基因的表达

做RNA-seq的数据分析，一直弄不清楚实验过程，最近有时间就找一些资料来了解一下，同时将整理的资料记录下来，方便以后查找。
来源资料：【3D演示】基因的表达（原版+字幕版）

人体从食物中获取营养的过程也就是化学消化过程，是通过酶对食物进行分解来得到营养物质。DNA用来制造酶和各种蛋白质。DNA包含基因，基因是一段连续的核苷酸序列，这个序列包含一个区域编码供RNA分子进行转录。

编码区域从启动子开始，结束于中止子（DNA上的特定序列）。
基因中也包含调控序列，调控序列位于启动子附近或更远的地方。
对于特定基因，编码转录到RNA，之后用于合成特定的蛋白质（即基因表达）。

基因表达可以简单分为两个过程：转录和翻译。
真核细胞的转录发生在细胞核中，DNA被用作制造信使RNA（mRNA）的模板。在细胞质中进行翻译，mRNA中包含的信息用于制造多肽链。

Transcription（转录）

在转录过程中，基因中的DNA被当作模板，在RNA聚合酶的帮助下生成mRNA链，这个过程又可以分为三个阶段：启动，延伸和终止。
（1）启动阶段
基因的启动子区域作为RNA聚合酶的识别位点。通过控制RNA聚合酶能否结合这个位点，来控制大多数基因是否表达。

（2）延伸阶段
一旦与RNA聚合酶结合，DNA双螺旋结构将解螺旋并打开，然后在延伸过程中，RNA聚合酶沿着DNA模板链滑动。

mRNA与DNA模板链碱基互补配对后，RNA聚合酶将mRNA分子的3’端连起来。

（3）终止阶段
一旦RNA聚合酶到达基因的终止点，mRNA链的转录就完成了。然后，RNA聚合酶，DNA模板链和mRNA链分离。

转录过程产生的mRNA链内包括编码蛋白质的外显子和非编码的内含子。为了使mRNA链能在翻译时使用，非编码的内含子需要被减除。

此外，mRNA链还需要一些修饰和改变，即5’端加帽，3’端加尾。

非编码的内含子被减除的过程称为RNA剪接，由剪接体（蛋白质和RNA组成的复合体）执行。剪接体会切除内含子片段，并连接相邻的外显子以产生成熟的mRNA链。之后，成熟的mRNA链可以通过核孔离开细胞核，进入细胞质开始翻译。

Translation (翻译)

成熟的mRNA链中的信息又是如何转化成蛋白质的呢？
每三个含氮碱基被分为一组（用三个字母为代号），叫做密码子。遗传密码包括64个密码子，大多数都能编码相应的氨基酸。其中有四种特殊的密码子，一个编码起始，三个编码终止。

翻译开始于mRNA链上的起始密码子（AUG）与核糖体小亚基结合。每个氨基酸被特定的转运RNA分子（tRNA分子）带到核糖体上。转运何种氨基酸取决于tRNA分子的类型。互补碱基配对发生在mRNA链的密码子和tRNAd的反密码子之间，在tRNA分子和起始密码子结合后，核糖体大亚基也来了。mRNA链、tRNA、核糖体一同组成翻译复合体，翻译初始化完成。在核糖体大亚基中，有三个不同的位点分别称为E,P,A位点。

在延伸工程中，单个氨基酸分子通过tRNA分子传递到mRNA链上，该过程涉及了位于tRNA的反密码子和位于mRNA的密码子间的碱基互补配对，tRNA分子中，每种反密码子都对应于一种特定的氨基酸，携带氨基酸的tRNA首先会结合在A位点（氨酰基位点，也称受位）上。接着，位于A位点上的tRNA携带的氨基酸与P位点（肽酰tRNA位点，也称供位）的tRNA携带的氨基酸之间形成肽链，接着，这个翻译复合体沿着mRNA向左滑行一个密码子（3个碱基）。现在，已经没有携带氨基酸的那个tRNA从E位点（又称离位）脱离，而A位点又空出来供下一个tRNA结合。

肽链延伸的工程一直将持续到遇到终止密码子（UAG,UAA,UGA）为止。当翻译复合体遇到终止密码子时，释放因子（RF因子）会结合在A位点上。然后，完成的多肽链从P位点释放出去，复合体也从mRNA链上脱落，并可重新结合在起始处开始下一轮翻译。

翻译的目的是为了快速准确地产生多肽，从复合体上分离后，多肽链需要进行修饰才能行使其生理功能。在不同的细胞其中，不同的多肽链被进行不同的修饰。举个例子，为了产生分泌到胃肠道内的消化酶，多肽链需要先在内质网被修饰，然后经过高尔基体，以分泌囊泡的形式通过细胞膜进入到消化道内。