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為什麼分化的細胞能準確的讀取遺傳編碼,是誰在控制這個過程?

其實從宏觀角度來看,人和人都是23對染色體,但為何千千萬萬人之中,從內而外都一樣的人卻基本沒有呢?這就要進入再微觀一點的世界了。染色體上有各種各樣的基因,基因由編碼的外顯子和非編碼的內含子共同組成。除了細胞核里的遺傳物質,核膜外面還有大大的世界,線粒體基因組。基因要表達,需要得到RNA的翻譯,將要表達的內容以蛋白質或者氨基酸來表示。後者再應對細胞世界的紛紛擾擾,風霜雨露。

但是染色體是成對的,於是就有了等位基因的說法,但它來自於父母雙方。每人一條,所以說是父母雙方愛的結晶。但是父母兩方來源的基因對同一表徵的控制有著不同的基因。於是才有了單雙眼皮,卷直毛髮,膚色黑白黃的差異。即便是等位基因一樣,比如同卵雙胞胎,也有可能有差異。

那麼是什麼調控了他們的變化呢?

答案是外界環境。

生而為人,是社會中的人,在自然環境條件,人文環境下,內心心理活動變化中,基因的表達接受著時空差異的調整。從而決定轉錄的窗口是否開閉,結果就是是否產生蛋白。

比如長期收到某些毒物或者有害環境刺激,細胞增長的基因受到激發,一發不可收拾,不斷生長,最後不受控制,變成癌;比如日光照射,皮膚當中抵抗紫外線的黑色素增多,於是膚色變暗。

如上例子,比比皆是。

隨著科研的發展,內含子調控基因表達的方式也越來越受到關注。除了外界環境,還有內在世界的各種物質代謝,RNA調節反饋,蛋白互作,蛋白質反饋調節細胞信號通路,信號調整到細胞的司令部細胞核,從而引起中樞指令發生應對措施。

其實每一個小小的細胞就像我們的軍團,分工合作,團結一致。基因表達發號施令需要根據內外環境,綜合判斷。這就是為何基因表達為選擇性表達的原因之一。

基因選擇性表達是必然的。因為機體內的所有細胞都含有同一套染色體,也就是說機體內的所有細胞擁有的DNA序列是一樣的。然而,不同細胞的功能卻千差萬別,因而不同組織的細胞在形態和代謝等方面各不相同,需要的蛋白質也完全不一樣。

細胞內的基因組被稱之為細胞的藍圖,其實更像是一個藍圖的集合體,這裡編碼了機體所需的所有蛋白質,但是並不是每個細胞都需要這所有的蛋白質,每個細胞需要那種蛋白質只需要派一個工人去基因組中調取相應的序列(mRNA),隨後再翻譯為相應的蛋白質即可。

從基因的角度來看,就是所謂的選擇性表達。

細胞的發育是由基因決定的,基因的選擇性表達讓細胞分化成了特定的種類,但其實基因的表達同樣也會受到細胞狀態的調控。

基因的選擇性表達是一個非常複雜的過程,簡單說就是這是它與外界環境互相作用的結果。

在細胞的膜上和細胞質里,有很多能感知外界環境狀態的蛋白和小分子物質,當一個細胞獨立存在的時候,比如受精卵,它就會通過這些蛋白和小分子感知周圍環境的溫度、濕度、環境中有什麼物質等等,然後環境中的這些因素會影響蛋白質的結構,進而影響細胞內一系列分子的含量、狀態等(專業術語叫影響細胞信號通路),這些分子的改變又會進一步的影響到細胞核里基因的狀態,調控基因的表達。

同時,當單細胞分裂成相連的多細胞的時候,比如一個受精卵分裂成很多細胞的胚胎的時候,不同的細胞還會感知自己在整體中的位置(具體機理尚不明確,有研究認為它們是通過感知被周圍細胞的擠壓程度來感知自己的位置的),這種位置信息也會傳導到細胞核里,控制基因的表達,等生命結構變得再複雜點,開始出現各種調控物質了,比如激素,它們也會影響細胞的狀態,從而影響基因的表達。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)


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