222原核生物与真核生物基因表达的区别

222原核生物与真核生物基因表达的区别
222原核生物与真核生物基因表达的区别

原核生物与真核生物基因表达的区别

最佳答案

原核生物的机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控,如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。

转录的调控主要发生在起始阶段,这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。

通常不在转录延伸阶段进行调控,但可在终止阶段进行调控,终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。

RNA的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子,转录物作为一个整体其有效性可以受到调控,例如,它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。此外,初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。

在真核细胞中,还可对RNA从核到胞浆中的转运进行调控。但是在细菌中,mRNA只要一合成,就可用于翻译。翻译也像转录一样,在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。

真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多,特别是高等生物,不仅由多细胞构成,而且具有组织和器官的分化。细胞中由核膜将核和细胞质分开,转录和翻译并不是偶联,而是分别在核和细胞质中进行的,基因组不再是环状或线状近于裸露DNA,而是由多条染色体组成,染色体本身结构是以核小体为单位形成的多极结构,真核生物的个体还存在着复杂的个体发育和分化,因此说真核生物的基因表达调控是多层次的,从DNA到RNA到有功能蛋白质多途径进行调控的。

主要的调控途径有如下几个方面:

①DNA和染色体水平上的调控:基因的拷贝数扩增或丢失和基因重排,DNA修饰,在染色体上的位置,染色体结构(包括染色质、异染色质、核小体)都可影响基因表达。

②转录水平上的调控:转录起始的控制和延伸的弱化对mRNA前体的水平都会产生影响。

③转录后RNA加工过程和运送中的调控:真核基因转录出的mRNA前体,要经过加工才能成熟为mRNA,包括切割、拼接、编辑、5`和3`末端修饰等,成熟的mRNA再运出细胞核。

④翻译水平上的调控:5`端前导序列形成茎环结构降低翻译水平或抑制蛋白结合5`端,阻止mRNA的翻译。

⑤翻译后的调控:翻译后产生的蛋白质常常需要修饰和加工如磷酸化、糖基化、切除信号肽及构象形成等,才能成为有活性的蛋白质,可以利用这个过程有选择地激活或灭活某些蛋白质。

⑥mRNA降解的调控:控制mRNA寿命就能控制一定数目的mRNA分子产生蛋白质数量,这种调控是由mRNA 3`端的序列决定的。(为什么是有其决定??)

真核生物基因表达调控过程与原核生物的不同之处

2010-8-29 09:12

最佳答案

①真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的,由于转录时内含子和外显子是一起转录的,因而转录产生的信使RNA必须经加工,将内含子转录部分剪切掉,将外显子转录部分拼接起来,才能成为成熟的RNA。

②真核生物有细胞核,核膜将核质与细胞质隔开,因此,转录在细胞核中进行,翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔。

③真核生物大多是多细胞生物,个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因,都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。

图3-14真核生物基因表达过程示意图

真核生物基因表达调控的过程与原核生物有许多共同之处。例如,在真核生物结构基因的侧翼序列上,同样存在着许多不同的调控序列,真核生物通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否,来调控基因的转录。

但是,真核生物基因表达调控与。原核生物也有许多不同之处。例如,真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的,由于转录时内含子和外显子是一起转录的,因而转录产生的信使RNA必须经过加工,将内含子转录部分剪切掉,将外显子转录部分拼接起来,才能成为有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子,因此,转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。

再有,原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的,即在转录未完成之前翻译便开始进行。如大肠杆菌乳糖分解代谢过程中,三个结构基因的转录和翻译就是同时在细胞质中进行的。真核生物由于有细胞核,核膜将核质与细胞质分隔开来,因此,转录是在细胞核中进行的,翻译则是在细胞质中进行的。可见。真核生物基因的转录和翻译具有时间和空间上的分隔。上述真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程,都需要有调控序列的调控,这种调控作用是原核生物所没有的。

真核生物的基因表达过程与原核生物的基因在时空上不同,因而真核生物的基因在原核生物内表达可能出现问题。这是什么意思啊?

一是时间:原核细胞转录和翻译偶联,转录和翻译几乎同时进行。

真核细胞原初转录物不能翻译,需要进行后加工才能翻译。

二者在转录与翻译的时间上分离。

二是空间:原核细胞转录和翻译几乎都在拟核区进行,没有明显空间上的区分。

真核细胞转录在核内进行,翻译在胞质进行。

二者转录和翻译在空间上隔离。

以上两点统称:真核生物的基因表达过程与原核生物的基因在时空上不同。

第三节真核生物基因表达的调控

原核生物操纵元调控中的一些原理也存在于真核生物基因表达中,但是,多细胞真核生物的形态、结构、功能和生长发育过程要比原核生物复杂得多,具有精确的发育程序和大量分化的特殊细胞群,因此它需要更为多样化的调控机制。首先,高等真核生物的基因组远比细菌基因组大,包含的DNA量和遗传信息也多得多。例如,根据已测定的基因组全部序列,E.coli有4.6×106 bp,可编码4288个基因,每个基因含有约1100bp。这个基因长度与已全部测序的8个原核生物相似。真核生物啤酒酵母有1.2×107bp,可编码5885个基因,每个基因含约2000bp。在高等植物中,据对拟南芥菜第4染色体长臂的一段长为1.9×106 bp 的DNA片段全序列测定,这段DNA可编码389个基因,每个基因有4800bp。这些结果说明,高等生物基因组中有很多重复序列。据分析,人类基因组有3×109 bp,编码蛋白质的基因约为3.5万个。其余的都是重复序列。高等植物不同物种的基因组大小差别很大,如拟南芥有1×108bp,水稻有 4.3×108 bp,小麦则有1.6×1010 bp。高等植物的基因组中很多是重复序列,尤其是象小麦这类DNA含

量高的大基因组,重复序列比例更大。很多重复序列与调控作用有关。例如,拟南芥的重复序列在转基因烟草中具有基因表达增强子的作用。

其次,真核生物的DNA与组蛋白等结合形成染色质,染色质结构的变化可以调控基因表达。真核生物基因表达分散在整个基因组的各个染色体上,而不象细菌那样全部基因串连在一起。所以真核生物不仅存在同一染色体上不同基因间的调控问题,而且还存在不同染色体之间的基因调控问题。

第三,在真核生物中,不同组织的细胞在功能上是高度分化的。

大多数真核生物都是多细胞的复杂有机体,在个体发育过程中,由一个受精卵经过一系列的细胞分裂和分化形成不同类型的细胞和组织。分化就是不同基因表达的结果。在不同的发育阶段和不同类型的细胞中,基因表达在时空上受到严密的调控。例如,在动物胰脏细胞中不会产生视网膜色素,而在视网膜细胞中也不会产生胰岛素。真核细胞具有选择性激活和抑制基因表达的机制。如果基因在错误的时间或细胞中表达、表达不足或过量地表达,都会破坏细胞的正常代谢,甚至导致细胞死亡。

原核生物大多是单细胞的,在相同的环境条件下,同一群体的细胞对环境的变化具有基本相同的反应,基因的表达基本一致。但是在相同的环境条件下,多细胞真核生物体内的不同细胞的反应则全然不同,只有部分或很少一部分细胞的基因表达直接受到环境条件变化的影响,其余细胞中的基因表达只是间接受到影响或者基本不受影响。这就保证了真核生物的一些主要组织和器官在千变万化的环境条件下能够维持正常功能。

第四,真核生物细胞的转录和翻译在时间和空间上是分隔的。

真核生物具有由核膜包被的细胞核,基因的转录和翻译分别在细胞核和细胞质中进行。因此,转录的RNA还必须经过加工以及从细胞核中运输到细胞质中才能行使功能,而且,相对于原核生物来说,mRNA的寿命比较长。这就为翻译水平的调控提供了方便。

真核生物基因表达可以在多个层次上进行调控。

综上所述,真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂,可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次(图真核生物基因表达中可能的调控环节)。但是,最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。(是因为,at the very beginning 就阻止了,就避免了不必要的浪费!!)

