基因调控

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简介

您的身体中有数百种不同的细胞类型，包括免疫细胞、皮肤细胞和神经元。如果您几乎所有的细胞都具有相同的 DNA 集，您是否曾经想过为什么细胞看起来如此不同并且以如此多种方式发挥作用？答案是——基因调控！

什么是基因调控？

基因调控改变了细胞的行为方式。它是细胞控制其基因组中哪些基因“开启”的机制。尽管您体内几乎每个细胞都具有完全相同的 DNA，但由于基因调控，每种细胞都具有一组独特的激活基因。

人体细胞

您体内众多细胞类型具有不同的蛋白质组和不同的基因表达模式，这赋予了每个细胞其独特的特征。由于不同的基因表达模式导致每种细胞中不同的蛋白质组，因此您的许多细胞类型中的每一个都专门用于执行其功能。

例如，肝脏负责清除血液中的有毒化学物质，如酒精。为了做到这一点，肝细胞表达编码酒精脱氢酶亚基或酶成分的基因。在该酶的帮助下，酒精被转化为无害的分子。由于大脑中的神经元不从体内清除毒素，因此它们将这些基因保持在“关闭”模式。与脑细胞类似，肝细胞不使用神经递质来传递信号，因此它们不表达神经递质基因。

细胞如何“选择”要激活的基因？

现在这是一个相关的问题！细胞表达哪些基因取决于多种因素。许多细胞类型表达不同的基因组。但是，根据其环境和内部状态，相同类型的两个不同细胞也可能表现出不同的基因表达模式。可以说，来自细胞内部和外部的信息都会影响该细胞的基因表达模式。

来自细胞内部的信息的一个例子是基因从其母细胞继承的蛋白质，来自细胞外部的信息的一个例子包括来自邻近细胞的化学或机械信号以及营养信号。

那么，细胞如何根据这些线索“选择”要表达哪些基因呢？

细胞不像你我一样做决定。相反，它们具有将数据翻译并导致基因表达发生变化的分子通路。

考虑这个例子来更好地理解它。让我们以细胞如何对生长因子做出反应为例。生长因子是一种化学信号，从邻近细胞传递到靶细胞，指示其生长和分裂。生长因子促进细胞发育，存在于各种生物体中，包括植物、昆虫、两栖动物、人类和动物。但是，这些过程究竟是如何发生的？可以说细胞“观察”到生长因子并“决定”分裂。

细胞表面存在蛋白质受体，生长因子物理结合到该受体上。受体发生结构变化，引发一系列调节基因表达的细胞化学反应。这些基因产生各种蛋白质，导致细胞分裂。生长因子用于各种医疗目的。例如，用于治疗贫血的促红细胞生成素可促进红细胞的产生。

为了在癌症患者中促进白细胞的产生，使用粒细胞集落刺激因子 (G-CSF) 和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF)。

基因调控的重要性

基因调控是控制基因表达的位置、时间和数量的过程。基因调控对于生物体能够适应其环境的变化至关重要。即使多细胞生物体中的所有细胞都具有相同的 DNA，它们也可能表达非常不同的基因组。

基因调控是细胞执行的关键活动之一，其结果是蛋白质。这项重要任务消耗了细胞的大量能量。这个复杂的过程包括 DNA 和调节蛋白的化学变化。

什么是基因？

基因被认为是遗传的基本组成部分。在人类中，大约有 20,000 个编码蛋白质的基因。父母将其基因传给他们的孩子，其中包括定义身体和生物特征所需的必要信息。

大多数基因产生不同的蛋白质或蛋白质的一部分，这些蛋白质执行不同的身体活动。DNA 的基因是包含蛋白质编码信息的单位。每个基因都包含一组独特的指令，在大多数情况下，这些指令被编码并用于产生特定的蛋白质或执行特定的功能。

基因本身无法调节生物体；相反，它们必须与生物体的环境相互作用并对其做出反应。将我们 DNA 的指令转化为有用的产物（如蛋白质）的过程称为**基因表达**。通过这种方法，细胞可以对其不断变化的环境做出反应。

有些基因是组成型的，或者始终“开启”，无论周围环境如何。这些基因调节 DNA 复制、表达和修复自身的能力，使其成为细胞基因组中一些最重要的组成部分。另一方面，受调控的基因仅在某些时候需要。但是这些基因是如何激活和失活的呢？

如果基因调控没有发生会怎样？

我们身体的细胞使用一系列参与基因表达调控的机制来控制我们的基因产生多少蛋白质。

为了进一步理解这一点，请考虑角蛋白基因。一种叫做角蛋白的蛋白质构成了我们的皮肤、头发和指甲。随着我们的皮肤、头发和指甲的衰老，这些通常会以恒定的速度不断生长。但是，角蛋白的过度生产会导致指甲过长、过厚，皮肤干燥以及多余的体毛。为了避免这种情况，控制角蛋白基因的表达至关重要。

常见问题

问 1. 为什么需要基因调控？

答。基因调控在健康发育中起着重要作用。在发育过程中，基因以各种方式被开启和关闭，以使脑细胞的外观和行为不同。

问 2. 基因调控的先驱是谁？

答。在沃森和克里克发现 DNA 结构之后，雅各布和莫诺提出了操纵子基因调控模型。

问 3. 基因表达和基因调控有什么区别？

答。基因表达和基因调控之间的主要区别在于，前者涉及使用基因的信息来构建蛋白质，而后者则涉及调节基因表达的速度和方式。

问 4. 所有细胞都具有相同的基因吗？

答。体内每个细胞的 DNA 都是相同的。遗传蓝图对于所有细胞（包括肌肉、皮肤和心脏细胞）都是相同的。