生物信息学基础——基因表达过程

遗传信息(DNA)→转录→mRNA→翻译→蛋白质分子

转录
翻译
名词解释
CDS与ORF的联系与区别
图解

转录

在RNA聚合酶的催化下，以DNA为模板合成mRNA的过程称为转录（transcription）。在双链DNA中，作为转录模板的链称为模板链（template strand）或反义链（antisense strand）；而不作为转录模板的链称为编码链（coding strand）或有义链（sense strand），编码链与模板链互补，它与转录产物的差异仅在于DNA中的胸腺嘧啶（T）变为RNA中的尿嘧啶（U）。 —— [ 百度百科 ]

转录后进行加工：
1.剪接
一个基因的外显子和内含子都转录在一条原始转录物RNA分子中，称为前mRNA（pre-mRNA），又称核内异质RNA（heterogenuous nuclear RNA，hnRNA）。因此前mRNA分子既有外显子序列又有内含子序列，另外还包括编码区前面及后面非翻译序列。这些内含子序列必须除去而把外显子序列连接起来，才能产生成熟的有功能的mRNA分子，这个过程称为RNA剪接（RNA splicing）。剪切发生在外显子的3’末端的GT和内含子3’末端与下一个外显子交界的AG处。
2.加帽
几乎全部的真核 mRNA 端都具“帽子”结构。虽然真核生物的mRNA的转录以嘌呤核苷酸三磷酸（pppAG或pppG）领头，但在5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7GpppAGpNp）。mRNA 5’端的这种结构称为帽子（cap）。不同真核生物的mRNA具有不同的帽子。
mRNA的帽结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp结构能有效地封闭RNA 5’末端，以保护mRNA免疫5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定性。
3.加尾
大多数真核生物的mRNA 3’末端都有由100~200个A组成的Poly(A)尾巴。Poly(A)尾不是由DNA编码的，而是转录后的前mRNA以ATP为前体，由RNA末端腺苷酸转移酶，即Poly(A)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在转录终止的3’末端，而是在转录产物的3’末端，由一个特异性酶识别切点上游方向13~20碱基的加尾识别信号AAUAAA以及切点下游的保守顺序GUGUGUG，把切点下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和多聚腺苷酸化作用均显著降低。
mRNA Poly(A)尾的功能是：①可能有助mRNA从核到细胞质转运；②避免在细胞中受到核酶降解，增强mRNA的稳定性。

翻译

以mRNA作为模板，tRNA作为运载工具，在有关酶、辅助因子和能量的作用下将活化的氨基酸在核糖体（亦称核蛋白体）上装配为蛋白质多肽链的过程，称为翻译（translation）。
模板为mRNA，原料为20种游离的氨基酸，3个碱基决定一个氨基酸

名词解释

DNA复制：模板为双链DNA，合成的新链与模板链一模一样，原料为四种dNTP，为半保留复制，需要引物
mRNA（messenger RNA，信使RNA) : 信使RNA是由DNA经hnRNA剪接而成，携带遗传信息的能指导蛋白合成的一类单链核糖核酸。
基因分为编码区和非编码区：编码区包含外显子和内含子，一般非编码区具有基因表达的调控功能，如启动子在非编码区。编码区则转录为mRNA并最终由外显子部分翻译成多肽（蛋白质）。外显子和内含子都被转录到mRNA前体hnRNA中，当hnRNA进行剪接变为成熟的mRNA时，内含子被切除，而外显子保留。实际上真正编码蛋白质的是外显子，而内含子则无编码功能。内含子存在于DNA中，在转录的过程中，DNA上的内含子也会被转录到前体RNA中，但前体RNA上的内含子会在RNA离开细胞核进行翻译前被切除。
CDS：Coding sequence，蛋白质编码区，是编码一段蛋白产物的序列，是结构基因组学术语。
ORF：open reading frame，即开放读码框，是从一个起始密码子开始到一个终止密码子结束的一段序列；不是所有读码框都能被表达出蛋白产物，或者能表达出占有优势或者能产生生物学功能的蛋白。

CDS与ORF的联系与区别：

CDS，是编码一段蛋白产物的序列。 CDS必定是一个ORF。但也可能包括很多ORF。反之，每个ORF不一定都是CDS。

ORF—–translation,
CDS—-transcription
translation 是理论上的，而transcription则显然是事实存在的。

外显子拼接形成成熟的mRNA，多数基因都有UTR，它们也是外显子拼接的产物，所以，你会发现mRNA的长度要大于CDS，只有CDS才编码蛋白，AUG以前的mRNA编码前导序列。
外显子并不一定编码蛋白质，成熟mRNA的UTR也可以是外显子，外显子就是RNA剪接后留下的部分。（外显子不一定永远是外显子，内含子也不一定永远是内含子）
外显子与CDS区不是完全一致的，CDS区一定属于外显子，但是外显子不一定是CDS区，也就是说外显子不一定都能翻译成蛋白的。 mRNA包括UTR和CDS！