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基因表現

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基因的表現,首先需要將遺傳資訊從DNA上轉錄信使RNA,然後再通過轉運RNA轉譯蛋白質

基因表現英語Gene expression)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,如信使RNA(tRNA)小核RNA(snRNA),產物則是RNA。所有已知生物都通過基因表現來生成生命所需的高分子物質。

圖中為蛋白質1級3級的變化

基因表現的過程可分為轉錄RNA剪接轉譯、蛋白質的轉譯後修飾這幾步。基因表現的調控作用英語Regulation of gene expression控制細胞的結構與功能,同時也是細胞分化形態發生英語Morphogenesis及生物體適應性的基礎。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。

轉錄機制[編輯]

RNA聚合酶沿著一條DNA移動,合成一股新的RNA
轉錄過程由RNA聚合酶完成,以DNA(黑)作為模板,生成RNA(藍)。上為編碼鏈,下為模板鏈

基因編碼了遺傳資訊的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3'端。對於一個基因而言,這兩條鏈可以分別稱為模板鏈編碼鏈。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,需要啟動子轉錄因子來啟動轉錄。RNA聚合酶I英語RNA polymerase I負責轉錄核醣體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。

3'端切割多聚腺苷酸化也是修飾的一部分。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]

連接胺基酸到tRNA上[編輯]

核醣體[編輯]

轉譯的起始[編輯]

轉譯延伸[編輯]

轉譯終止[編輯]

轉譯的調控[編輯]

依賴轉譯的mRNA和蛋白質的穩定性調節[編輯]

遺傳密碼[編輯]

遺傳密碼具簡併性[編輯]

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]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 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. doi:10.1107/S0907444908039875. PMC 2631633. PMID 19171965. 

外部連結[編輯]


參見[編輯]