基因表現

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基因的表达，首先需要将遗传信息从DNA上转录至信使RNA，然后再通过转运RNA翻译成蛋白质


基因表現（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。




圖中為蛋白質1級到3級的變化


基因表現的过程可分为转录、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，基因表現是基因型产生表現型（即可观察的性状）的最基本的层次。




目录






  • 1 转录机制


  • 2 RNA剪接


  • 3 翻译


    • 3.1 信使RNA(mRNA)


    • 3.2 转运RNA(tRNA)


    • 3.3 连接氨基酸到tRNA上


    • 3.4 核糖体


    • 3.5 翻译的起始


    • 3.6 翻译延伸


    • 3.7 翻译终止


    • 3.8 翻译的调控


    • 3.9 依赖翻译的mRNA和蛋白质的稳定性调节




  • 4 遗传密码


    • 4.1 遗传密码具简并性


    • 4.2 遗传密码遵循的三条规律


    • 4.3 抑制突变可以存在于相同或不同的基因中


    • 4.4 遗传密码几乎通用




  • 5 参见


  • 6 参考文献


  • 7 外部链接





转录机制



RNA聚合酶沿着一条DNA移动，合成一股新的RNA

转录过程由RNA聚合酶完成，以DNA（黑）作为模板，生成RNA（蓝）。上为编码链，下为模板链


主条目：转录

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[1]，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。



RNA剪接


主条目：转录后修饰

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5'端加帽，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3'端切割和多聚腺苷酸化。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。



Pre-mRNA is pliced to form of mature mRNA.

简单图示说明pre-mRNA中的外显子和内含子以及通过剪接形成成熟mRNA。The UTRs are non-coding parts of exons at the ends of the mRNA.



翻译



信使RNA(mRNA)


主条目：信使RNA


转运RNA(tRNA)


主条目：转运RNA


连接氨基酸到tRNA上



核糖体



翻译的起始



翻译延伸



翻译终止



翻译的调控



依赖翻译的mRNA和蛋白质的稳定性调节



遗传密码


主条目：遗传密码


遗传密码具简并性



遗传密码遵循的三条规律



  • 1. 密码子从5' -> 3' 方向阅读

  • 2. 密码子不重叠

  • 3. 信息在固定的阅读框上翻译



抑制突变可以存在于相同或不同的基因中



遗传密码几乎通用



参见




  • 基因表达谱

  • 基因工程


  • 表觀遺傳學(epigenetics)


  • 转基因生物(GMO)


  • 副突变(paramutation)

  • 蛋白質生物合成

  • 分子生物学的中心法則

  • 转录调控



参考文献





  1. ^ Brueckner F, Armache KJ, Cheung A; 等. 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.  引文格式1维护：显式使用等标签 (link)




外部链接






维基共享资源中相关的多媒体资源：基因表現

  • Plant Transcription Factor Database and Plant Transcriptional Regulation Data and Analysis Platform

































  • 查

  • 论

  • 编


基因表达

遗传学入门


  • 遗传密码


  • 经典中心法则：

    • DNA → RNA → 蛋白质



  • 扩充中心法则

    • RNA → RNA

    • RNA → DNA

    • 蛋白质 → 蛋白质
转录
















类型


  • 细菌转录（英语：Bacterial transcription）

  • 古菌转录

  • 真核转录
关键元素


  • 转录因子

  • RNA聚合酶

  • 启动子
转录后修饰


  • hnRNA

  • 5'端加帽

  • RNA剪接

  • 多腺苷酸化

  • Histone acetylation and deacetylation


翻译











类型


  • 原核翻译

  • 古菌翻译

  • 真核翻译
关键元素


  • 核糖体

  • tRNA

  • 翻译后修饰


基因表达调控（英语：Regulation of gene expression）



  • 表观遗传学调节

    • 基因組銘印 等



  • 转录调控

    • 基因调控网络（英语：Gene regulatory network）

    • 顺式作用元件



  • 乳糖操縱子


  • 转录后调控（英语：Post-transcriptional regulation）

    • P体

    • 可变剪接


    • miRNA 等



  • 翻译调控（英语：Translational regulation）


  • 翻译后调控（英语：Post-translational regulation）

    • 可逆的

    • 不可逆的
有影响力的人



  • 方斯華·賈克柏(François Jacob)


