【2.2.4】非编码DNA noncoding DNA

只有大约 1% 的 DNA 由蛋白质编码基因组成;其他 99% 是非编码的。非编码 DNA 不提供制造蛋白质的说明(instructions )。科学家们曾经认为非编码 DNA 是“垃圾”,没有已知的用途。然而,越来越清楚的是,至少有一些是细胞功能不可或缺的,尤其是基因活性的控制。例如,非编码 DNA 包含充当调控元件的序列,决定基因何时何地开启和关闭。这些元件为专门的蛋白质(称为转录因子)提供附着(结合)位点,并激活或抑制基因信息转化为蛋白质的过程(转录)。

非编码 DNA 包含多种类型的调控元件:

  • 启动子(Promoters )为进行转录的蛋白质机器提供结合位点。启动子通常位于 DNA 链上基因的前面。

  • 增强子(Enhancers)为有助于激活转录的蛋白质提供结合位点。增强子可以在它们控制的基因之前或之后的 DNA 链上找到,有时很远。

  • 沉默子(Silencers)为抑制转录的蛋白质提供结合位点。像增强子一样,沉默子可以在它们控制的基因之前或之后找到,并且可以在 DNA 链上的一段距离处找到。

  • 绝缘体(Insulators )为以多种方式控制转录的蛋白质提供结合位点。一些阻止增强子帮助转录(增强子-阻断剂绝缘体)。其他人阻止抑制基因活动的 DNA 结构变化(屏障绝缘体)。一些绝缘体既可以起到增强阻滞剂的作用,也可以起到屏障的作用。

非编码 DNA 的其他区域为某些类型的 RNA 分子的形成提供指令。RNA是DNA的化学表亲(cousin )。由非编码 DNA 产生的特化 RNA 分子的例子包括:

  • 转移 RNA (tRNA) 和 核糖体 RNA (rRNA),它们有助于将蛋白质构建块(氨基酸)组装成形成蛋白质的链
  • ;microRNAs (miRNAs),它是阻断蛋白质生产过程的短RNA;
  • 和长非编码 RNA (lncRNA),它们是较长的 RNA,在调节基因活性方面具有多种作用。

染色体的一些结构元件也是非编码 DNA 的一部分。例如,染色体末端的重复非编码 DNA 序列形成 端粒。端粒保护染色体的末端在遗传物质的复制过程中不被降解。重复的非编码 DNA 序列也形成卫星 DNA,它是其他结构元件的一部分。卫星 DNA 是着丝粒的基础,它是 X 形染色体对的收缩点。卫星 DNA 还形成异染色质,这是一种密集的 DNA,对于控制基因活动和维持染色体结构很重要。

一些称为内含子的非编码 DNA 区域位于蛋白质编码基因内,但在蛋白质制造之前被移除。调节元件,例如增强子,可以位于内含子中。其他非编码区位于基因之间,称为基因间区(intergenic regions)。

非编码 DNA 中调控元件和其他功能区域的身份尚不完全清楚。研究人员正在努力了解这些遗传成分的位置和作用。

参考资料

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