第一章（2）、基因如何决定表型
01、DNA序列信息通过蛋白质决定表型
一、蛋白质结构的多样性
在最简单的转录过程中，一段基因能够转录产生同等长度的RNA分子，RNA分子合成后，其中的碱基序列被核糖体翻译成氨基酸序列。翻译获得的大分子可能包含成百甚至上千个氨基酸，并卷曲成独特的三维结构，形成有特定功能的蛋白质
在真核生物中，RNA合成是一个复杂的过程。在转录为RNA分子的最初阶段，其长度与亲本基因的长度大致相等。然而，在延伸过程中，内含子被切除，其两侧的外显子连在一起，导致转录后修饰的最终产物可能仅仅是hnRNA（heterogeneous nuclear RNA，核内不均一RNA，真核生物细胞核内的mRNA前体分子，分子量较大，并且不均一，含有许多内含子）的一个小小片段
一条前体mRNA可能通过多种不同形式进行拼接，从而得到不同的成熟mRNA。这些选择性剪接形成的mRNA分子结合不同的外显子，发挥不同的生物学效应。事实上，人类基因组95%以上的基因产生的前体mRNA受选择性剪接的支配。值得注意的是，可能存在一个特定的选择性剪接形式，当其产生的蛋白质在细胞中表达水平过高时，会使细胞由正常状态转换为癌细胞增殖状态。可以想象，某一调节剪接的蛋白质将介导细胞内许多甚至所有前体 mRNA的剪接，而不是仅仅影响涉及特定细胞生物功能的基因子集。在细胞经历上皮-间质转化（EMT，Epithelial-mesenchymal transition，上皮到间质细胞的转化，它赋予细胞转移和入侵的能力，包括干细胞特征、减少凋亡与衰老和促进免疫抑制，不仅在发育过程中起着关键的作用，而且还参与组织愈合、器官纤维化和癌症发生等过程）的过程中，多达1000个前体mRNA经历了选择性剪接，这些选择性剪接mRNA可能作为EMT的诊断标志物
除了选择性剪接，翻译后修饰也是蛋白质多样性的重要原因。蛋白质翻译后修饰的一种形式为某些化学基团与蛋白质链中特定的氨基酸残基共价结合，这些修饰分子主要包括磷酸基、糖基、甲基、乙酰基和脂基。如：大部分细胞表面蛋白的胞外区域和几乎所有的分泌蛋白都是糖基化的；又如：在肿瘤发展过程中发挥重要的作用的Ras家族蛋白定位于胞质，它包含可结合在羧基端的脂基。另一种重要的翻译后修饰形式为蛋白酶对蛋白质的裂解作用，该酶具有在特定位点切断氨基酸链的能力，导致最终得到的成熟蛋白质比最初合成的较短。很多蛋白质合成后，被指派到胞内的特定位置，或被分泌至胞外，它们被分派的目的地由新合成的蛋白质的氨基酸序列决定
二、蛋白质功能的多样性
蛋白质合成后，可通过多种途径构建表型。它们可在细胞内汇集，构成细胞骨架，产生细胞的形态并使其能够运动
说明：肌动蛋白（橘）和微管蛋白（绿）与细胞表面的突起有关
蛋白质是细胞外基质（ECM）的主要成分，细胞外基质能将细胞连接起来形成复杂的组织，其结构常被恶性肿瘤破坏从而使肿瘤细胞能够迁移到正常情况下无法到达的位置
蛋白质还能收缩并且产生肌收缩和细胞运动，在肿瘤发展中的细胞运动性能帮助肿瘤细胞散布广泛
蛋白质的信号传递功能使复杂组织中各类的重要细胞保持适当的数量，这一点在肿瘤形成中极为重要，肿瘤细胞的异常生长大多由细胞内信号转导分子的异常引起
很多蛋白质具有酶的功能，催化中间代谢过程中的数千个生化反应
细胞和有机体的各方面表型可由蛋白质实现，蛋白质功能的多样性源于其结构的多样性。因此，用最简单的分子术语描述基因型与表型的关系，即：表型由蛋白质实现，蛋白质的结构与功能由DNA碱基序列决定
