结构生物化学/基因调控

生物体内的基因表达受到严格调控，以使其能够适应不同的条件，最重要的是防止不必要的蛋白质过度生产，这会导致生物体没有生产力。生物体为了发育变化、细胞特化和适应新环境而调控其基因的表达。给定细胞或生物体中遗传信息的表达既不是随机的，也不是完全预先编程的。生物体基因组中的信息必须在发育过程中以有序的方式进行调控，并且必须能够指导生物体对内部和外部条件变化的反应。

在原核生物中，基因表达几乎完全在转录水平上受到控制。通过与 DNA 或 RNA 结合的蛋白质的影响，可以主动抑制或刺激特定基因的表达。与原核生物控制系统不同，真核生物机制必须应对数量更多的 DNA，这些 DNA 包含在难以接近的结构中。未表达的 DNA 通常高度浓缩在称为异染色质的形式中。一个极端的例子是雌性哺乳动物中两条染色体中的一条的完全失活，被称为巴尔氏体。从转录到翻译后修饰，蛋白质存在的几乎每个阶段都提供了调控的机会。翻译后控制，例如可变 mRNA 剪接，可以从单个基因产生多个蛋白质。真核生物基因表达的额外控制通过可变的 mRNA 降解率和翻译起始的调控来实现。

人类基因组中有超过 25000 个基因。每个基因编码一个独特的蛋白质。蛋白质表达的调控发生在从 DNA 转录成 RNA 的水平。调控发生在 DNA 模板上的特定位置，称为启动子，这是 RNA 聚合酶寻找并知道从哪里开始基因转录的地方。有时，一组相关的基因聚集在一起形成一个操纵子，并被复制到 mRNA 分子中。

例如，参与食物运输和分解的基因是高度调控的基因。我们吃的食物需要我们嘴里的消化酶来分解糖，以便我们的身体能够吸收。编码这些酶的基因在没有阿拉伯糖存在时不表达，只有当它们的环境中存在阿拉伯糖时才会表达。当环境中存在阿拉伯糖时，细菌会吸收它。阿拉伯糖直接与与 DNA 结合的 araC 相互作用。这种相互作用导致 araC 改变其形状，进而促进 RNA 聚合酶的结合，基因被转录。酶被生产出来。它们分解阿拉伯糖，最终阿拉伯糖会耗尽。在没有阿拉伯糖的情况下，araC 回到其原始形状，转录被关闭。这是一个基因调控的很好的例子。