(一)DNA水平的调控

DNA水平上的调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。这一类的调控机制包括基因的扩增、重排或化学修饰。其中有些改变是可逆的。

1、基因剂量与基因扩增

细胞中有些基因产物的需要量比另一些大得多,细胞保持这种特定比例的方

式之一是基因组中不同基因的剂量不同。例如,有A、B两个基因,假如他们的转录、翻译效率相同,若A基因拷贝数比B基因多20 倍,则A基因产物也多20倍。组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型实例。为了合成大量组蛋白用于形成染色质,多数物种的基因组含有数百个组蛋白基因拷贝。(基因拷贝数不同)基因剂量也可经基因扩增临时增加。两栖动物如蟾蜍的卵母细胞很大,是正常体细胞的一百倍,需要合成大量核糖体。核糖体含有rRNA分子,基因组中的rRNA基因数目远远不能满足卵母细胞合成核糖体的需要。所以在卵母细胞发育过程中,rRNA基因数目临时增加了4000倍。卵母细胞的前体同其他体细胞一样,含有约500个rRNA基因(rDNA)。在基因扩增后,rRNA基因拷贝数高达2×106。这个数目可使得卵母细胞形成1012个核糖体,以满足胚胎发育早期蛋白质大量合成的需要。

在基因扩增之前,这500个rRNA基因以串联方式排列。在发生扩增的3周时间里,rDNA不再是一个单一连续DNA片段,而是形成大量小环即复制环,以增加基因拷贝数目。这种rRNA基因扩增发生在许多生物的卵母细胞发育过程中,包括鱼、昆虫和两栖类动物。目前对这种基因扩增的机制并不清楚。

在某些情况下,基因扩增发生在异常的细胞中。例如,人类癌细胞中的许多致癌基因,经大量扩增后高效表达,导致细胞繁殖和生长失控。有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。

2.基因丢失

在一些低等真核生物的细胞分化过程中,有些体细胞可以通过丢失某些基因,从而达到调控基因表达的目的,这是一种极端形式的不可逆的基因调控方式。如某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育到一定阶段后,许多体细胞常常丢失整条染色体或部分染色体,而只有在将来分化生殖细胞的那些细胞中保留着整套的染色体。在马蛔虫中,个体发育到一定阶段后,体细胞中的染色体破碎,形成许多小的染色体,其中有些小染色体没有着丝粒,它们因不能在细胞分裂中正常分配而丢失,在将来形成生殖细胞的细胞中不存在染色体破碎现象。但是,基因丢失现象在高等真核生物中还未发现。

3.DNA重排(基因重排)

基因重排(gene rearrangement)是指DNA分子中核苷酸序列的重新排列。这些序列的重排可以形成新的基因,也可以调节基因的表达。这种重排是由基因组中特定的遗传信息决定的,重排后的基因序列转录成mRNA,翻译成蛋白质。

尽管基因组中的DNA序列重排并不是一种普通方式,但它是有些基因调控的重要机制,在真核生物细胞生长发育中起关键作用。

⑴酵母交配型转换。

啤酒酵母交配型转换是DNA重排的结果。酵母菌有两种交换型,分别a和α。单倍体a和α之间配合才能产生二倍体a/α,经减数分裂及产孢过程形成单倍体四分子,其中a和α的孢子的比例为2:2。如果单独培养基因型a和α的孢子,由于仅有与亲代相同的交配型基因型,所以形成的孢子之间不能发生交配。但酵母菌中有一种同宗配合交配类型,其细胞可转换成对应的交配类型,使细胞之间可发生配合。如图8-18所示。

起始的单倍体孢子(这里是α)发育成一个母细胞及一个芽细胞,芽细胞再长成子细胞。在下一次分裂后,这个母细胞及新形成的子细胞转换成对应的交配型a,结果是两个α和两个a型细胞。相对应交配型细胞融合形成a/α二倍体合子(交配)。再经有丝分裂及产孢过程又形成单倍体孢子。这种交配型转换的基础是遗传物质的重排。控制交配型的MAT基因位于酵母菌第3染色体上,MATa 和MATα互为等位基因。含有MATa单倍体细胞为a交配型,具有MATα基因型的细胞为α交配型。MAT位点的两端,还有类似MAT基因的HMLa和HMRa基因,他们分别位于第3染色体左臂和右臂上。这两个基因分别具有与MATα和MATa 相同的序列,但在其基因上游各有一个抑制转录起始的沉默子,所以不表达。

交换型转换是由HO内切核酸酶(HO endonuclease)的作用开始的(图8-19)。这个内切酶将MATa基因内的一段24bp的双链DNA切开,另一种核酸外切酶在双链DNA的切口,从5′到3′加工产生一段突出的3′单链尾端序列(约500个核苷酸),MATa基因用这一段单链系列插入到MATα基因的同源序列中,以HMLα序列为模板,合成一段新的HMLα基因序列,再通过重组使HMLα整合到MATa序列中,导致基因转换,由MATa转换成MATα。在这个重组过程中,有一段244bp的重组强化子(recombinant enhancer, RE)对重组起顺式调控作用,是基因转换所必须的,RE缺失则不能发生基因转换。这段RE序列也位于第3染色体左臂上,靠近HMLα位点。

MAT基因编码一种与MCM1转录因子互作的调控蛋白,控制其它基因转录。MATa和MATα基因产物对MCM1具有不同的影响,因而表现出不同的等位基因特异表达模式。在红色面包霉及其它真菌中出现的四分孢子异常比例,也是重组后产成的基因转换形成的。

(2)动物抗体基因重排

一个正常哺乳动物可产生108以上不同的抗体分子,每一种抗体具有与特定抗原结合的能力。抗体是蛋白质,每一种特异抗体具有不同的氨基酸序列。如果抗体的遗传表达是一个基因编码一条多肽链,那么一个哺乳动物就需要108以上的基因来编码抗体,这个数目至少是整个基因组中基因数目(现在估计人类基因组中编码蛋白质的基因大概只有30000个左右)的1000倍。这是不可能实现的!

那么哺乳动物是采用什么机制形成如此众多的不同抗体分子的呢?

