基因表达产生有功能的蛋白质和 RNA

• 基因表达调控呈现多层次和复杂性：就是基因转录及翻译的过程，也是基因所携带的遗传信息表现为表型的过程，包括基因转录成互补的 RNA 序列，对于蛋白质编码基因，mRNA 继而翻译成多肽链，并装配加工成最终的蛋白质产物
• 并非所有基因表达过程都产生蛋白质：rRNA、tRNA 编码基因转录产生 RNA 的过程也属于基因表达

基因表达具有时间特异性和空间特异性

• 时间特异性/阶段特异性
  • 定义：
    • 指基因表达按一定的时间顺序发生
    • 多细胞生物从受精卵发育成为一个成熟个体,经历很多不同的发育阶段。在每个不同的发育阶段,都会有不同的基因严格按照自己特定的时间顺序开启或关闭,表现为与分化、发育阶段一致的时间性
  • 举例：编码AFP的基因在胎儿干细胞活跃表达,合成大量甲胎蛋白,在成年后这一基因表达水平很低,但是当肝细胞转化形成肝癌细胞时,编码AFP的基因又重新被激活,大量的AFP被合成
• 空间特异性/细胞特异性/组织特异性
  • 定义：
    • 是指多细胞生物个体在特定生长发育阶段，同一基因在不同的组织器官表达
    • 基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布所决定的
  • 举例：编码胰岛素的基因只在胰岛 β 细胞表达

基因表达的方式存在多样性

• 有些基因几乎在所有细胞总持续表达——管家基因
  • 管家基因的表达水平受环境因素影响较小，而是在生物体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。我们将这类基因表达称为基本（或组成性）基因表达
  • 基本基因表达只受启动子和 RNA 聚合酶等因素的影响，而基本不受其他机制调节
• 有些基因的表受到环境变化的诱导和阻遏
  • 可诱导基因
    • 在特定环境信号刺激下,相应的基因被激活,基因表达产物增加,即这种基因表达是可诱导的
    • 可诱导基因在一定的环境中表达增强的过程称为诱导
  • 可阻遏基因
    • 基因对环境信号应答时被抑制,这种基因称为可阻遏基因
    • 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏
• 协调表达：生物体内不同基因的表达受到协调调节，在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达

基因表达受调控序列和调节分子的共同调节

• 调控序列：顺式作用元件/顺式调节元件：
  • 一般说来，调控序列与被调控的编码序列位于同一条 DNA 链上，也被称为顺式作用元件或【顺式调节元件】
• 调节分子/蛋白：反式作用因子/转录因子（≠ 具有转录调节功能的蛋白质因子）：
  • 有一些调控基因远离被调控的编码序列，实际上是其他分子的编码基因，只能通过其表达产物来发挥作用，这类调控基因产物称为调节蛋白。
  • 调节蛋白不仅能对处于同一条 DNA 链上的结构基因的表达进行调控，而且还能对不在一条 DNA 链上的结构基因的表达起到同样的作用。
  • 作为反式作用因子的调节蛋白具有特定的空间结构，通过特异性地识别某些 DNA 序列与顺式作用元件发生相互作用。

基因表达调控呈现多层次和复杂性

基因表达调控体现在基因表达的全过程中，即在 RNA 转录合成和蛋白质翻译两个阶段都有控制其表达的机制：

• DNA 层面：
  • 基因组DNA的部分扩增可影响基因表达
  • 为适应某种特定需要而进行的DNA重排、DNA甲基化等均可在遗传信息水平上影响基因表达
• 转录层面：
  • 遗传信息经转录由 DNA 传递给 RNA 的过程，是基因表达调控最重要、最复杂的一个层次
  • 包括 mRNA 转运、对 mRNA 的选择性剪接、RNA 编辑等
• 翻译层面：
  • 影响蛋白质合成的因素同样也能调节基因表达
  • 翻译与翻译后加工（不应该是“表达后调控”吗？）可直接、快速地改变蛋白质的结构与功能，因而对此过程的调控是细胞对外环境变化或某些特异刺激应答时的快速反应机制
• 转录起始是基因表达的基本控制点