基因选择性表达是怎样做到的

Question

基因在不同细胞里有选择性表达 它是怎么做到的啊 是跟mRNA有关？
…… 什么啊都是 百度百科上的就不用说了而…… 那细胞在功能结构上有很大不同 是因为什么不同导致的？

Answer 1

所谓基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中,把储存在dna顺序中遗传信息经过转录和翻译,转变成具有生物活性的蛋白质分子.生物体内的各种功能蛋白质和酶都是同相应的结构基因编码的(图3-5)。

1.转录过程 在rna聚合酶的催化下,以dna为模板合成mrna的过程称为转录(transcription).在双链dna中,作为转录模板的链称为模板链(template strand),或反义链(antisensestrand);而不作为转录模板的链称为编码链(coding strand),或有义链(sense strand).在双链dna中与转录模板互补的一条dna链即编码链,它与转录产物的差异仅在于dna中t变为rna中的u.在含许多基因的dna双链中,每个基因的模板链并不总是在同一条链上,亦即一条链可作为某些基因的模板链的,也可是另外一些基因的编码链。

转录后要进行加工,转录后的加工包括：

（1）剪接：一个基因的外显子和内含子都转录在一条原始转录物rna分子中，称为前mrna(pre-mrna)，又称核内异质rna（heterogenuous nuclear rna,hurna）。因此前mrna分子既有外显子顺序又有内含子顺序，另外还包括编码区前面及后面非翻译顺序。这些内含子顺序必须除支而把外显子顺序连接起来，才能产生成熟的有功能的mrna分子，这个过程称为rna剪接（rna splicing）。剪切发生在外显子的3’末端的gt和内含子3’ 末端与下一个外显子交界的ag处。

（2）加帽：几乎全部的真核 mrna 端都具“帽子”结构。虽然真核生物的mrna的转录以嘌呤核苷酸三磷酸（pppag或pppg）领头，但在5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7gpppagpnp）。mnra5’端的这种结构称为帽子（cap）。不同真核生物的mrna具有不同的帽子。

mrna的帽结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mrna和核糖体的结合；②m7gppp结构能有效地封闭rna 5’末端，以保护mrna免疫5’核酸外切酶的降解，增强mrna的稳定

（3）加尾：大多数真核生物的mrna 3’末端都有由100~200个a组成的poly（a）尾巴。poly(a)尾不是由dna编码的，而是转录后的前mrna以atp为前体，由rna末端腺苷酸转移酶，即ploy(a)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在转录终止的3’末端，而是在转录产物的3’末端，由一个特异性酶识别切点上游方向13~20碱基的加尾识别信号aauaaa以及切点下游的保守顺序gugugug，把切点下游的一段切除，然后再由poly(a)聚合酶催化，加上poly(a)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和多聚腺苷酸化作用均显著降低
mrnapoly(a)尾的功能是：①可能有助mrna从核到细胞质转运；②避免在细胞中受到核酶降解，增强mrna的稳定性。

2．翻译过程 真核细胞的转录以及加工都是细胞核内进行，但翻译过程则在细胞质中进行。

以mrna作为模板，trna作为运载工具，在有关酶、辅助因子和能量的作用下将活化的氨基酸在核糖体（亦称核蛋白体）上装配为蛋白质多肽链的过程，称为翻译（translation）,这一过程大致可分为3个阶段 （图3-6）：

（1）肽链的起始：在许多起始因子的作用下，首先是核糖体的小亚基和mrna上的起始密码子结合，然后甲酰甲硫氨酰trna(trna fmet)结合上去，构成起始复合物。通过trna的反密码子uac，识别mrna上的起始密码子aug，并相互配对，随后核糖体大亚基结合到小亚基上去，形成稳定的复合体，从而完成了起始的作用。]

（2）肽链的延和长：核糖体上有两个结合点——p位和a位，可以同时结合两个氨酰trna。当核糖体沿着mrna从5’→3’移动时，便依次读出密码子。首先是trnafmet结合在p位，随后第二个氨酰trna进入a位。此时，在肽基转移酶的催化下，p位和a位上的2个氨基酸之间形成肽键。第一个trna失去了所携带的氨基酸而从p位脱落，p位空载。a位上的氨酰trna在移位酶和gtp的作用下，移到p位，a位则空载。核糖体沿mrna 5’端向3’端移动一个密码子的距离。第三个氨酰trna进入a位，与p位上氨基酸再形成肽键，并接受p位上的肽链，p位上trna释放，a位上肽链又移到p位，如此反复进行，肽链不断延长，直到mrna的终止密码出现时，没有一个氨酰trna可与它结合，于是肽链延长终止。

（3）肽链的终止：终止信号是mrna上的终止密码子（uaa、uag或uga）。当核糖体沿着mrna移动时，多肽链不断延长，到a位上出现终止信号后，就不再有任何氨酰trna接上去，多肽链的合成就进入终止阶段。在释放因子的作用下，肽酰trna的的酯键分开，于是完整的多肽链和核糖体的大亚基便释放出来，然后小亚基也脱离mrna.

