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★我们生活的世界上,存在着多种、形形色色的著名建筑,像埃及的金字塔、巴黎的埃菲尔铁塔、德国的科隆大教堂、中国的长城和兵马俑等等。

这些建筑都是建筑工人按照设计师的图纸,一砖一瓦建起来的。

人体是由800多种组织、100多种器官和8大系统组成,执行着心跳、呼吸、消化、思考和行走等各种各样的功能。

所有的这些组织、器官和系统均源于生命诞生的那一刻--受精卵细胞,而从受精卵细胞到形成生命个体的渐变过程中,基因的表达与调控无时无刻不在发挥着决定性作用。

●基因表达

基因表达是指细胞在生命过程中,把储存在DNA序列中的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的过程。也就是遗传信息从DNARNA再到蛋白质的传递过程。DNA就如同工厂的图纸,基因表达可以理解为工人按照图纸生产产品的过程。

基因表达的基本流程有哪些呢?第一个过程就是转录,它指的是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。首先DNA 打开双链,随后一个名叫RNA聚合酶的蛋白质就会结合到DNA上,最后以其中一条DNA链为模板合成RNA,这一过程称为基因的转录。转录完成之后就会进入基因表达的下一个环节—翻译。

翻译简单的说就是把遗传信息通过RNA转变为蛋白质的过程。

在这个过程中需要很多成员协作完成。其中转录形成的信使RNA发挥着模板的作用,在DNA到蛋白质的过程中起到承上启下的作用。

负责蛋白质合成的核糖体与信使RNA结合,按照信使RNA模板的指令把一个个氨基酸链接在一起形成肽链,再经过一系列加工过程形成有用的蛋白质,从RNA到蛋白质的这一过程,称为翻译。

基因表达的调控

生物体的基因表达是受到严格控制的,也就是基因的表达具有时间特异性和空间性特异性。

1.     时间特异性

时间特异性是指按照功能的需要,某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。如多细胞生物从受精卵到组织器官形成的各个不同发育阶段,相应的基因严格按特定的时间顺序开启表达或关闭表达,表现为与分化发育阶段一致的时间性,所以又称为阶段特异性。

例如在胎儿手的发育过程中,五个手指最初是愈合在一起的,像一把铲子,后来随着凋亡基因的表达,指间的细胞自动死亡,才发育为成形的手指。蝌蚪尾的消失也是如此。

2.     空间特异性

在个体生长发育过程中,某个基因的表达产物按不同组织空间顺序出现。多细胞生物在同一发育阶段,同一基因在不同组织器官表达多少是不一样的,如在红细胞中,与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态,而与细胞运动有关的肌动蛋白的基因则处于关闭状态,在肌细胞中则相反;在同一发育阶段,不同基因的表达产物在不同组织器官的分布也不完全相同。这种特异性是由细胞在器官的分布决定的,所以又称为细胞特异性或组织特异性。

基因的这种特异的时空表达模式,造就了一个受精卵细胞,经过多次分裂形成的多个细胞,最终形成800多种组织、100多种器官和8大系统完整的人体结构。

表观遗传与基因表达

遗传基因完全相同的同卵双胞胎,在长大后,虽然彼此间外貌特征非常相似,但他们的性格、身材等方面还是存在一定的差异。这类生命的奥秘可以归结为表观遗传的影响。其间的奥妙在于,除了基因之外,还有一套建立于基因之上的系统来调控基因的表达,这个系统就是表观遗传。

如果把生命比作一台计算机,而遗传信息是操控计算机程序的话,那么基因序列就像是写好的程序代码,表观遗传则像是代码上的标记,每段代码上是否有标记,也决定了这些写好的代码是否会被执行。正因为有表观遗传的存在,使得同样的基因可能有着不同的表达模式,这也是我们的世界能够如此千差万别而又神秘迷人的重要原因之一。

表观遗传学是基于遗传学之上的一套调控机制。从内涵上看,遗传学是指基因序列改变造成的基因表达变化,而表观遗传学则是指非基因序列改变造成的基因表达变化。

我们以前曾经讲过,基因突变会导致疾病。同样,如果基因表达出现了异常,本该表达的时候不表达,不该表达的时候反倒争相表达,这种情况下也会导致疾病。所以,下一节我们要着重谈谈基因与健康的关系。