首先我们看一下抗体分子的结构(图抗体分子结构)。抗体包括两条分别约440个氨基酸的重链(heavy chain, H)和两条分别约214个氨基酸的轻链(light chain, L)。不同抗体分子的差别主要在重链和轻链的氨基端(N端),故将N端称为变异区(variable region, V),N端的长度约为110个氨基酸。不同抗体羧基端(C端)的序列非常相似,称为恒定区(constant region, C)。抗体的轻链、重链之间和两条重链之间由二硫键连接,形成一种四链(H2L2)结构的免疫球蛋白分子。

在人类基因组中,所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的,而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。

完整的重链基因由VH、D、J和C四个基因片断组合而成,完整的轻链基因由VL、J和C三3个片段组合而成。

人的第14号染色体上具有86个重链变异区片段(VH),30个多样区片段(diverse,D),9个连接区片段(jioning,J)以及11个恒定区片段(C)。

轻链基因分为3个片段,变异区(VL),连接区(J)和恒定区(C)。人类的轻链分为2型:κ型(Kappa轻链,κ)和λ型(Lambda轻链,λ)。κ轻链基因位于第2号染色体上,λ轻链基因位于第22号染色体上。

人类基因组中抗体基因片断

抗体组成

基因座位

所在染色体

基因片断数目

V

D

J

C

重链

IGH

14

86

30

9

11

Kappa 轻链(κ)

IGK

2

76

5

1

Lambda 轻链(λ)

IGL

22

52

7

7

随着B淋巴细胞的发育,基因组中的抗体基因在DNA水平发生重组,形成编码抗体的完整基因(图人类抗体重链基因结构)。在每一个重链分子重排时,首先V区段与D区段连接,然后与J区段连接,最后与C区段连接,形成一个完整的抗体重链基因。每一个淋巴细胞中只有一种重排的抗体基因。

轻链的重排方式与重链基本相似(图人类抗体κ链基因结构),所不同的是轻链由3个不同的片断组成。

重链和轻链基因重排后转录,再翻译成蛋白质,由二硫键连接,形成抗体分子。

产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制:

重链和轻链的不同组合,κ、λ、H;

在重链中,V、D、J和C片段的组合;

κ轻链中V和C的组合;

λ轻链中V、J和C的组合;

此外,基因片段之间的连接点也可以在几个bp的范围内移动。

因此,可以从约300个抗体基因片段中产生109 数量级的免疫球蛋白分子。

4. DNA甲基化和去甲基化

在真核生物DNA分子中,少数胞嘧啶碱基第5碳上的氢可以在甲基化酶的催

化下被一个甲基取代,使胞嘧啶甲基化(methylation)。

甲基化多发生在5′-CG-3′二核苷酸对上。有时CG二核苷酸对上的两个C都甲基化,称为完全甲基化,只有一个C甲基化称为半甲基化。甲基化酶可识别这种半甲基化DNA分子,使另一条链上的胞嘧啶也甲基化。

DNA的甲基化可以引起基因的失活。活跃表达的基因都是甲基化不足的基因。表达活性与甲基化程度呈负相关。甲基化的程度可以在转录的充分激活和完全阻遏之间起调节作用。把甲基化和未甲基化的病毒DNA或细胞核基因分别导入活细胞,已甲基化的基因不表达,而未甲基化的能够表达。在大鼠个体发育过程中,核内DNA甲基化的水平失不断提高的,14d的胚胎肝脏只有8%的rDNA甲基化,18d的胚胎肝脏有30%的rDNA甲基化,而成年大鼠肝组织中rDNA的甲基化程度高达60%。

某些玉米Ac转座因子在没有任何DNA序列变化的情况下,失去了转座酶基因活性,就是因为这个基因的富含CG区域发生了高度甲基化。经化学处理去甲基化后,又可使转座酶基因活性恢复。

(二)转录水平的调控

持家基因和奢侈基因

在多细胞的高等真核生物中,各种类型的细胞中都有相同的一些基因在表达,这些基因的产物是维持细胞的正常结构、运动、以及参与新成代谢等生命活动所必须的,由于它们的功能对于每一个细胞来说都是必不可少的,所以将这些基因称为持家基因(house keeping gene)。如组蛋白基因、核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、糖酵解酶基因等。在哺乳动物中,持家基因大约有10000个左右。

另一类基因是组织特异性基因(tissue-specific gene),又称为奢侈基因(luxury gene)。这类基因与细胞的特定功能有关,是在各种组织中选择性表达的基因。如表皮的角蛋白基因、肌细胞中的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因等。据估计,各类细胞中的奢侈基因的总和大于持家基因的数目。

持家基因和奢侈基因的表达调控通常发生在转录水平。

前面介绍了细菌中的基因经诱导可使表达效率提高千倍以上。这种极端的调控水平很难发生在真核生物基因表达中(酵母菌除外)。大多数真核生物基因经诱导可提高几倍至数十倍的表达效率。多数真核生物基因转录水平的调控是正调控。

1、真核基因表达调控的顺式作用元件

顺式作用元件(cis-acting element)是指DNA分子上对基因表达有调节活性的特定核苷酸序列。顺式作用元件的活性只影响同一DNA分子上的基因。这种DNA序列多位于基因上游或内含子中。

真核基因的顺式作用元件按其功能可以分为:启动子、增强子和静止子。

启动子的结构和功能

启动子是转录因子和RNA聚合酶的结合位点,位于受其调控的基因上游,邻近基因转录起始点,是基因的一部分(图真核生物启动子元件)。

TATA框(TATA box):中心位于-30位置,是RNA聚合酶Ⅱ识别和结合位点。富含AT碱基,一般有8bp,改变其中任何一个碱基都会显著降低转录活性,又称为Hogness box。如人类的β珠蛋白基因启动子中TATA序列发生突变,β珠蛋白产量就会大幅度下降而引起贫血症。

CAAT框(CAAT box):位于-70~-80位置,共有序列GGCC(T)CAATCT。决定启动子的起始频率。兔的β珠蛋白基因的CAAT框变成TTCCAATCT,其转录效率只有原来的12%。

GC框(GC box):-110位置,GGGCGG。增强转录活性。

真核基因的启动子有三个元件构成,而原核基因的启动子一般只有两个元件,-10位置的TATAbox和-35位置的TTGACAbox。

增强子的结构和功能

增强子(enhancer),又称强化子(transcriptional enhancer),是一种远端调控元件,至少距转录起始点上游100bp以上,通常位于-700~-1000处,所以又称为上游激活序列(upstream activator sequence, UAS)。

增强子区的跨度一般有100-200bp,和启动子一样,由一个或多个各具特征的DNA序列组成,常由8-12bp的核心序列和其他序列相间排列。

增强子也要通过与特定的蛋白质因子(转录因子)结合而实现其对转录的增强作用。

静止子

是一种类似增强子但起负调控作用的顺式作用元件。有人称为沉默基因。静止子与相应的反式作用因子结合后,可以使正调控系统失去作用。

2、真核基因调控的反式作用因子

不论是启动子还是增强子序列,他们的转录调节功能都是通过与特定的DNA 结合蛋白的相互作用而实现的。

真核生物的RNA聚合酶与原核生物的RNA聚合酶不同,它本身不能启动转录,纯化了的真核生物RNA聚合酶在体外是不能启动转录的。因此必须事先有一套转录因子装配到启动子上,RNA聚合酶才能启动转录。

这些转录因子一般并不是RNA聚合酶的组成成分。

能直接或间接识别各种顺式调控元件并与之结合从而调控基因转录效率的各种蛋白质分子称为反式作用因子(trans-acting factor)。

能激活真核生物基因转录的蛋白质称为转录因子(transcription factor,

TF)。转录因子是参与正调控的反式作用因子,是转录起始过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子。

这类DNA结合蛋白有很多种,顺式调控元件也有多种,正是不同的DNA序列和不同的DNA结合蛋白之间在空间结构上的相互作用,以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用,构成了复杂的基因转录调控机制。

真核生物的RNA聚合酶

类型

产物

rRNA

MRNA, snRNA

5S rRNA

tRNA

反式作用因子的结构特征

反式作用因子一般都具有三个不同功能结构域(domain)。(看来我研究的ER也是一种反式作用因子?也是转录因子!)