（4）翻译后加工（postranslational processing）：从核糖体上释放出来的多肽需要进一步加工修饰才能形成具有生物活性的蛋白质。翻译后的肽链加工包括肽链切断，某些氨基酸的羟基化、磷酸化、乙酰化、糖基化等。真核生物在新生手肽链翻译后将甲硫氨酸裂解掉。有一类基因的翻译产物前体含有多种氨基酸顺序，可以切断为不同的蛋白质或肽，称为多蛋白质（polyprotein）。例如胰岛素（insulin）是先合成86个氨基酸的初级翻译产物，称为胰岛素原（proinsulin），胰岛素原包括a、b、c三段，经过加工，切去其中无活性的c肽段，并在a肽和b肽之间形成二硫键，这样才得到由51个氨基酸组成的有活性的胰岛素。

3．外显子与内含子表达过程中的相对性 从内含子与外显子的定义来看，两者是不能混淆的，但是真核生物的外显子也并非都“显”（编码氨基酸），除了trna基因和rrna基因的外显子完全“不显”之外，几乎全部的结构基因的首尾两外显子都只有部分核苷酸顺序编码氨基酸，还有完全不编码基酸的外显子，如人类g6pd基因的第一外显子核苷酸顺序。

现在已发现一个基因的外显子可以是另一基因的内含子，所这亦然。以小鼠的淀粉酶基因为例，来源于肝的与来源于唾液腺的是同一基因。淀粉酶基因包括4个外显子，肝生成的淀粉酶不保留外显子1，而唾液腺中的淀粉酶则保留了外显子1的50bp顺序，但把外显子2与前后两段内含子一起剪切掉，经过这样剪接，外显子2就变成唾液淀粉酶基因中的内含子。

4．同一基因在不同组织能生成不同的基因产物 来源于不同组织的类似蛋白，可以由同一基因编码产生，这种现象首先是由于基因中的增强子等有组织特异性，它能与不同组织中的组织特异因子结合，故在不同组织中同一基因会产生不同的转录物与转录后加工作用。此外真核生物基因可有一个以一的poly(a)位点，因此能在不同的细胞中产生具有不同3’末端的前mrna，从而会有不同的剪接方式。由于大多数真核生物基因的转录物是先加poly(a)尾巴，然后再行剪接，因此不同组织、细胞中会有不同的因子干预多聚腺苷酸化作用，最后影响剪接模式。降钙素（calcitonin）基因在不同组织中的表达可作为实例
降钙素基因（calcaa多肽，定位于11p15.4）中甲状腺细胞中形成的前mrna（短转录物），包含有非翻译顺序（1）、编码外显子（2）和（3）以及降钙素编码外显子（4）（包括部分非编码区），在转录物pa1位点即aauaaa信号附近进行多聚腺苷酸化。而在下丘脑，其前mrna（长转录物）中除了包含转录物的全部顺序外，还包含有与降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide, cgrp）的编码外显子（5a）和cgrp的3’末端非翻译顺序(5b)，并在转录物pa2处进行poly(a)加工。可是，在长转录物的剪接过程中，外显子（3）的拼接点直接与cgrp编码外显子(5a)拼接点相连，从而删除降钙素的编码外显子（4），这样形成两种成熟的mrna,分别翻译产生降钙素的前体和cgrp前体，然后通过酶促降产生降钙素cgrp这两种激素。