  • 賈克·莫諾(Jacques Monod)
















  • 查

  • 论

  • 编


遗传学索引

描述


  • 生化


  • 基因表达

    • DNA（复制

    • 周期蛋白

    • 遗传重组

    • 修复




  • 转录

    • 转录因子与细胞内受体

    • 辅调节因子

    • RNA

    • 重复序列

    • 转录后修饰




  • 翻译

    • 核糖体亚基

    • 翻译后修饰

    • 分拣蛋白




  • DNA/RNA结合蛋白

    • 核糖核蛋白)


  • 蛋白质

    • 结构域

    • 结构

      • 1°

      • 2°

      • 2+°

      • 3°

      • 4°
疾病


  • Replication and repair（英语：Template:DNA replication and repair-deficiency disorder）

  • Transcription factor（英语：Template:Transcription factor and coregulator deficiencies）

  • Transcription（英语：Template:Disorders of transcription and post transcriptional modification）

  • Translation（英语：Template:Disorders of translation and posttranslational modification）


































  • 查

  • 论

  • 编



转录（细菌（英语：Bacterial transcription）、真核）

         转录调控
















原核



  • 操縱子

    • 乳糖操縱子

    • 色氨酸操纵子

    • gab操纵子（英语：gab operon）

    • 半乳糖操纵子（英语：gal operon）




  • 阻遏物（英语：Repressor）

    • 乳糖阻遏因子（英语：Lac repressor）

    • 色氨酸阻遏因子（英语：Tryptophan repressor）
真核

















    组蛋白修饰酶类（英语：Histone-modifying enzymes）
（組織蛋白/核小體）:



  • 组蛋白甲基化/组蛋白甲基转移酶（EZH2）

  • 组蛋白脱甲基酶


  • 组蛋白乙酰化与脱乙酰化（英语：Histone acetylation and deacetylatio）

    • 组蛋白脱乙酰化酶 HDAC1（英语：HDAC1）


  • 组蛋白乙酰基转移酶
DNA甲基化

  • DNA甲基转移酶（英语：DNA methyltransferase）
染色质重塑

  • CHD7（英语：CHD7）


兼有



  • 转录共调控因子（英语：Transcription coregulator）

    • 辅激活物

    • 辅阻遏物



  • 诱导物


启动



  • 启动子

    • 普里布諾盒

    • TATA盒

    • BRE

    • CAAT盒

    • 响应元件




  • 增强子
    • E-盒


  • 绝缘子

  • 沉默子
起始（细菌、
真核）

  • 转录起始位点
延伸



  • 细菌 RNA聚合酶：rpoB


  • 真核 RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅱ
终止（细菌、
真核)


  • 終止子

  • 内在终止（英语：Intrinsic termination）

  • ρ因子


另见：转录与转录后修饰疾病
















  • 查

  • 论

  • 编


遗传学索引

描述


  • 生化


  • 基因表达

    • DNA（复制

    • 周期蛋白

    • 遗传重组

    • 修复




  • 转录

    • 转录因子与细胞内受体

    • 辅调节因子

    • RNA

    • 重复序列

    • 转录后修饰




  • 翻译

    • 核糖体亚基

    • 翻译后修饰

    • 分拣蛋白




  • DNA/RNA结合蛋白

    • 核糖核蛋白)


  • 蛋白质

    • 结构域

    • 结构

      • 1°

      • 2°

      • 2+°

      • 3°

      • 4°
疾病


  • Replication and repair（英语：Template:DNA replication and repair-deficiency disorder）

  • Transcription factor（英语：Template:Transcription factor and coregulator deficiencies）

  • Transcription（英语：Template:Disorders of transcription and post transcriptional modification）

  • Translation（英语：Template:Disorders of translation and posttranslational modification）





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