原核生物真核生物基因表达比较ppt课件

1、原核生物与真核生物原核生物与真核生物基因表达方面的主要差别基因表达方面的主要差别 122210101436熊雪薇熊雪薇基因表达：基因表达：基因表达基因表达(gene expression)是指细胞在生命过是指细胞在生命过 程中，把储存在程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻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。译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。 原核生物原核生物 真核生物真核生物原料原料:模板模板:酶酶:其他因子其他因子: NTP (ATP UTP CTP GTP) DNA RNA-聚合酶聚合酶 RNA-聚合酶聚合酶 I II III 转录因子转录因子原核生物

2、的基来由于没有外显子和内含子，转录产生的信使原核生物的基来由于没有外显子和内含子，转录产生的信使RNA不需求剪切、拼接等加工过程。而真核生物有内含子、外不需求剪切、拼接等加工过程。而真核生物有内含子、外显子，因此转录产生的显子，因此转录产生的RNA需求加工修饰！需求加工修饰！？转录：转录：模板:原核生原核生物物RNA-聚合酶聚合酶真核生真核生物物RNA-聚合酶聚合酶酶：原核生物每一转录区段可视为一个转录单位，原核生物每一转录区段可视为一个转录单位，称为支配子称为支配子(operon)。支配子包括假设干个。支配子包括假设干个构造基因及其上游构造基因及其上游(upstream)的调控序列。的调控序

3、列。原核生物上游调控序列原核生物上游调控序列:中的启动子是中的启动子是RNA聚合酶聚合酶结合模板结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。的部位，也是控制转录的关键部位。转录起始区：转录起始区：A-T配对比较多，配对比较多，A-T多是有利于解多是有利于解链的链的-10区的区的“一致性序列为一致性序列为TATAAT-35区最大一致性序列是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：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起始点上游可以有不同的DNA序列，但这序列，但这些序

4、列都可统称为顺式作用元件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、启动子上游元顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件件(upstream promoter elements) 等近等近端调控元件和加强子端调控元件和加强子(enhancer)等远隔序等远隔序列。列。起始点上游多数有共同的起始点上游多数有共同的TATA序列，称为序列，称为Hognest盒或盒或TATA盒盒(TATA box)。通常以。通常以为这就是启动子的中心序列。为这就是启动子的中心序列。TATA盒虽然盒虽然没有原核的没有原核的-10区、区、-35区那么典型，没有区那么典型，

5、没有原核那样的相对较高较准确的丰度、区段；原核那样的相对较高较准确的丰度、区段；除除TATA盒；还有一些叫盒；还有一些叫“盒或不叫的调盒或不叫的调控序列。控序列。启动子上游元件是位于启动子上游元件是位于TATA盒上游的盒上游的DNA序列，多在转录起始点约序列，多在转录起始点约-40-100nt的位的位置，比较常见的是置，比较常见的是GC盒和盒和CAAT盒。盒。 转录起始转录起始:原核生物：原核生物：RNA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列的特殊序列启动启动子子(promoter)结合后，就能结合后，就能启动启动RNA合成。合成。 RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2 )与模板结合，与模板结合，构成闭

6、合转录复合体。构成闭合转录复合体。 DNA双链部分解开，构成双链部分解开，构成开放转录复合体。开放转录复合体。在在RNA聚合酶作用下发生聚合酶作用下发生第一次聚合反响，构成转录第一次聚合反响，构成转录起始复合物。起始复合物。真核生物：转录起始需求真核生物：转录起始需求启动子启动子 、RNA聚合酶和转聚合酶和转录因子的参与。录因子的参与。少数几个反式作用因子的少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录搭配启动特定基因的转录真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，而需分子直接结合，而需依托众多的转录因子，构依托众多的转录因子，构成转录起始复合物。成转录起始复合物。真核生物RNA

7、聚合酶-DNA-RNA复合物 转录延伸：转录延伸：原核生物转录过程中有羽毛状景象：原核生物转录过程中有羽毛状景象：启动子去除，启动子去除，亚基零落，亚基零落，RNApol聚合酶中心酶变构，聚合酶中心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模模板前移，在中心酶作用下板前移，在中心酶作用下NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延伸。链不断延伸。原核生物在同一原核生物在同一DNA模板上，有多个转录同时在进展，模板上，有多个转录同时在进展，转录尚未完成，翻译已在进展。转录尚未完成，翻译已在进展。真核生物转录延伸过程与原核生物大致类似，但因有核真核生物转录延伸过程与原核生物大致类似，但因有

8、核膜相隔，没有转录与翻译同步的景象。膜相隔，没有转录与翻译同步的景象。 转录终止：转录终止：RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转模板上停顿下来不再前进，转录产物录产物RNA链从转录复合物上零落下来。链从转录复合物上零落下来。原核生物的转录终止分类：原核生物的转录终止分类：依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止因子：因子： 识别富含识别富含C的的RNA链链 ATPase活性活性 解螺旋酶解螺旋酶helicase活性活性因子因子真核生物的转录终止：在超出千百个核苷酸后真核生物的转录终止：在超出千百个核苷酸后停顿，停顿， 转录后修饰有多聚腺苷酸