①DNA结合结构域(不就是ER的BD么??)与顺式调控元件结合的部位。

对大量转录调控因子结构的研究表明,DNA结合结构域大多在100bp以下。大体上有4种结构特征:

α螺旋-转角-α螺旋(helix-turn-helix, HTH)结构(图螺旋-转角-螺旋)、

锌指(zinc finger)结构(图锌指结构)、

亮氨酸拉链(leucine zipper)结构(图亮氨酸拉链)等。

②激活基因转录的功能结构域一般有20-100个氨基酸组成。有时一个反式作用因子可能有一个以上的转录激活区。结构特征有:含有很多带负电荷的α螺旋、富含谷氨酰胺或者富含脯氨酸。

③与其他蛋白质因子结合的结构域

不同的反式调控因子(转录因子)与顺式调控元件相互作用,启动转录的效率不同。

2.选择性启动子

有些真核生物基因具有两个或两个以上的启动子,用于在不同细胞中表达。不同启动子可产生不同的初级转录产物和不相同的蛋白质编码序列。果蝇的乙醇脱氢酶基因是一个典型的例子。这个基因的结构见图8-31A。在幼虫(图8-31B)和成虫期(图8-31C)分别利用不同启动子进行转录。成虫期的转录具有一段很长的5’端前导序列,其中大多数在mRNA加工中去掉。多启动子可使幼虫和成虫具有独立的转录调控。

真核基因表达的激素调控

多细胞真核生物的一些基因表达经常受到体内外激素(hormone)的控制。许多甾类激素如皮质激素、盐皮质激素、雌激素、雄激素和一些多肽激素都可以诱导某些基因的转录。

如昆虫发生变态时多线染色体的疏松区有规律变化就是由蜕皮激素控制的。双翅目昆虫幼虫的唾腺细胞内有巨大的唾腺染色体,其上的横带被认为相当于基因或操纵元。在幼虫发育的不同阶段,可以看到一个或几个横带发生疏松现象(图8-33)即染色丝高度松散而不缠绕。同位素标记试验证明,疏松区出现大量新合成的mRNA。疏松出现的时间和部位随着发育阶段而顺序消长。以果蝇唾腺染色体为例,其幼虫在三龄前期,第III染色体不出现疏松。到三龄后期,74区EF 段、75区B段和78区D段出现疏松(图8-34)。进入蛹期,上述3个区段的疏松消失,71区C-E段出现疏松。化蛹期,71区C-E段的疏松消失,而74 区EF 段和75区B段重新出现疏松。说明74区EF段和75区B段的基因作用与幼虫的蜕皮和化蛹有关。

74区EF段和75区B段在蜕皮时发生疏松是和幼虫体内分泌的蜕皮激素有关。蜕皮激素是一种类固醇化合物,由幼虫前胸腺分泌,传送到虫体各部分,激活74区EF段和75区B段的基因,导致幼虫蜕皮。如果在三龄早期用尼龙线将唾腺部分紧紧扎起,如图8-35所示,被结扎的受到蜕皮激素的作用,提前化蛹,而后半部分仍为幼虫。取出唾腺细胞进行检查,发现前半部分唾腺细胞中第III 染色体上74区EF段、75区B段和78区D段都有疏松出现。

更为直接的证据是用蜕皮激素注入摇蚊四龄幼虫体内,15~30分钟后,在唾腺染色体Ⅰ的18区C段形成疏松。大约1H后,疏松体积扩大到最大限度。正

常情况下,摇蚊幼虫或蛹蜕皮时,正是在I-18-C区段出现疏松。说明蜕皮激素引起该部位基因的活化。

类固醇是疏水性很强的化合物,可经扩散通过质膜进入细胞。在细胞中,类固醇与其受体结合形成二聚体。而类固醇受体本身是一组转录因子,具有与DNA 结合的保守序列。这种二聚体一旦与目的基因启动子结合,即可直接启动目的基因转录。而且,类固醇受体必须在类固醇存在时,才能与DNA结合,起始基因转录(图激素调控)。(和我研究的ER一模一样!)

(三)转录后调控

在真核生物中,蛋白质基因的转录产物统称为核不均一RNA,必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。在第三章已经讲过,加工过程包括三个方面:加帽、加尾和去掉内含子。

转录后的内含子剪切过程在基因表达的调控中具有重要意义。

选择性mRNA切割

我们知道,在DNA水平上,真核生物基因与原核生物基因有一个明显的不同之处,也就是真核生物的基因是不连续的,外显子与内含子相间排列,而转录的时候外显子和内含子是一起转录的。转录以后必须降内含子切除,才能形成成熟的mRNA分子。这个过程成为剪接(splicing)。

同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式切割加工,形成不同的成熟mRNA分子,使翻译成的蛋白质在含量或组成上都可能不同(图选择性剪接)。例如,老鼠α-淀粉酶基因,由于切割位置不同使来自同一基因的转录产物产生不同mRNA分子(图8-32)。α-淀粉酶基因的编码序列从外显子2中第50bp 处开始,与外显子3及其他外显子连接。在腺体中,外显子S与2连接(外显子L作为内含子同1 和2一起切割掉了)。在肝脏中,外显子L与2连接,而外显子S与内含子1及前导序列L一起被切割掉了。这样加工以后,外显子S和L

分别成为腺体和肝脏mRNA的前导序列,形成的不同mRNA以不同速率翻译成蛋白质。

果蝇的Dscam基因经过选择性剪切可以产生38000种不同的产物,超过整个基因组全部基因数目的2倍。

(四)翻译水平的调控

在真核生物中,基因表达的调控主要发生在转录水平上,但是,翻译水平的调控也是十分重要的。

阻遏蛋白与mRNA结合,可以阻止蛋白质的翻译。

铁蛋白的功能是在细胞内贮存铁。铁蛋白mRNA的翻译取决于铁的供应。铁供应充足,则铁蛋白合成就多。当细胞中没有铁时,阻遏蛋白与铁蛋白mRNA结合,阻止翻译的进行。当细胞中有铁存在时,阻遏蛋白就不与铁蛋白mRNA结合,使翻译得以进行。

成熟的mRNA可以失活状态贮存起来。

例如,植物的种子可以贮存多年,一旦条件适合,立即可以发芽。在种子萌发的最初阶段,蛋白质合成活跃,但是却没有mRNA的合成。20世纪50年代,在辽宁省新金县出土的莲子,已经在地下埋没了一千多年,播种后仍然能够发芽开花。看来,mRNA很容易降解,这句话也不一定正确啊!!

