基因表現

基因表現（）又称-{zh-hans:基因表现;zh-hant:基因表達}-，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。

基因表現的过程可概分为：DNA转录、RNA剪接、RNA转译、蛋白质转译后修饰，这四大步骤。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。

机制

转录机制

 
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，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。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

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。

翻译

信使RNA(mRNA)

转运RNA(tRNA)

连接氨基酸到tRNA上
氨酰-tRNA合成酶通过氨基酸与tRNA之间的酯化反应来连接它们，氨基酸的种类由副密码子决定。接副有氨基酸的tRNA被称为氨酰tRNA。

核糖体

翻译的起始

翻译延伸

翻译终止

翻译后修饰

基因表达调控

转录调控

转录后调控

翻译调控

依赖翻译的mRNA和蛋白质的稳定性调节

翻译后调控

遗传密码

遗传密码具简并性
遗传密码的简并性，即同一个氨基酸可由多个密码子编码。

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

外部链接 

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

 
分子生物学