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10.1 基因表达的调控
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:1226    更新时间:2011/4/15
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基因表达(gene expression)是指储存遗传信息的核酸序列经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。

基因表达包括:

①基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。

②rRNA或tRNA的基因经转录和加工产生成熟的rRNA或tRNA的过程。

 

原核生物基因表达调控的层次

DNA水平的调控:通过DNA重排等机制来调节基因表达。如沙门氏菌鞭毛蛋白的相变等。

转录水平的调控:调控DNA模板上转录特异mRNA的速度。这是生物在进化过程中选择的最经济的调控方式。

翻译水平的调控:mRNA合成后,通过控制多肽链的形成速度实现调控。

原核中,操纵子是调控表达的基本单位,调控主要在转录水平。真核的调控层次更多。

 

10.1.1 基因表达的特异性

基因表达是受到严格调控的,通常各组织细胞只合成其自身结构和功能所需的蛋白质。

人有2万多个基因,基因表达有高度的时空特异性。只有部分基因在特定的细胞或在特定的发育时期才表达,其它基因却处于关闭状态。

 

①基因表达的组织特异性(tissue specificity):不同组织细胞中基因表达的数量、强度和种类各不相同。

细胞特定的基因表达状态,就决定了这个组织细胞特有的形态和功能。

 

②基因表达的阶段特异性(stage specificity):细胞分化发育的不同时期,基因表达也不相同。

一个受精卵含有发育成一个成熟个体的全部遗传信息,在个体发育分化的各个阶段,各种基因极为有序地表达。

 

如果基因表达调控发生变化,细胞的形态与功能也会随之改变;如正常组织细胞转化为癌细胞的过程与基因表达改变有关。

 

生物的基因表达是受着严密、精确调控的,尽管现在对调控机理的奥妙所知还不多,但已认识到,不仅生命的遗传信息是生物生存所必需的,而且遗传信息的表达调控也是生命本质所在。

 

10.1.2 基因表达适应环境的变化

生物只有适应环境才能生存。当环境条件变化时,生物体就要改变自身基因表达状况,以调整体内执行相应功能蛋白质的种类和数量,从而改变自身的代谢、活动等以适应环境。

 

细胞中有些蛋白质的数量几乎不受环境变化影响,称为组成性蛋白;如糖酵解中的酶蛋白。

随环境变化而变化的蛋白为适应性蛋白。这是由基因表达调控的。

 

①组成性表达(constitutive expression)指不大受环境变化而变化的一类基因表达。

组成性表达的产物组成性蛋白,是细胞或生物体整个生命过程中必不可少的,这类基因可称为看家基因(housekeeping gene)。

 

基因表达几乎不受环境影响的原因可能是由于操纵子或调节基因突变造成的;即形成的有活性的阻遏蛋白不能与操纵子结合,或不能形成有活性的阻遏蛋白。

这类基因中大多数是在生物个体其它组织细胞、甚至在同一物种的细胞中都是持续表达的,是细胞基本的基因表达。这是生物在进化过程中形成的遗传特性。

 

②适应性表达(adaptive expression)指环境的变化容易使其表达水平改变的一类基因表达。

应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导(induction),这类基因称为可诱导的基因(inducible gene);

随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏(repression),这类基因称为可阻遏的基因(repressible gene)。

 

在原核和单细胞生物中,通过改变基因表达适应环境,对于细胞的生存非常重要。

如有充足的葡萄糖,细菌就可利用葡萄糖作能源和碳源,当没有葡萄糖时,细菌就要适应环境中存在的其它糖类(如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等),开放能利用这些糖的酶类基因,以满足生长的需要。

 

即使是内环境保持稳定的高等哺乳类,也经常要变动基因的表达来适应环境,例如与适宜温度下生活相比较,在冷或热环境下适应生活的动物,其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同。

长期摄取不同的食物,体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。

基因表达调控是生物适应环境生存所必需的。

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