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基因表达及其调控机理
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生物体的基因(遗传信息)全都编写在DNA上。 在进行基因表达时，基因首先被转录成mRN A，然后再翻译成蛋白质。这是生物学中最基 本的规律。正是在这个规律的基础上，把从微 生物一直到人的整个生物世界统一成为一个大 的生物系统。这种转录和翻译是忠实的 ，从而决定了生物的遗传特性。但是基因表达 的程序、时间和位置又是受不同层次的调控元 件控制的，这种调控机制不仅决定了基因的产 物的数量，而且也决定了基因表达的 时、空秩序性。生物的正常生长、发育和分化 都是由于基因受控表达的结果。一旦这种调控 机制由于种种原因出现差错，就会导致各种各 样的病变，甚至产生肿瘤。 基因转录和蛋白质生物合成的过程已经基 本清楚，存在的问题是这些过程是怎样得到调 节控制的。基因转录受顺式作用元件和反式蛋 白质因子，以及它们相互作用的控制 。蛋白质生物合成在核糖体上进行，核糖体由 蛋白质和rRNA组成，并与mRNA、tRNA和多 种蛋白质因子相互作用构成一个动态的多分子 体系。遗传信息的传递最近又有一些新的发现， 如免疫球蛋白可变区基因的重组产生了免疫球蛋 白的多样性。此外，DNA序列与蛋 白质序列的对应关系，还有许多不确定的因素， 其中包括真核基因的不连续性，转录后的剪接， 特别可变剪接。RNA编辑,即在mRNA的编码序列中 单个碱基的插入或删除。翻译 过程中mRNA的再次程序化的遗传译码，以及翻译 后蛋白质的肽剪接等，说明遗传信息的传递方式是 多种多样的，控制机制是十分复杂的，这些方 面都是近年来分子生物学的研 究热点。 尽管遗传信息的传递方式多种多样， 仍有许多共同的规律。现在对于其中的一些共 同规律已经有所了解。真核生物的基因组DNA在 细胞内与组蛋白和非组蛋白等结合，形成高度有 序的结构——染色质，染色质结构的形成并随着 细胞周期、基因活动而发生的各 种变化是遗传信息传递调节控制的物质基础。其 中转录状态下染色质结构变化的规律，包括组蛋 白的磷酸化、乙酰化、核小体的解离等的研究对 了解基因转录的调控机制有重要意义。 一个基因的转录涉及到基因上下游一些特殊的 DNA 序列和种类繁多的蛋白质因子(统称为调控元件)。 不断发现新的转录调控元件，阐明这些元件的结构 与功能关系，是基因调控 研究的主要内容。这些调控元件有的是所有基因共 有的，有的是某些细胞组织基因特有的。因此还要 继续从不同的细胞和基因系统中，寻找和分析控制 基因转录的新的特异 DNA序列，分离与这些序列 相作用的蛋白质因子， 并了解它们的结构特征和 功能作用。基因转录受细胞外信号的影响，涉及多 种细胞信号传递途径，最后传入细胞核，通过磷酸 化或去磷酸化，调节转录因子的活性，包括核转位 调节，DNA结合能力的影响， 转录激活作用的控制， 以及转录机器的装配和解离等各个方面。因此基因 表达调控研究必须与信号传递、蛋白质可逆磷酸化 相联系。生物体中许多有重要功能的基因，除受转 录水平的调控外，还转录后水平上受到调控， 特别是选择性的内含子剪接，如肌球蛋白基因的选 择性剪接可决定横纹肌和平滑肌的分化、果蝇 dsx 基因的选择性剪接可决定性别的分化。对基因在转 录后水平上的表达调控研究有可能阐明一些基因的 新的调控机理。 国际上现在正在进行的基因组 计划必将在今后对基因表达调控产生巨大的影响。人 类基因组全序列以及其他模型生物的全基因序列的 测定将为基因的确定、基因功能的研究和基因表达 调控的研究提供丰富的材料，也提出新的要求。对 于基因表达调控来说一个非常重要的任务是总结出 基因表达调控的共同规律来指导基因组计划后的研究工作。 基因表达研究与工农业生产和医学应用等实际问题关 系密切。在农业上、与产量和品质有关的基因表达调 控机理的研究，能为育种学家设计新的育种策略提供 理论依据。在医学上，对遗传病、病毒病、肿瘤等的 发病机理，临床诊断和治疗，基因表达的研究 成果可以提出新的设想和手段。另外，这一研究还可 以提供新的高效表达元件，构建新的表达载体， 推动生物技术的发展。 |
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