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基因表达是生物体将遗传信息转化为功能蛋白质的基本过程。根据分子生物学的中心法则，遗传信息从DNA流向RNA，再从RNA流向蛋白质。这个过程包括两个主要步骤：转录和翻译。转录发生在细胞核中，将DNA信息复制到RNA分子上；翻译发生在细胞质中，将RNA信息转化为蛋白质序列。
转录过程是基因表达的第一步，由RNA聚合酶催化完成。转录分为三个阶段：起始阶段，转录因子首先识别并结合DNA上的启动子序列，然后招募RNA聚合酶形成转录起始复合体；延伸阶段，RNA聚合酶沿着DNA模板链移动，按照碱基配对原则合成互补的RNA链；终止阶段，当遇到终止信号时，转录复合体解离，新合成的RNA分子被释放。
在真核生物中，新转录的RNA分子称为前体mRNA，需要经过复杂的加工修饰才能成为成熟的mRNA。首先在5端添加帽子结构，保护mRNA免受核酸酶降解；然后在3端添加多聚A尾巴，增强mRNA的稳定性和翻译效率；最重要的是剪接过程，去除不编码蛋白质的内含子序列，将编码序列外显子连接起来，形成连续的编码区域。
翻译起始是蛋白质合成的关键步骤。首先，核糖体小亚基40S与mRNA结合，在起始因子的帮助下扫描mRNA，寻找起始密码子AUG。当找到起始密码子后，携带甲硫氨酸的起始tRNA与之配对结合。随后，核糖体大亚基60S加入，与小亚基组装成完整的80S核糖体。这个过程需要消耗GTP提供能量，并且需要多种起始因子的协调作用。
翻译延伸是一个高度精确的循环过程。携带氨基酸的tRNA进入核糖体的A位点，与mRNA上的密码子配对。随后在肽基转移酶的催化下，P位点上的肽链与A位点的氨基酸形成肽键。核糖体沿mRNA移动一个密码子的距离，A位点的tRNA移至P位点，为下一轮循环做准备。当核糖体遇到终止密码子时，释放因子结合并催化肽链从tRNA上释放，完成蛋白质合成。