2013年5月17日 星期五

真核細胞的DNA經常是相同的基因密碼反覆出現,如此可讓細胞大量製造rRNA和蛋白質


探索生命《生物學》91
Eucaryotic DNA Is Often Repetitive, Enabling a Cell to Mass-Produce rRNA and Protein
1.        真核細胞的染色體組織是近幾年研究的焦點。研究顯示,真核細胞大約有10%的DNA基因序列,在基因組中出現不止一次,而是上千次,構成高度重複性的DNA highly repetitive DNA
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2.        有一種「高度重複性的DNA」位於靠近著絲粒的位置,一般認為是這一段DNA使染色體在細胞分裂時排列成一條直線。另一種「高度重複的DNA」,它的基因密碼用來製造一種構成核醣體的RNA,這種相同的基因頭尾相接,不斷地重複出現。
3.        細胞需要大量製造核醣體RNA的基因,這是有道理的:細胞的成長,與細胞合成蛋白質的活動,需要數量龐大的核醣體來執行所有合成蛋白質的工作。
4.        如果DNA只有一段製造核醣體RNA的基因,那細胞必須重複轉錄同一組基因數成千上萬次,才有辦法滿足細胞對核醣體RNA數量的需求,這是不經濟的;
5.        因此大部分的真核細胞有大約25,000個核醣體RNA副本。(這樣掃瞄一次就能做出25,000個核醣體的RNA)其他還有許多高度重複性DNA的功能還不確定。
6.        大約有20%的真核基因組由中度重複性DNA moderately repetitive DNA組成。每一個中度重複性DNA序列大約重複數百次,而不像高度重複性DNA序列是重複數千次。
7.        中度重複性DNA可分為二類,第一類是重複「串連超過三個以上的基因組」tandem repeat of three more genes,這些基因是rRNA的密碼,這組基因在染色體(DNA鏈)上不斷重複出現;
8.        這段重複記錄rRNAs基因密碼的染色體,再複製成許多條染色體,變成多線性區域polytene region
9.        多線性區域包含25250個平行的染色體副本,這數條一樣的染色體綁在一塊,好像多個款式一樣的手鐲綁在一起。一般染色體就像單一個手鐲,而多線性區域的染色體則是數個一模一樣的手鐲合組成的配件。
10.     這種重複並排的染色體,可對一個活化的基因,製造出25,000個基因副本。多線性區域在染色體上形成一個環節,帶有許多環節的染色體加起來即成為核仁nucleolus
11.     第二類中度重複性DNA散落在染色體各處,它們的功能目前尚不清楚。


真核細胞內有許多沒有明顯功能、不需要轉錄的序列Untranscribed Single-Copy Sequences With No Apparent Function Abound in Eucaryotes
12.     真核細胞大約有70%的基因組,是單拷貝的序列(沒有副本)。這類的基因大部分從未轉錄,它們的功能至今仍不瞭解。哺乳動物細胞內,許多單拷貝基因序列是偽基因pseudogenes,它們是不會被轉錄的。
13.     研究人員統合各種不同生物的官能性基因,將插入子區域的基因也列入計算範圍之後發現,真核DNA大約只有1%的密碼轉錄成mRNA。這點跟原核細胞完全不一樣,原核細胞90%的基因材料都被轉錄成RNA
14.     原核細胞的基因幾乎沒有內插子,沒有間隔用的基因,沒有偽基因或其他的基因碎片,這可能就是為什麼原核細胞繁殖快速的原因(不需要花時間複製無用的基因)。
15.     有些研究人員相信,真核細胞只是缺乏管道去除垃圾基因,造成垃圾基因不斷累積;另外一些人認為,DNA裡大量不被轉錄的基因,是生物經歷演化過程基因複製與基因突變的活資料庫
16.     真核細胞的基因組織,是現代生物學界最為關注並且仍有待突破的領域之一。

原核細胞的基因調控模型不能直接套用在真核細胞身上 Procaryotic Models of Gene Control Cannot Be Applied Directly to Eucaryotic Cells
17.     雖然細菌(原核細胞)的各種基因轉錄調控模型,提供不少解釋真核細胞基因調控的觀點,但是細菌的基因調控模型無法直接套用在真核細胞身上。
18.     至今尚未有任何足以說服人的證據證明,細菌的「操縱子基因組」與真核細胞的「操縱子基因組」有關。真核細胞有重複的基因序列、偽基因、內插子,真核細胞染色體的基因複雜度遠高於原核細胞,因此真核細胞的基因調控與原核細胞不同也不足為奇了。
19.     真核基因材料緊密的包裹在DNA線圈裡,在轉錄之前必須先拉直並且鬆開,這麼複雜的工程勢必需要比原核細胞更高等級的調控機制。
20.     此外,真核細胞必須協調多組基因群,每一組基因群都各有其負責的特定組織與生長步驟。雖然真核細胞調控基因活化與抑制的規則還不太清楚,不過它確實有好幾種層次的基因調控的方式。
21.     真核細胞的基因轉錄調控,顯然是細胞中最重要的操控技術,從合成與打斷mRNA可分為各種不同的等級,由此可推測轉錄mRNA的方式可分為各種不同的等級。
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/Mun.ca

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