动物中也有这样的情况。海胆卵内的mRNA在受精前是不翻译的,一旦受精,蛋白质的合成立即开始。用放线菌素D处理,蛋白质仍然能够翻译。放线菌素D 可以抑制mRNA的转录,这说明指导蛋白质合成的mRNA是早已存在于卵细胞内的,而不是当时转录的。

当海胆受精卵发育一段时间,再用放线菌素D处理,蛋白质的合成就会停止。

(五)翻译后调控

从mRNA翻译成蛋白质,并不意味着基因表达的调控就结束了。直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的,必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中,还有一系列的调控机制。

1.蛋白质折叠

线性多肽链必须折叠成一定的空间结构,才具有生物学功能。在细胞中,蛋白质的折叠必须有伴蛋白的作用下才能完成折叠。

2.蛋白酶切割

末端切割

有些膜蛋白、分泌蛋白,在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列,称为信号肽,用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。

脊椎动物胰腺中形成的胰岛素,最初的长度是105个氨基酸,称为前胰岛素原,在加工中首先将氨基端的24个氨基酸残基切除,成为前体胰岛素,再将中间的一段切除,留下两端有活性的部分,即21个氨基酸残基的A链和30个残基的B链,这两条链再由两个二硫键连接成有生物活性的胰岛素。

多聚蛋白质的切割

有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列,切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。如脑下丘腺产生的一种多肽链,包括4种不同的激素分子,经蛋白酶切割以后成型。在不同的细胞中切割的方式和位点不同,从而产生多种不同的激素,适应不同细胞生长发育的需要。

3、蛋白质的化学修饰

简单的化学修饰是将一些小的化学基团,如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸侧链上,或者加到氨基端或羧基端。这种修饰的方式是特异的,不同蛋白质可以有完全相同的修饰,相同的蛋白质可以有完全不同的修饰。有些蛋白质经磷酸化活化以后,在基因表达中具有重要的调控作用。

复杂的修饰是蛋白质的糖基化(glycosylation),就是将一些分子量很大的碳水化合物加到多肽链上。

人类的ABO血型也是蛋白质化学修饰的典型例子。控制ABO血型的是一个复等位基因座位,编码负责将糖基加到红细胞膜上的糖蛋白分子上的酶。这个座位上有三个基因(alleles),编码三个不同的酶。一个是将N-乙酰-半乳糖胺(N-acety-galactosamine)加到糖蛋白上,表现为A血型。第二个酶是将半乳糖(galactose)加到糖蛋白上,表现为B血型。第三个基因编码的是一个没有功能的酶,不能将任何糖加到糖蛋白上,表现为O血型。

4、切除蛋白质内含子

有些mRNA翻译的最初产物同DNA转录的最初产物一样,具有内含子(intein)序列,位于多肽链序列的中间,经剪接后,蛋白质的外显子(extein)才能连接成为成熟的蛋白质。

蛋白质内含子的切割位点十分保守。内含子前面的氨基酸通常是半胱氨酸,仅有少数是丝氨酸,而后面总是组氨酸-天门冬酰氨,紧接着内含子的外显子序列通常是半胱氨酸、丝氨酸或苏氨酸。内含子内的有些序列也是十分保守的。

内含子的一个重要特点是具有自动切割加工的能力。例如,果蝇胚胎发育有一种蛋白质Hedgehog,其内含子就能将本身的前提蛋白切割成两个有功能的蛋白质分子。

内含子的另一个特点是,有些切割下来的内含子具有核酸内切酶活性。这种酶可以识别DNA序列中与编码自身序列对应但没有自身编码序列的位置,并将其切开,使内含子的编码序列插入这个位置。如果一个细胞中与这个内含子有关的基因是杂合体,一个含有编码内含子的序列,另一个不含编码内含子的序列,加工切割下来的蛋白质内含子可以切开没有编码内含子序列的DNA,使其插入相应序列,使杂合体成为纯合体。

激活子激活子是一种与强化子结合的蛋白(所以是反式作用因子!),也属于一种转录因子。能促进转录的是正激活子,而抑制转录的是负激活子,他们控制基因转录的时间、地点和效率。正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子,前者是与启动子区域的转录复合体直接接触来激活转录;后者是通过改变染色质的结构,以便其他转录因子的结合,从而提高转录效率的。

(1)真激活子包括两个功能区域(具有特殊功能的一段氨基酸):与强化子结合的DNA 结合区域和与转录复合体中的蛋白质互作的反式调控激活区域。真核生物基因的转录真激活因子最早是在酵母菌中发现的,这种真激活因子也具有两个不同的区域,其DNA结合区域具有特定的三维结构,包括α-螺旋-转角-α-螺旋、锌指和碱性亮氨酸拉链。HTH是最早发现的DNA结合区域,λ噬菌体的cro 阻遏物以及乳糖和色氨酸阻遏蛋白均具有HTH 构型。HTH的三维构型中由转角分隔的两个α-螺旋与DNA结合(图8-27)。与其他DNA结合蛋白不同的是,HTH不能单独折叠或与DNA结合,他只是DNA结合蛋白的一部分,HTH构型以外的氨基酸在控制识别和结合DNA中具有重要作用。许多控制发育过程的真核生物基因具有HTH构型。几乎所有生物都具有的同型异位盒,在一段180个氨基

酸中,由60氨基酸组成的同型异位区域就形成HTH构型。在这60个氨基酸中有许多精氨酸和赖氨酸,以及其他保守的氨基酸序列。

具有锌指构型的蛋白是一种参与许多真核生物基因调控的转录因子,最早在爪蟾转录因子TFIIA中发现的。现在知道,这种构型存在于致癌基因、果蝇中控制发育的基因、以及受生长因子和分化信号诱导合成的蛋白质序列中。一个锌指区域包括两个半胱氨酸(Cys)以及两个组氨酸族,其保守重复序列为Cys- N2- Cys- N12- 14- His- N3- His。其中的Cys和His残基与锌离子形成的配位键,使氨基酸折叠成环,形成类似于手指的构型(图8-28)。锌指蛋白可形成的手指数目为2-13。每个手指包括约23个氨基酸残基,各手指由7-8个氨基酸连接。锌指与DNA 大沟结合并环绕DNA分子(图8-28)。在大沟内,锌指与特异DNA碱基互作,并可能与碱基尤其是富含GC的区形成氢键。

第三种DNA结合蛋白区域是碱基亮氨酸拉链,bZIP具有可形成蛋白质-蛋白质二聚体的亮氨酸拉链区(LP)。LP最早是在老鼠肝脏中的一种核蛋白中发现的,具有35个氨基酸残基,其中有4个亮氨酸,每个之间正好相距7个其他氨基酸,两端是碱性氨基酸。这种区域形成的α-螺旋的侧面,每两圈有一个伸出的亮氨酸,当两个这样的蛋白质分子形成二聚体时,两个α-螺旋之间由亮氨酸残基间的疏水作用力形成一条拉链,碱性α-螺旋与DNA 中的磷酸残基和碱基结合,使二聚体形成一种剪刀结构(图8-29)。

除了DNA结合区域外,激活子还具有与其他转录因子互作的区域,与结合在启动子的转录因子或直接与RNA聚合酶互作,这些区域的长度为30-100个氨基酸。有些激活子还具有与辅助激活子互作的区域。

(2)抗阻遏激活子抗阻遏激活子是通过染色质重建来激活基因表达的。染色质结构在细胞间期到有丝分裂期发生变化,其中最重要的是基因表达时发生染色质重建。研究表明,当基因转录或即将起始转录时,染色质DNA I酶降解敏感或超敏感。而在基因完全不转录是,染色质对DNA I酶不敏感,着是因为DNA 酶I很容易消化开放(即松散)的染色质,不能消化紧缩的染色质。所以染色质结构成为基因表达的开关。

