什么是非编码DNA?非编码DNA是垃圾吗?

只有约1%的DNA由蛋白质编码基因组成;另外99%是非编码的。非编码DNA不能提供制造蛋白质的指令。科学家们曾经认为非编码DNA是“垃圾”,目的不明。然而,越来越清楚的是,至少有一部分与细胞的功能,特别是基因活性的控制有关。例如,非编码DNA包含作为调控元件的序列,决定基因何时何地被打开和关闭。这些元件为特殊蛋白质(称为转录因子)提供了附着(结合)的位点,并激活或抑制基因信息转化为蛋白质(转录)的过程。非编码DNA包含多种类型的调控元件:

  • 启动子为执行转录的蛋白质机制提供结合位点。启动子通常位于DNA链上基因的正前方。
  • 增强子为帮助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,有时甚至很远。
  • 沉默剂为抑制转录的蛋白质提供结合位点。与增强子一样,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链上相隔一定距离。
  • 绝缘体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(增强子阻滞剂绝缘体)。另一些则阻止抑制基因活性的DNA结构变化(屏障绝缘体)。一些绝缘体既可以作为增强剂阻隔剂,也可以作为屏障。

非编码DNA的其他区域为特定种类RNA分子的形成提供了指示。RNA是DNA的化学近亲。由非编码DNA产生的特殊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;microRNA(miRNAs),其是阻断蛋白质生产过程的短RNA;以及长非编码RNA(lncRNA),它们是在调节基因活性方面具有不同作用的较长长度的RNA。

染色体的一些结构元素也是非编码DNA的一部分。例如,染色体末端重复的非编码DNA序列形成端粒。端粒保护染色体末端在遗传物质复制过程中不被降解。重复的非编码DNA序列也形成卫星DNA,卫星DNA是其他结构元件的一部分。卫星DNA是着丝粒的基础,着丝粒是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,对控制基因活性和维持染色体结构很重要。

什么是非编码DNA?非编码DNA是垃圾吗?
染色体

一些非编码DNA区域,称为内含子,位于蛋白质编码基因内,但在蛋白质形成前被去除。调控元件,如增强子,可以位于内含子中。其他非编码区存在于基因之间,被称为基因间区。

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

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