結構生物化學/基因調控

生物體內的基因表達受到嚴格調控，以使其能夠適應不同的條件，最重要的是防止不必要的蛋白質過度生產，這會導致生物體沒有生產力。生物體為了發育變化、細胞特化和適應新環境而調控其基因的表達。給定細胞或生物體中遺傳資訊的表達既不是隨機的，也不是完全預先程式設計的。生物體基因組中的資訊必須在發育過程中以有序的方式進行調控，並且必須能夠指導生物體對內部和外部條件變化的反應。

在原核生物中，基因表達幾乎完全在轉錄水平上受到控制。透過與 DNA 或 RNA 結合的蛋白質的影響，可以主動抑制或刺激特定基因的表達。與原核生物控制系統不同，真核生物機制必須應對數量更多的 DNA，這些 DNA 包含在難以接近的結構中。未表達的 DNA 通常高度濃縮在稱為異染色質的形式中。一個極端的例子是雌性哺乳動物中兩條染色體中的一條的完全失活，被稱為巴爾氏體。從轉錄到翻譯後修飾，蛋白質存在的幾乎每個階段都提供了調控的機會。翻譯後控制，例如可變 mRNA 剪接，可以從單個基因產生多個蛋白質。真核生物基因表達的額外控制透過可變的 mRNA 降解率和翻譯起始的調控來實現。

人類基因組中有超過 25000 個基因。每個基因編碼一個獨特的蛋白質。蛋白質表達的調控發生在從 DNA 轉錄成 RNA 的水平。調控發生在 DNA 模板上的特定位置，稱為啟動子，這是 RNA 聚合酶尋找並知道從哪裡開始基因轉錄的地方。有時，一組相關的基因聚集在一起形成一個操縱子，並被複制到 mRNA 分子中。

例如，參與食物運輸和分解的基因是高度調控的基因。我們吃的食物需要我們嘴裡的消化酶來分解糖，以便我們的身體能夠吸收。編碼這些酶的基因在沒有阿拉伯糖存在時不表達，只有當它們的環境中存在阿拉伯糖時才會表達。當環境中存在阿拉伯糖時，細菌會吸收它。阿拉伯糖直接與與 DNA 結合的 araC 相互作用。這種相互作用導致 araC 改變其形狀，進而促進 RNA 聚合酶的結合，基因被轉錄。酶被生產出來。它們分解阿拉伯糖，最終阿拉伯糖會耗盡。在沒有阿拉伯糖的情況下，araC 回到其原始形狀，轉錄被關閉。這是一個基因調控的很好的例子。