有两种不同方式可以改变染色体结构。一种方式是通过ATP水解-重建复合体途径催化的。酵母菌中的SWI/SNF系统属于这种类型。SWI/SNF是具有11个亚基的复合体,广泛存在于酵母菌及其他真核生物中。这种重建复合体通过激活子、转录因子以及与不同的重建复合体一起作用于靶基因。有些激活子可以结合并打开紧缩的染色质,改变DNA与核小体中心颗粒缠绕的途径,或改变核小体中心颗粒本身的结构,从而促进转录因子及RNA聚合酶与启动子结合,起始转录。

重建染色质的另一种方式是经组氨酸乙酰转移酶(HAT)修饰组氨酸。当一个乙酰基转移到组蛋白末端的碱性氨基酸后,会降低碱性组蛋白与酸性DNA之间的吸引力。HAT也是在特异激活子的作用下作用于靶位点。重建复合体与HAT总是以协同工作的方式重建染色质,通常在强化子位点发生的染色质重建,再延伸扩展到基因的启动子位点,使RNA聚合酶等与启动子结合,转录RNA。有些可结合特殊蛋白的DNA 序列,称为隔绝元件(insulator element),可以阻止染色质重建扩展到临近基因。另外,乙酰化的组蛋白也可在组氨酸脱乙酰酶(histone

deacetylase, HD)作用下除去乙酰基,恢复紧缩的染色质结构。

酵母菌乳糖代谢的正调控早在1900年就被发现的酵母菌乳糖代谢酶诱导系统,是真核生物中最早研究的基因调控系统之一。酵母菌半乳糖基因的作用方式与细菌中的乳糖操纵元和阿拉伯糖操纵元相似,半乳糖的存在与否决定半乳糖代谢基因是否表达。在没有半乳糖时,基因不表达;加入半乳糖后,mRNA浓度可迅速增加1000倍。但是只有在低浓度葡萄糖存在时,才出现这种诱导表达,说明酵母菌半乳糖基因表达也是受另一种方式调控的,即代谢抑制。半乳糖基因是受GAL4调控蛋白调控,调控蛋白存在时激活基因转录,因此,酵母菌半乳糖基因表达是正调控。这里利用两个半乳糖基因GAL1和GAL10来说明这种基因调控机制。这两个基因的转录受一个长约170bp的上游激活序列(UAS)调控,UAS 与强化子的功能相似,其染色质结构为组成型开放,没有核小体,对DNA 酶I 超敏感。这种开放的染色质结构需要SWI/SNF重建复合体参与。UAS序列具有4个GAL4蛋白质(Gal4p)结合位点,无论基因是否转录,这4 个位点总是与Gal4p 结合。同时,Gal4p 又受另一个调控蛋白GAL80p的负调控,GAL80p总是与Gal4p 结合,覆盖了GAL4p的活性中心(图8-30),当磷酸化的半乳糖与Gal80p/Gal4p 复合体结合时,改变他们的构型,使Gal4p 的活性中心外露,结果诱导gal基因表达。这种诱导系统涉及一种蛋白质激酶。这个诱导过程包括集中其他转录因子,进一步重建染色质,以使gal基因启动子的TATA盒能与TBP结合。

Gal4p含有881个氨基酸,具有能识别UAS序列的DNA结合区域,以及一个激活转录的反式调控区域。利用不同的Gal4p缺失突变进行功能性研究表明,这个蛋白质的N端(1-98个氨基酸)是与UAS DNA结合的区域;还有两个转录激活子区域,分别位于第148至第196个氨基酸(I)和第768至第881个氨基酸处(II)。利用重组DNA技术构建不同Gal4p 缺失突变体,分析其DNA结合和转录激活功能,结果表明,含DNA结合区域以及一种转录激活区域的构建体都降低转录活性。

转录活性区域功能性研究还分离出一些突变体,可提高转录效率,他们都含有较多的带负电荷的氨基酸,一个具有4个带负电荷氨基酸的突变,可将转录效率提高9倍。这些结果表明,转录激活的过程涉及蛋白质-蛋白质的互作,从而引起染色质重建,稳定DNA与RNA聚合酶的结合,提高转录区域DNA双链的解链效率,加速RNA聚合酶的释放,或引导和稳定同启动子或RNA聚合酶结合的其他因子。

真核生物基因和原核生物基因的表达有哪些主要差异?

2011-3-15 15:58

提问者:weqwe1214|浏览次数:510次

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2011-3-15 16:19

若是高中阶段,下面这句话就差不多够用了吧。相同点:原核生物和真核生物的基因组成大体上都分为编码区和非编码区;不同点:原核生物的基因编码区是连续的,而真核生物的基因编码区是不连续的,分为内含子和外显子。

要更详细的话,下面

基因上,真核生物和原核生物基因表达不同。因为真核生物的基因结构比较复杂(有内含子、外显子之分,且有复杂的调控用非编码序列,还有多个染色体…………)具体来说:

1. 在真核细胞中,刚转录出来的RNA初级转录物包含内含子和外显子。然后在酶的催化下对它的两端进行修饰,内含子被剪切。最后成熟的RNA从细胞核迁移到细胞质,并在核糖体上翻译蛋白质。虽然这些步骤从图上看起来是一步一步按顺序完成的,事实上他们经常是同时发生的。例如,RNA加帽和拼接在RNA 初级转录物完成时就开始了。但总的说,在时间上和空间上还是分开了!

2. 在原核生物中,mRNA的合成相对比较容易。由于原核生物细胞没有细胞核,所以转录和翻译发生在同一地方,而且细菌mRNA的翻译经常在转录完成之前就开始了。即没有时间与空间的分隔!

而且,真核生物(除少数较低等真核生物外)一个mRNA分子一般只含有一个基因,原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。

再者,二者虽然都具有核糖体,但又有不同!

如下例:

真核生物原核生物

核糖体80S 70S

大亚基60S 50S

小亚基40S 30S

即二者内部本质组成是不同的,这也就是为什么有些抗生素类药物可以抑制细菌合成蛋白质,却对人体无害的原因!(因为这些药物对真核生物核糖体无效。)

再从转录用酶的角度,举例如RNA聚合酶:

原核生物就一种,其全酶5个亚基,核心酶有4个亚基,还要有ζ因子等的配合。

真核生物有三种,各有功能。

列举如下:

RNA聚合酶Ⅰ:

不受α-鹅膏蕈碱的抑制,大于10- 3mol/L

存在于核仁中,合成5.8S rRNA,18S rRNA和28S rRNA;

RNA聚合酶Ⅱ:

对α-鹅膏蕈碱最为敏感,10-8— 10-9mol/L

存在于核质中,合成hnRNA,snRNA

RNA聚合酶Ⅲ:

对α-鹅膏蕈碱中度敏感,在10-4— 10-5mol/L 时表现抑制;

存在于核质中,合成tRNA,5S rRNA。

此外,线粒体和叶绿体中也发现少数RNA聚合酶,但分子量小,活性低,由核基因编码,在细胞浆中合成后运送至细胞器中。

而且,原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA ,真核生物RNA

聚合酶则不能独立转录RNA 。在真核生物中,三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。另外,RNA聚合酶对转录启动子的识别,也比原核生物更加复杂,如对RNA聚合酶Ⅱ来说,至少有三个DNA的保守序列与其转录的起始有关,第一个称为TATA框,具有共有序列TATAAAA,其位置在转录起始点的上游约为25个核苷酸处,它的作用可能与原核生物中的-10共有序列相似,与转录起始位置的确定有关。第二个共有序列称为CCAAT 框,具有共有序列GGAACCTCT,位于转录起始位置上游约为50-500个核苷酸处。如果该序列缺失会极大地降低生物的活体转录水平。第三个区域一般称为增强子,其位置可以在转录起始位置的上游,也可以在下游或者在基因之内。它虽不直接与转录复合体结合,但可以显著提高转录效率。

