基因调控
gene expression,regulation of
生物体内控制基因表达的机制.基因表达的主要过程是基因的转录和信使核糖核酸（mRNA）的翻译.基因调控主要发生在3个水平上,即①DNA水平上的调控、转录控制和翻译控制；②微生物通过基因调控可以改变代谢方式以适应环境的变化,这类基因调控一般是短暂的和可逆的；③多细胞生物的基因调控是细胞分化、形态发生和个体发育的基础,这类调控一般是长期的,而且往往是不可逆的.基因调控的研究有广泛的生物学意义,是发生遗传学和分子遗传学的重要研究领域.
通过基因调控,微生物可以避免过多地合成氨基酸、核苷酸之类物质.如果使它们的调节基因发生突变,就可以得到大量合成这些物质的菌种 ,把这些菌种用在发酵工业上,使产量大幅度增长.在遗传工程的研究中应用基因调控的原理可使外源基因表达,所以基因调控的理论探讨还具有生产实践意义.
生物体内的每个细胞都有全套的基因,但细胞中的基因并不是同时表达的.因细胞的类型和执行的功能不同,细胞中有的基因开启,有的基因关闭.如血红蛋白基因只在红细胞中表达,消化酶只在消化腺细胞中表达.这其中存在着复杂的基因调控.
基因表达的调控可以在不同的层次、不同的水平上进行,大致可分为以下五个方面.
1.转录调控细胞可以通过控制基因转录mRNA的拷贝数来调控基因的产物.例如,红细胞中组成血红蛋白的α和β多肽的基因快速、大量地转录,产生大量的mRNA分子,形成大量的血红蛋白分子.其他任何一个细胞都有这些基因,但不转录.
2.转录后调控有些mRNA在从细胞核内输送到细胞质中翻译之前,必须要经过化学修饰.没有经过修饰的mRNA与核糖体不能结合,因而就不能被翻译成为蛋白质.
3.翻译调控细胞可以通过限制核糖体与mRNA的结合,或限制多肽链的生长,来调节mRNA的翻译速率.
4.翻译后调控对于一些具有特殊功能的蛋白质,还要有翻译后的修饰.多肽链上的一些氨基酸要去掉,或者加上其他一些化学基团,如糖类、磷酸基团等.例如,胰腺最初产生的消化酶——糜蛋白酶原是没有活性的.糜蛋白酶原离开胰腺进入小肠后,被其他的酶裂解,去掉一部分氨基酸,就成为能分解蛋白质的有活性的糜蛋白酶.这种机制有效地限制了糜蛋白酶对自身内脏的分解活性,防止糜蛋白酶对自身的消化.
5.蛋白质调控环境因子影响酶的功效.例如,生物合成途径中的最终产物,通过与途径中早期的酶结合,降低合成活性.