密碼的簡併性，即同一個氨基酸可由多個密碼子編碼。
遺傳密碼遵循的三條規律
[編輯]- 1. 密碼子從5' -> 3' 方向閱讀
- 2. 密碼子不重疊
- 3. 資訊在固定的閱讀框上轉譯
抑制突變可以存在於相同或不同的基因中
[編輯]遺傳密碼幾乎通用
[編輯]參見
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參考文獻
[編輯]- ^ Brueckner F, Armache KJ, Cheung A; et al. Structure–function studies of the RNA polymerase II elongation complex. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. February 2009, 65 (Pt 2): 112–20. PMC 2631633
. PMID 19171965. doi:10.1107/S0907444908039875.
- ^ Paolella, Peter. 分子生物学导论. 副密码子. Qing hua ta xue chu ban she. 2002. ISBN 7-302-05095-3. OCLC 298594848.