再说翻译过程,例如,肽链合成的终止,都是需要一种叫终止因子或释放因子的物质的参与。

原核生物有三种:

RF1(分子量:4.4万) 识别UAA、UAG 。

RF2(4.7万) 识别UAA、UGA ,并能将其结合到核糖体上,由于50S亚基的肽基转移酶的作用,而促进肽基tRNA的水解反应。

RF3(4.8万):只有RF3与GTP(或GDP)能结合。具体作用是可增加RF1和RF2对终止密码子的亲和性。

(但它们均具有识别mRNA链上终止密码子的作用,使肽链释放,核糖体解聚。)

真核生物就一种,即eRF,分子量约为25.5万,已从动物组织中提取到。

原核生物和真核生物的主要区别

原核生物和真核生物的主要区别 人教版高一必修一生物 一、协作学习任务设计 1、展示原核生物和真核生物的图片或者视频 生物体可以分为非细胞结构和细胞结构。科学家又根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核,将细胞分为两类,原核细胞和真核细胞。 提出问题:原核生物和真核生物的主要区别在哪? 二、教师进行指导,并提供资源 (一)回顾并总结原核生物、真核生物在细胞结构上的特点以及主要类群 (二)原核细胞和真核细胞的结构特点进行比较 (三)在认识和比较的基础上,探讨原核细胞和真核细胞之间的相关性及其发展史。 学习资源 1、教材 2、生物进化史课本 三、开展协作学习 学生之间进行分组,组内进行收集资料,讨论、总结。 四、开展学习活动 五、小组内部进行分工,可以按照老师的指导进行收集资料、进行总结。 原核生物的结构特点: 1、细胞大小:支原体是原核生物中最小的生物体。 2、细胞壁:肽聚糖(糖类与蛋白质结合而成的化合物),不含纤维素。 3、细胞膜:与真核细胞的相似。 4、细胞质:只有核糖体,无其他复杂的细胞器。 5、拟核:有丝状DNA分子,分布于细胞质的一定区域,没有核膜。 原核生物的主要类群: 蓝藻,含有(藻蓝素)和(叶绿素),可进行光合作用。 细菌,(球菌、杆菌、螺旋菌、和乳酸菌) 放线菌,(链霉菌) 支原体,衣原体,立克次氏体 真核生物的结构特点: 1.生物膜结构:以生物膜为基础而形成的膜性结构和细胞器 2.细胞骨架结构:包括细胞质骨架和核骨架 3.细胞质溶胶:为均质半透明液体,是代谢反应进行的场所 4:细胞核:遗传信息储存、表达的部位 真核生物的主要类群: 动物 植物 真菌(青霉菌,酵母菌,蘑菇)

原核生物和真核生物的比较

原核生物和真核生物基因组的比较(我好想比较过了,是不是?) 原核生物和真核生物DNA复制的特点: 原核:一般只有一个复制起点,即一个复制子,复制子较长,复制起始点oriC含有3个13bp 的串联重复保守序列,复制起始之后在OriC上形式两个复制叉沿着整个基因组双向等速移动,并且形成θ形中间产物,两个复制叉在距离起点180°处汇合,在快速生长时,一个复制起点上可以形成多个复制叉,可以连续开始新的DNA复制; 真核:有多处复制起点,复制子相对较小,复制叉的移动速度较慢,由于有多个复制起点,所以后随链是以半不连续的方式复制的,在染色体全部完成复制之前,各个起始点上的DNA 的复制不能再开始。 原核生物和真核生物DNA转录的特点: 相同点:都是以DNA双链中的反义链为模板,在RNA聚合酶催化下,以4种核糖核苷酸为原料,根据碱基互补配对原则,各核苷酸间以磷酸二酯键相连,不需要引物的参与,按5’- 3’方向合成 不同点:真核生物RNA聚合酶必须借助辅助蛋白才能与启动子结合;原核生物中一种RNA 聚合酶几乎负责所有mRNA、rRNA、tRNA的合成,真核生物有3类RNA聚合酶:I负责rRNA 合成,II负责hnRNA(前体mRNA)合成,III负责tRNA合成;原核生物基因启动区范围较小,而真核生物的启动区范围较大。 真核生物和原核生物mRNA的特征比较(这个也总结过了吧) 真核生物和原核生物在基因结构、转录和翻译方面的总体差异: (1)真核细胞中,一条mRNA链只能翻译出一条多肽链,原核生物则以多基因操纵子形式存在; (2)真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合,只有一小部分DNA是裸露的; (3)高等真核细胞DNA中很大一部分不转录,存在很多重复序列,而且基因内部还存在不被翻译的内含子; (4)真核生物能够有序根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排,还能根据需要改变基因的拷贝数,原核生物中则非常少见; (5)原核生物转录的调节区很小,而真核生物基因转录的调节区则大得多; (6)真核生物RNA在细胞核中合成,需要通过核膜进入细胞质才能被翻译,原核生物中不存在这样严格的空间间隔; (7)真核生物的基因只用经过复杂的成熟和剪接过程才能被顺利翻译为蛋白质。 原核生物和真核生物细胞的比较: 相同点:都有细胞膜,都含有核糖体合成蛋白,都含有细胞质基质作为生理生化反应的场所,都以DNA作为遗传物质,都遵循碱基互补配对原则以半保留复制方式进行DNA复制; 不同点:(1)真核细胞有核膜包被的细胞核,原核细胞只有核区、没有核膜包被的细胞核;(2)真核细胞含有以高尔基体、内质网为代表的细胞内膜系统,原核细胞则没有;(3)真核细胞DNA与组蛋白及非组蛋白结合为染色质,原核细胞DNA则是裸露的DNA分子;(4)原核生物DNA一般边转录边翻译,而真核生物mRNA则需要先转录然后转运至细胞质基质中再进行翻译

人教版高一年级生物下学期一单元原核细胞与真核细胞知识点

人教版高一年级生物下学期一单元原核细 胞与真核细胞知识点 相同点: 有细胞膜细胞质,均有核糖体,均能进行转录与翻译过程合成蛋白质。 2.均有DNA和RNA,且均以DNA为遗传物质。 区别: 1.大小区别:小、大。 2.种类区别:细菌、蓝藻、放线菌、衣原体、支原体 动物、植物、真菌、衣藻、绿藻、红藻等 3. 细胞壁:为肽聚糖、真核为纤维素和果胶 4.细胞质中细胞器:不含复杂的细胞器,但有的能、。其场所分别在中、细胞膜上进行。例、蓝藻、硝化细菌等。高等植物成熟的叶肉细胞特有:细胞壁、大的液泡、叶绿体低等的特有: 细胞壁、液泡、叶绿体、中心体特有:中心体,(无细胞壁、叶绿体和大的液泡)。 5.均以DNA为遗传物质:DNA在拟核、质粒中。无染色体结构。(染色体由DNA和蛋白质组成)DNA在细胞核、线粒体或叶绿体中。

