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)DNARNA-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 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)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 GTGTGT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）。 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 -tRNAfMet)。真核生物起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMettRNAiMet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8-13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：1. 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mRNA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。