基因转录和调控
基因转录调控
概述
原核生物和真核生物都需要面对环境中营养、温度、化学环境等复杂条件，后者中多细胞生物还需要解决多细胞发育与命运决定的问题，所以都需要基因转录调控。
基因根据其转录类型可以分为：
- 组成性表达
- 管家基因：在不同生长阶段，不同环境下，变化较小。负责对细胞生长比较重要的核心生物学通路，维持基本的生命活动。
- 协调表达：受环境、特定刺激影响，用于执行特定情形下的特殊生理功能
- 诱导表达
- 阻遏表达
- 组织/谱系特异性基因：不同细胞谱系（如神经、肌肉、红细胞等不同细胞）中表达
原核生物基因转录调控
在原核生物中，所有σ因子中，负责管家基因的σ因子含量最高，代表着在原核生物中基因组主要以管家基因为主。
在原核生物中，以操纵子作为调控的基本单位，可以理解为将一系列功能相互联系的基因封装成为一个基因元件，统一由一个Operator负责“开关”。
启动子 Promoter 在 Operator 的上游，后者刚好可以干预前者对下游基因的作用。
一种很经典的案例是大肠杆菌的乳糖操纵子：
CAP位点与CAP蛋白负责感应葡萄糖水平，在缺乏葡萄糖的发生结合，作为增强子可以增强下游乳糖操纵子中基因的表达。
操纵序列与上游表达出的阻遏蛋白相结合，负责感受乳糖水平，当存在乳糖时候阻遏蛋白脱离序列，使得启动子可以启动下游基因表达。
另一个经典案例是色氨酸操纵子，在环境中存在足量色氨酸时候，细菌不会自己去合成，但是如果缺乏色氨酸，细菌则会开始自己合成色氨酸。这个转录调控过程就是通过操纵子实现的。
首先其调控序列会表达一种可以结合色氨酸的蛋白，如果有较多色氨酸，其会与操纵序列结合，从而阻止下游基因的表达。
其次，色氨酸操纵子中存在一个很有趣的结构，Attn (attenuator, 衰减子)。其上含有四个可使mRNA形成发卡的序列，其中第一段序列含两个连续的色氨酸密码子。
这是一个翻译联动调控的精妙设计！
如果色氨酸水平低，翻译在这里就会有卡顿，此时具有互补序列的第二、三段会形成类似的发卡结构，但是这对翻译本身不会有太大影响，最终会让后续的蛋白被顺利翻译出来。
但是如果色氨酸水平高，这里的翻译就很流畅，致使第二段没来得及去形成发卡结构就被核糖体追上了！此时第三段和第四段由于互补序列也极容易形成发卡结构，此时有意思的就来了：
在第四段后面富含A-T （或者说A-U）对的序列和3，4段序列形成的发卡结构会形成一个经典的转录终止结构（非Rho蛋白依赖），考虑到原核生物边转录边翻译的特性，且翻译通常比转录快很多，翻译胁迫形成了转录终止结构，导致RNA聚合酶脱落，转录终止。
巧妙！
在很多的氨基酸合成相关的操纵子中都能见到类似的结构。
一切的一切，都是让生物本身可以处在最适应当前环境的状态之下，最高的效率，维持稳态。
真核生物基因转录调控
真核生物中，mRNA定位与其生理功能密切相关：
- 命运决定相关的mRNA在细胞中的不对称分布
- 神经元中某些mRNA会被运输至突触
- 应激条件下应激颗粒束缚mRNA调控其翻译
下图展示了三种主要的mRNA降解途径：
同时siRNA也可以介导mRNA的降解（通过互补配对），另一种是通过翻译过程中的mRNA质量检查，来介导无义mRNA降解。
一种转铁蛋白的调节过程就是通过mRNA稳定与降解来实现的：
