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1、,原核生物与真核生物 基因表达方面的主要差异,122210101436熊雪薇,基因表达： 基因表达(gene expression)是指细胞在生命过 程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。,原核生物 真核生物,原料: 模板: 酶: 其他因子:,NTP (ATP UTP CTP GTP) DNA RNA-聚合酶 RNA-聚合酶 I II III 转录因子,原核生物的基因由于没有外显子和内含子，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。而真核生物有内含子、外显子，因此转录产生的RNA需要加工修饰！,？,转录：,模板:,原核生物RNA-聚合酶,真核生
2、物RNA-聚合酶,酶：,原核生物每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,原核生物上游调控序列:中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。 转录起始区：A-T配对比较多，A-T多是有利于解链的 -10区的“一致性序列”为TATAAT -35区最大一致性序列是TTGACA,（启动子）,真核生物转录起始前的上游区段调控序列： 不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-acting element)。 顺式作用元件包括启
3、动子、启动子上游元件(upstream promoter elements) 等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。 起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。TATA盒虽然没有原核的-10区、-35区那么典型，没有原核那样的相对较高较精确的丰度、区段；除TATA盒；还有一些叫“盒”或不叫的调控序列。 启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。,转录起始:,原核生物：RNA聚合酶和DNA的特殊序列启动子(promoter
4、)结合后，就能启动RNA合成。 RNA聚合酶全酶( 2 )与模板结合，形成闭合转录复合体。 DNA双链局部解开，形成开放转录复合体。 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。,真核生物：转录起始需要启动子 、RNA聚合酶和转录因子的参与。 少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物。,真核生物RNA聚合酶-DNA-RNA复合物,转录延长：,原核生物转录过程中有羽毛状现象：,启动子清除，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移，在核心酶作用下NTP不断
5、聚合，RNA链不断延长。,原核生物在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行，转录尚未完成，翻译已在进行。 真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。,转录终止：,RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,原核生物的转录终止分类：,依赖因子的转录终止,非依赖因子的转录终止,因子： 识别富含C的RNA链 ATPase活性 解螺旋酶（helicase）活性,因子,真核生物的转录终止：在超出千百个核苷酸后停顿， 转录后修饰有多聚腺苷酸（poly A）尾巴结构加进去 。在读码框架下游常有一组公共序列AATAAA 及 GT
6、GTGT序列，这些序列称为转录终止修饰点。,原核生物真核生物转录对比：,翻译：,mRNA是蛋白质生物合成的直接模板: 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程,使mRNA序列中出现移码、错义、无义突变，导致同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNA editing）
7、。,核蛋白体是蛋白质生物合成的场所: 核蛋白体是细胞质和线粒体中无膜包裹的颗粒状细胞器，具蛋白质合成功能。 核蛋白体包括 rRNA(核糖体RNA) 和蛋白质，直径为 20-25nm,真核细胞的核蛋白体比原核细胞的大。,蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子:,氨基酸的活化：,氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化，氨基酸活化形成氨基酰-tRNA。 原核、真核生物-都有两种Met-tRNA：,原核生物起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA (fMet
8、-tRNAfMet)。,真核生物起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet tRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet 。,参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet,肽链合成起始:,原核生物: 起始tRNA是fMet-tRNA(fMet上角标） 30s小亚基首先与mRNA模板相结合 再与fMet-tRNA(fMet上角标）结合 最后与50s大亚基结合,真核生物: 起始tRNA是 Met-tRNA(Met上角标） 40s小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标）相结合 再与模板mRNA结合 最后与60s大亚基结合生成起始复合物,原核生物位于AUG上游8-
9、13个核苷酸处的一个短片段（4-6个核苷酸）叫做SD序列。这段序列正好与tRNA 30S小亚基中的16s rRNA3端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列。其中有三种IF参加起始复合物的形成。 真核生物mRNA中的帽子结构和帽子结合蛋白复合物结合。至少有十种eIF参与起始复合物的形成。,真核生物翻译起始,原核生物肽链合成的延长：,进位: 氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位 2. 成肽:转肽酶催化，核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA转移到A位，与A位上氨基酰-tRNA的-氨基结合形成肽键 3. 转位转位酶催化，核蛋白体向3-端移动一个密码子的距离，使mRN
10、A上下一个密码子进入核蛋白体A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位 延长因子: EF-Tu EF-Ts EF-G,真核延长过程与原核基本相似 但有不同的反应体系和延长因子：eEF-1 eEF-1 eEF-2 真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落,肽链合成终止：,核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离。,原核生物终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和 RF-3参与 释放因子功能：I 识别终止密码子 II诱导转肽酶转变为酯酶活性 IIIRF-3有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用,真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有1个释放因子 eRF，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类RF的功能。,蛋白质翻译后修饰： 真核生物中新生(未成熟)分泌蛋白的N端有可被细胞转运系统识别的特征性、保守的氨基酸序列(约13-36AA,含疏水AA较多),称信号肽. 原核表达是边转录边表达的，没有区域间隔。信号肽大多是疏水性的，溶解性较差，所以在原核中的表达会有些困难。另外原核生物本身的基因中是不存在什么信号肽片段的，信号肽序列中的密码子对原核生物来说可能是稀有密码子。,Thank you,