Answer 2

什么是基因选择性表达？
在个体发育的的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成的不同的组织和器官。
在生物个体发育过程中，基因如何选择性表达？
基因的选择性表达是指在细胞分化中，基因在特定的时间和空间条件下有选择表达的现象，其结果是形成了形态结构和生理功能不同的细胞。由于细胞分化发生于生物体的整个生命进程中，所以基因的选择性表达在生命过程各阶段都在体现。不仅如此，基因的选择性表达在单细胞原核、真核生物生长发育中，甚至病毒的生命活动中都明显表现，这充分体现了基因的选择性表达的普遍性。同时，在某些外界因素和生物内部因素影响下，基因的选择性表达还会出现特殊性。下面以具体事例分析说明。
1.1基因的选择性表达的普遍性
在多细胞生物的个体发育中，受精卵有丝分裂增加细胞数目，产生的细胞大多数不再分裂，细胞中特定的基因通过转录翻译合成蛋白质，表现出特定的形态、结构和生理功能，形成不同的细胞和组织。如动物和人的红细胞和心肌细胞都来自同一胚层，后来分化出的红细胞合成出血红蛋白，而心肌细胞则能够合成肌动蛋白和肌球蛋白。即使在细胞分裂过程中，基因的选择性表达同样存在。如在细胞分裂间期、分裂期，仅仅是部分基因在表达，合成了特定的蛋白质、酶用于分裂过程，绝大部分基因没有表达。
在多细胞生物的生命历程中，成熟和衰老阶段同样有基因的选择性表达。在成熟期，参与细胞分裂的基因基本不表达，用于物质转化的相关蛋白质等的基因在表达，合成相应的蛋白质、酶等。如马铃薯块茎、甜菜块根形成后，细胞中用于合成葡萄糖转化为乳酸的酶的基因进行了表达，故它们无氧呼吸时产物是乳酸，有利于减少物质能量浪费，还降低了对细胞的伤害程度。再如：人和动物的第二特征的表现，是生长发育到一定阶段基因选择性表达的结果。而在衰老过程中，用于正常代谢的酶合成受到抑制或数量减少，加速了衰老的程度，也是基因的选择性表达的结果。程序性死亡的理论假说也认为死亡的细胞是通过基因的选择性表达实现的。
作为单细胞生物，产生新个体常常通过细胞分裂的方式，细胞分裂中的仍有部分基因在表达。新细胞（或新个体）生长发育中过程中，特定的基因在不同阶段表达，细胞完成相应的生理活动适应了特定的环境。如通过实验比较双小核草履虫单独培养和与大草履虫混合培养发现其细胞内的基因表达有显著不同：混合培养时产生的蛋白质种类和数量远远超过单独培养的情况，增强了其竞争力。再如细菌在环境条件适应时，基因选择性表达保证正常的生长繁殖与生存，一旦环境恶化，细菌体内特定的基因进行表达，使其形态结构改变，出现荚膜、芽孢等特殊结构助其度过危机。而非细胞结构的病毒，寄生在宿主细胞内，基因表达也有选择性，使其衣壳有不同的形态或使其表现出不同的抗原性（或致病性）。如禽流感病毒中基因表达不同的蛋白质类物质，致病性相差较大。对人和鸟类都有致病作用的是H5N1，其他类型致病作用小得多。原因是前者基因选择性表达出了一种被称为“细胞因子”的蛋白质迅速进入被感染的肺部组织，进而免疫系统过度反应造成死亡。
1.2基因的选择性表达的特殊性
基因的选择性表达不仅具有普遍性，还具有特殊性。如：在外界环境因素（如物理、化学、生物方面）的影响下，生物体内原癌基因由抑制状态转变为激活状态，能够进行正常表达导致出现癌症，而正常生物体内的原癌基因就不能表达。再如微生物体内酶合成的调节，也是基因的选择性表达的结果。常见的大肠杆菌在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基进行培养，开始，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖消耗完毕后，大肠杆菌细胞内控制合成分解乳糖的半乳糖苷酶的基因才开始表达。有了半乳糖苷酶，才能利用乳糖作碳源。这种调节既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。此外，基因的选择性表达的特殊性还表现在兼性营养型的食虫植物和红螺菌体内。如当土壤中缺乏氮元素，食虫植物通过捕食昆虫获取营养，此时植物体内某些基因进行表达，产生酶分解利用昆虫的营养物质，保证自身营养需要。又如红螺菌在没有光照有有机物的条件下，它又可以利用有机物进行生长，同样有特定基因在这特定条件下表达。
基因的选择性表达的特殊性不仅表现在基因是否能在特定的空间和时间表达，还体现在表达量的方面。如在高等动物体内激素分泌量的反馈调节，水平衡调节中抗利尿激素分泌量的变化，血糖平衡调节中胰岛素和胰高血糖素分泌量的高低等方面，都要通过基因的选择性表达来实现。
由此可知，基因的选择性表达是很复杂的，其影响因素既有外因，又有内因。现在人们已经可通过改变外界条件使生物体的有利的基因表达，抑制有害的基因的表达，为人类自身造福。如通过特定的 化疗方法使癌基因处于抑制状态，从而治疗癌症。那么，基因的选择性表达的内部机制是什么呢？2006年诺贝尔奖获得者美国两名科学家安德鲁•法尔和克雷格•梅洛作出了科学的解释。他们经过多年的潜心研究，发现基因的选择性表达是体内存在RNA干扰机制。RNA干扰现象普遍存在于动植物体和人体中，这对于基因的选择性表达的管理，参与对病毒感染的防护，控制活跃基因，激活抑制基因都具有重要意义。

参考资料：http://baike.baidu.com/view/1100194.htm

Answer 3

这个复杂了，与DNA有关，还没有正式的研究成果，这个问题问的好啊。

Answer 4

DNA在细胞核中复制 ,转录为mRNA,mRNA上每3个碱基形成一个蛋白质，由蛋白质决定性状
恩，按照的是中心法则

Answer 5