基因調控

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簡介

您的身體中有數百種不同的細胞型別，包括免疫細胞、皮膚細胞和神經元。如果您幾乎所有的細胞都具有相同的 DNA 集，您是否曾經想過為什麼細胞看起來如此不同並且以如此多種方式發揮作用？答案是——基因調控！

什麼是基因調控？

基因調控改變了細胞的行為方式。它是細胞控制其基因組中哪些基因“開啟”的機制。儘管您體內幾乎每個細胞都具有完全相同的 DNA，但由於基因調控，每種細胞都具有一組獨特的啟用基因。

人體細胞

您體內眾多細胞型別具有不同的蛋白質組和不同的基因表達模式，這賦予了每個細胞其獨特的特徵。由於不同的基因表達模式導致每種細胞中不同的蛋白質組，因此您的許多細胞型別中的每一個都專門用於執行其功能。

例如，肝臟負責清除血液中的有毒化學物質，如酒精。為了做到這一點，肝細胞表達編碼酒精脫氫酶亞基或酶成分的基因。在該酶的幫助下，酒精被轉化為無害的分子。由於大腦中的神經元不從體內清除毒素，因此它們將這些基因保持在“關閉”模式。與腦細胞類似，肝細胞不使用神經遞質來傳遞訊號，因此它們不表達神經遞質基因。

細胞如何“選擇”要啟用的基因？

現在這是一個相關的問題！細胞表達哪些基因取決於多種因素。許多細胞型別表達不同的基因組。但是，根據其環境和內部狀態，相同型別的兩個不同細胞也可能表現出不同的基因表達模式。可以說，來自細胞內部和外部的資訊都會影響該細胞的基因表達模式。

來自細胞內部的資訊的一個例子是基因從其母細胞繼承的蛋白質，來自細胞外部的資訊的一個例子包括來自鄰近細胞的化學或機械訊號以及營養訊號。

那麼，細胞如何根據這些線索“選擇”要表達哪些基因呢？

細胞不像你我一樣做決定。相反，它們具有將資料翻譯並導致基因表達發生變化的分子通路。

考慮這個例子來更好地理解它。讓我們以細胞如何對生長因子做出反應為例。生長因子是一種化學訊號，從鄰近細胞傳遞到靶細胞，指示其生長和分裂。生長因子促進細胞發育，存在於各種生物體中，包括植物、昆蟲、兩棲動物、人類和動物。但是，這些過程究竟是如何發生的？可以說細胞“觀察”到生長因子並“決定”分裂。

細胞表面存在蛋白質受體，生長因子物理結合到該受體上。受體發生結構變化，引發一系列調節基因表達的細胞化學反應。這些基因產生各種蛋白質，導致細胞分裂。生長因子用於各種醫療目的。例如，用於治療貧血的促紅細胞生成素可促進紅細胞的產生。

為了在癌症患者中促進白細胞的產生，使用粒細胞集落刺激因子 (G-CSF) 和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子 (GM-CSF)。

基因調控的重要性

基因調控是控制基因表達的位置、時間和數量的過程。基因調控對於生物體能夠適應其環境的變化至關重要。即使多細胞生物體中的所有細胞都具有相同的 DNA，它們也可能表達非常不同的基因組。

基因調控是細胞執行的關鍵活動之一，其結果是蛋白質。這項重要任務消耗了細胞的大量能量。這個複雜的過程包括 DNA 和調節蛋白的化學變化。

什麼是基因？

基因被認為是遺傳的基本組成部分。在人類中，大約有 20,000 個編碼蛋白質的基因。父母將其基因傳給他們的孩子，其中包括定義身體和生物特徵所需的必要資訊。

大多數基因產生不同的蛋白質或蛋白質的一部分，這些蛋白質執行不同的身體活動。DNA 的基因是包含蛋白質編碼資訊的單位。每個基因都包含一組獨特的指令，在大多數情況下，這些指令被編碼並用於產生特定的蛋白質或執行特定的功能。

基因本身無法調節生物體；相反，它們必須與生物體的環境相互作用並對其做出反應。將我們 DNA 的指令轉化為有用的產物（如蛋白質）的過程稱為**基因表達**。透過這種方法，細胞可以對其不斷變化的環境做出反應。

有些基因是組成型的，或者始終“開啟”，無論周圍環境如何。這些基因調節 DNA 複製、表達和修復自身的能力，使其成為細胞基因組中一些最重要的組成部分。另一方面，受調控的基因僅在某些時候需要。但是這些基因是如何啟用和失活的呢？

如果基因調控沒有發生會怎樣？

我們身體的細胞使用一系列參與基因表達調控的機制來控制我們的基因產生多少蛋白質。

為了進一步理解這一點，請考慮角蛋白基因。一種叫做角蛋白的蛋白質構成了我們的皮膚、頭髮和指甲。隨著我們的皮膚、頭髮和指甲的衰老，這些通常會以恆定的速度不斷生長。但是，角蛋白的過度生產會導致指甲過長、過厚，皮膚乾燥以及多餘的體毛。為了避免這種情況，控制角蛋白基因的表達至關重要。

常見問題

問 1. 為什麼需要基因調控？

答。基因調控在健康發育中起著重要作用。在發育過程中，基因以各種方式被開啟和關閉，以使腦細胞的外觀和行為不同。

問 2. 基因調控的先驅是誰？

答。在沃森和克里克發現 DNA 結構之後，雅各布和莫諾提出了操縱子基因調控模型。

問 3. 基因表達和基因調控有什麼區別？

答。基因表達和基因調控之間的主要區別在於，前者涉及使用基因的資訊來構建蛋白質，而後者則涉及調節基因表達的速度和方式。

問 4. 所有細胞都具有相同的基因嗎？

答。體內每個細胞的 DNA 都是相同的。遺傳藍圖對於所有細胞（包括肌肉、皮膚和心臟細胞）都是相同的。