9、转录后修饰有多聚腺苷酸poly A尾巴构造加进去尾巴构造加进去 。在读码框架下游常有一组公。在读码框架下游常有一组公共序列共序列AATAAA 及及 GTGTGT序列，这些序列序列，这些序列称为转录终止修饰点。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)。原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单位，转原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单位，转录生成的录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多可编码几种功能相关的蛋白质，为

10、多顺反子顺反子(polycistron) 。真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 许多真核生物基因转录后有一个对许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工外显子加工的过程的过程,使使mRNA序列中出现移码、错义、无义突变，序列中出现移码、错义、无义突变，导致同一前体导致同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质。翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调理方式称为这种基因表达的调理方式称为mRNA编辑编辑mRNA editing。 核蛋白体是蛋白质生物合成的场所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

11、体中无膜包裹的颗核蛋白体是细胞质和线粒体中无膜包裹的颗粒状细胞器，具蛋白质合胜利能。粒状细胞器，具蛋白质合胜利能。核蛋白体包括核蛋白体包括 rRNA(核糖体核糖体RNA) 和蛋白质，和蛋白质，直径为直径为 20-25nm,真核细胞的核蛋白体比原核真核细胞的核蛋白体比原核细胞的大。细胞的大。蛋白质生物合成需求酶类、蛋白质因子蛋白质生物合成需求酶类、蛋白质因子:氨基酸的活化：氨基酸的活化：氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合构成氨基酰结合构成氨基酰-tRNA的过程称为的过程称为氨基酸的活化，氨基酸活化构成氨基酰氨基酸的活化，氨基酸活化构成氨基酰-tRNA。原核、真核生物原核、真核生物-都有两种

12、都有两种Met-tRNA：原核生物起始氨基酰原核生物起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸，于是构成甲酰甲硫氨酸，于是构成N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA (fMet-tRNAfMet)。真核生物起始氨基酰真核生物起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合后与甲硫氨酸结合后构成构成Met-tRNAiMet 。参与肽链延伸的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet肽链合成起始肽链合成起始:原核生物原核生物:起始起始tRNA是是f

13、Met-tRNA(fMet上上角标角标30s小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板相模板相结合结合再与再与fMet-tRNA(fMet上角标上角标结合结合最后与最后与50s大亚基结合大亚基结合真核生物真核生物:起始起始tRNA是是 Met-tRNA(Met上角标上角标40s小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标相结合上角标相结合再与模板再与模板mRNA结合结合最后与最后与60s大亚基结合生成起大亚基结合生成起始复合物始复合物原核生物位于原核生物位于AUG上游上游8-13个核苷酸处的一个短片段个核苷酸处的一个短片段4-6个个核苷酸叫做核苷酸叫做SD序列。这段序列正好与序列。这段序列

14、正好与tRNA 30S小亚基中的小亚基中的16s rRNA3端一部分序列互补，因此端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体序列也叫做核糖体结合序列。其中有三种结合序列。其中有三种IF参与起始复合物的构成。参与起始复合物的构成。真核生物真核生物mRNA中的帽子构造和帽子结合蛋白复合物结合。至中的帽子构造和帽子结合蛋白复合物结合。至少有十种少有十种eIF参与起始复合物的构成。参与起始复合物的构成。真核生物翻译起始原核生物肽链合成的延伸：原核生物肽链合成的延伸： 进位进位: 氨基酰氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋模板的指令进入并结合到核蛋白体白体A位位 2. 成肽成肽:转

15、肽酶催化，核蛋白体转肽酶催化，核蛋白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA转移转移到到A位，与位，与A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA的的-氨基结合构成肽键氨基结合构成肽键 3. 转位转位酶催化，核蛋白体向转位转位酶催化，核蛋白体向3 -端挪动一个密码子的间隔，端挪动一个密码子的间隔，使使mRNA上下一个密码子进入核蛋白体上下一个密码子进入核蛋白体A位、而占据位、而占据A位的肽位的肽酰酰-tRNA移入移入P位位 延伸因子延伸因子: EF-Tu EF-Ts EF-G真核延伸过程与原核根本类似真核延伸过程与原核根本类似但有不同的反响体系和延伸因子：但有不同的反响体系和延伸因子：eEF-1 eEF

16、-1 eEF-2 真核细胞核蛋白体没有真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的位，转位时卸载的tRNA直接从直接从P位零落位零落肽链合成终止：肽链合成终止：核蛋白体核蛋白体A位出现位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停顿，肽的终止密码子后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分别。、核蛋白体大、小亚基等分别。原核生物终止阶段需求释放因子原核生物终止阶段需求释放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3参参与与释放因子功能：释放因子功能：I 识别终止密码子识别终止密码子 II诱导转肽酶转变为诱导转肽酶转变为酯酶活性酯酶活性IIIRF-3有有GTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的与核蛋白体的相互作用相互作用真核生物翻译终止过程与原核生物类似，但只需真核生物翻译终止过程与原核生物类似，但只需1个个释放因子释放因子eRF，可识别一切终止密码子，完成原核生物各类，可识别一切终止密码子，完成原核生物各类RF的功能。的功能。 蛋白质翻译后修饰：蛋白质翻译后修饰：真核生物中新生真核生物中新生(未成熟未成熟)分泌蛋白的分泌蛋白的N端有可被端有可被细胞转运系统识别的特征性、保守的氨基