原核生物真核生物基因表达比较教学内容

1、原核生物真核生物基因表达比较 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的基因由于没有外显子和内含子，转录产生的信使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、拼接等加工过程不需要剪切、拼接等加工过程。而。而真核生物有内含子、外真核生物有内含子、外显子，因此转录产生的显子，因此转录产生的RNA需要加工修饰！需要加工修饰！？转录：转录：模板:真核真核生物生物转录起始前的转录起始前的上游区段调控序列

2、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序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)。 顺式作用元件包括顺式作用元件包括启动子启动子、启动子上游元件启动子上游元件(upstream promoter elements) 等等近端调控元件近端调控元件和和增强子增强子(enhancer)等等远隔序列远隔序列。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 bo

3、x)。通常认为这就是。通常认为这就是启动子的核心序列启动子的核心序列。TATA盒虽然没有原盒虽然没有原核的核的-10区、区、-35区那么典型，没有原核那样的相对区那么典型，没有原核那样的相对较高较精确的丰度较高较精确的丰度、区段区段；除除TATA盒；还有一些叫盒；还有一些叫“盒盒”或不叫的调控序列。或不叫的调控序列。启动子上游元件启动子上游元件是位于是位于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的位置，比较常见的是的位置，比较常见的是GC盒盒和和CAAT盒盒。 转录起始转录起始:原核原核生物：生物：RNA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列的特殊

4、序列启动子启动子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。 RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2 )与模与模板结合，形成板结合，形成闭合转录复合体闭合转录复合体。 DNA双链局部解开，形成双链局部解开，形成开放转开放转录复合体。录复合体。在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成聚合反应，形成转录起始复合物。转录起始复合物。真核真核生物：转录起始需要启动生物：转录起始需要启动子子 、RNA聚合酶和转录因子的聚合酶和转录因子的参与。参与。少数几个反式作用因子的搭配启少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录动特定基因的转录真核生物真核生物RNA

5、-pol不与不与DNA分子分子直接结合，而需依靠众多的转录直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成因子，形成转录起始复合物转录起始复合物。真核生物RNA聚合酶-DNA-RNA复合物 转录延长：转录延长：原核生物转录过程中有羽毛状现象：原核生物转录过程中有羽毛状现象：启动子清除，启动子清除，亚基脱落亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模模板前移，在核心酶作用下板前移，在核心酶作用下NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延长。链不断延长。原核原核生物在同一生物在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行，转录尚未完模板上，有多个转录同时

6、在进行，转录尚未完成，翻译已在进行。成，翻译已在进行。真核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。有转录与翻译同步的现象。 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链从转录复合物上脱落下来链从转录复合物上脱落下来。原核原核生物生物的转录终止分类：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： 识别识别富含富含C的的RNA链链 ATPase活性活性 解螺旋酶解螺旋酶（h

7、elicase）活性）活性因子因子真核真核生物的转录终止：在超出千百个核苷酸后停顿，生物的转录终止：在超出千百个核苷酸后停顿， 转录后修饰有转录后修饰有多聚腺苷酸（多聚腺苷酸（poly A）尾巴结构加进去尾巴结构加进去 。在读码框架下游常有一组公共序列在读码框架下游常有一组公共序列AATAAA 及及 GTGTGT序列，这些序列称为序列，这些序列称为转录终止修饰点转录终止修饰点。原核生物真核生物转录对比：翻译：mRNA是蛋白质生物合成的是蛋白质生物合成的直接模板直接模板:遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串

8、联为一个转录单位，转录生成的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，为可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron) 。真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(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，导致同一前体序列中出现移码、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翻译出序列、功能不同的蛋白质。这

9、种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（编辑（mRNA editing）。）。 核蛋白体核蛋白体是蛋白质生物是蛋白质生物合成的场所合成的场所: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。胞器，具蛋白质合成功能。核蛋白体包括核蛋白体包括 rRNA(核糖体核糖体RNA) 和和蛋白质蛋白质，直径为，直径为 20-25nm,真核细胞的核蛋白体比原核细胞的大。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蛋白质生物合成需要酶类酶类、蛋白质因子蛋白质因子: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结合形成氨基酰结

10、合形成氨基酰-tRNA的过程称为的过程称为氨基酸的活化，氨基酸活化形成氨基酰氨基酸的活化，氨基酸活化形成氨基酰-tRNA。原核、真核生物原核、真核生物-都有两种都有两种Met-tRNA：原核原核生物生物起始起始氨基酰氨基酰-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，甲酰甲硫氨酸，于是形成于是形成N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA (fMet-tRNAfMet)。真核真核生物生物起始起始氨基酰氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合与甲硫氨酸结合后

11、形成后形成Met-tRNAiMet 。参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet肽链合成起始肽链合成起始:原核原核生物生物:起始起始tRNA是是fMet-tRNA(fMet上角标）上角标）30s小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板相结合模板相结合再与再与fMet-tRNA(fMet上角标）结合上角标）结合最后与最后与50s大亚基结合大亚基结合真核真核生物生物: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）上角标）相结合相结合再与模板再与模板mRNA结合结合最后与最后与60s大亚基结合生成起始复合物大亚基

12、结合生成起始复合物原核原核生物位于生物位于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序列序列。这段序列正好与。这段序列正好与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序列也叫做核糖体结序列也叫做核糖体结合序列。其中有合序列。其中有三种三种IF参加起始复合物的形成。参加起始复合物的形成。真核真核生物生物mRNA中的帽子结构和中的帽子结构和帽子结合蛋白复合物帽子结合蛋白复合物结合结合。至至少有少有十种十种eIF参与起始复合物的形成。参与起始复合物的形成。真核生物翻译起始原核

13、原核生物肽链合成的延长：生物肽链合成的延长： 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白体模板的指令进入并结合到核蛋白体A位位2. 成肽成肽:转肽酶转肽酶催化，核蛋白体催化，核蛋白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA转移到转移到A位，位，与与A位位上氨基酰上氨基酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键氨基结合形成肽键3. 转位转位转位酶转位酶催化，核蛋白体向催化，核蛋白体向3 -端移动一个密码子的距离，使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位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位位 延长

14、因子延长因子: EF-Tu EF-Ts EF-G真核真核延长过程与原核延长过程与原核基本相似基本相似但有不同的但有不同的反应体系反应体系和和延长因子：延长因子：eEF-1 eEF-1 eEF-2 真核细胞核蛋白体真核细胞核蛋白体没有没有E位位，转位时卸载的，转位时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落位脱落肽链合成终止：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，多肽链合成停止，肽的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离。、核蛋白体大、小亚基等分离。原核原核生物终止阶段需要释放因子生物终止阶段需要释放因子

15、RF-1、 RF-2和和 RF-3参与参与释放因子释放因子功能功能：I 识别终止密码子识别终止密码子 II诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性IIIRF-3有有GTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用真核真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类，可识别所有终止密码子，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：真核真核生物中新生生物中新生(未成熟未成熟)分泌蛋白的分泌蛋白的N端有可被细胞转端有可被细胞转运系统识别的特征性、保守的氨基酸序列运系统识别的特征性、保守的氨基酸序列(约约13-36AA,