6.的遗传不遵循孟德尔的遗传规律,其变异靠基因突变,细胞不能进行有丝分裂和减数分裂。真核生物的遗传遵循孟德尔的遗传规律,其变异来源有基因突变、基因重组、染色体变异。 7.生殖方式:只进行,主要进行分裂生殖进行有性生殖,但酵母菌在不良的环境下进行有性生殖,在良好的环境下进行。 8.从生态系统的组成成分上看:某些能进行活化能合成作用的原核生物属于生产者,为自养生物。例、蓝藻、硝化细菌等。多数细菌为分解者,例大肠杆菌、乳酸菌等;有的为消费者,例根瘤菌等。 练习题: 1.用高倍显微镜观察黑藻叶绿体时,可见叶绿体( ) A.具有双层膜 B.呈绿色带状 C.内部有许多基粒 D.呈绿色椭球形 答案:D 2.细胞质基质是细胞结构的重要组成部分,下列关于细胞质基质的叙述,错误的是( ) A.影响细胞的一系列活动 B.是活细胞进行新陈代谢的主要场所

真核生物基因表达的调控

真核生物基因表达的调控 一、生物基因表达的调控的共性 首先,我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达,奢侈基因只在需要的时候表达,但二者的表达都受到调控。可见,调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式,即正调控与负调控,原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开,包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见,转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同,这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂,转录与翻译不同时也不同地,基因组与染色体结构复杂,因而有着更为复杂的调控机制。 1、 2、 3、 4、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、无操纵子和衰减子。 大多数原核生物以负调控为主,而真核生物启动子以正调控为主。 个体发育复杂,而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物,在转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。

生长发育过程中,不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达,还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控,后者属长期调控。 从整体上看,不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点,我们可以分别从它的几个水平着眼,剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在,发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控,产生永久性DNA序列和染色质结构的变化,往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰,等等。a.基因丢失:丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中,可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中,许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体,只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n=2,但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂,产生上下2个子细胞。第二次卵裂时,一个子细胞仍进行横裂,保持完整的基因组,而另一个子细胞却进行纵向分裂,丢失部分染色体。目前,在高等真核生物(包括动物、植物)中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增:基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象,它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要,是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象;基因组拷贝数增加,即多倍性,在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多,这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。 c.基因重排:将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录,这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。在人类基因组中,所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的,而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。

真核生物的基因表达调控机制

一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较,真核生物的基因组更为复杂,可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多,大肠杆菌基因组约4×106bp,哺乳类基因组在 109bp数量级,比细菌大千倍;大肠杆菌约有4000个基因,人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质,被包裹在核膜内,核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等),这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体,而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述,细菌多数基因按功能相关成串排列,组成操纵元的基因表达调控的单元, 共同开启或关闭,转录出多顺反子(polycistron)的mRNA;真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA,即mRNA是单顺反子(monocistron),基本上没有操纵元的结构,而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的,这就涉及到多个基因协调表达的问题,真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码,而核酸杂交等实验表明:哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码,其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的,而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的,即有外显子(exon)和内含子(intron),转录后需经剪接(splicing)去除内含子,才能翻译获得完整的蛋白质,这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外,重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列:1)高度重复序列(highly repetitive sequences),这类序列一般较短,长10-300bp,在哺乳类基因组中重复106次左右,占基因组DNA序列总量的10-60%,人的基因组中这类序列约占20%,功能还不明了。2)中度重复序列(moderately repetitive sequences),这类序列多数长100-500bp,重复101-105次,占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列,长约300bp,在哺乳类不同种属间相似,在基因组中重复3×105次,在人的基因组中约占7%,功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次,5SrRNA基因重复2000次,tRNA基因重复1300次,5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次,这些基因都可归入中度重复序列范围。3)单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复,占哺乳类基因组的50-80%,在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复,是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多,至今人类对真核基因组的认识还很有限,使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成,绘出人全部基因的染色体定位图,测出人基因组109bp全部DNA序列后,要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系,特别是要明了基因表达调控的全部规律,还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多,但与原核生物比较它具有一些明显的特点。

真核生物与原核生物的区别

真核生物的特征 原核细胞功能上与线粒体相当的结构是质膜和由质膜内褶形成的结构,但后者既没有自己特有的基因组,也没有自己特有的合成系统。 真核生物的植物含有叶绿体,它们亦为双层膜所包裹,也有自己特有的基因组和合成系统。与光合磷酸化相关的电子传递系统位于由叶绿体的内膜内褶形成的片层上。原核生物中的蓝细菌和光合细菌,虽然也具有进行光合作用的膜结构,称之为类囊体,散布于细胞质中,未被双层膜包裹,不形成叶绿体。 原核生物的特点 ①核质与细胞质之间无核膜因而无成形的细胞核(拟核或类核); ②遗传物质是一条不与组蛋白结合的环状双螺旋脱氧核糖核酸(DNA)丝,不构成染色体(有的原核生物在其主基因组外还有更小的能进出细胞的质粒DNA); ③以简单二分裂方式繁殖,无有丝分裂或减数分裂; ④没有性行为,有的种类有时有通过接合、转化或转导,将部分基因组从一个细胞传递到另一个细胞的准性行为(见细菌接合); ⑤没有由肌球、肌动蛋白构成的微纤维系统,故细胞质不能流动,也没有形成伪足、吞噬作用等现象; ⑥鞭毛并非由微管构成,更无“9+2”的结构,仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成; ⑦细胞质内仅有核糖体而没有线粒体、高尔基器、内质网、溶酶体、液泡和质体(植物)、中心粒(低等植物和动物)等细胞器; ⑧细胞内的单位膜系统除蓝细菌另有类囊体外一般都由细胞膜内褶而成,其中有氧化磷酸化的电子传递链(蓝细菌在类囊体内进行光合作用,其他光合细菌在细胞膜内褶的膜系统上进行光合作用;化能营养细菌则在细胞膜系统上进行能量代谢); ⑨在蛋白质合成过程中起重要作用的核糖体散在于细胞质内,核糖体的沉降系数为70S;

⑩大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。总之原核生物的细胞结构要比真核生物的细胞结构简单得多。 真核细胞与原核细胞的区别 真核细胞与原核细胞的主要区别是: ①真核细胞具有由染色体、核仁、核液、双层核膜等构成的细胞核;原核细胞无核膜、核仁,故无真正的细胞核,仅有由核酸集中组成的拟核。 ②真核细胞的转录在细胞核中进行,蛋白质的合成在细胞质中进行,而原核细胞的转录与蛋白质的合成交联在一起进行。 ③真核细胞有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡等细胞器,原核细胞没有。 ④真核生物中除某些低等类群(如甲藻等)的细胞以外,染色体上都有5种或4种组蛋白与DNA 结合,形成核小体;而在原核生物则无。 ⑤真核细胞在细胞周期中有专门的DNA复制期(S期);原核细胞则没有,其DNA复制常是连续进行的。 ⑥真核细胞的有丝分裂是原核细胞所没有的。 ⑦真核细胞有发达的微管系统,其鞭毛(纤毛)、中心粒、纺锤体等都与微管有关,原核生物则否。 ⑧真核细胞有由肌动、肌球蛋白等构成的微纤维系统,后者与胞质环流、吞噬作用等密切相关;而原核生物却没有这种系统,因而也没有胞质环流和吞噬作用。 ⑨真核细胞的核糖体为80S型,原核生物的为70S型,两者在化学组成和形态结构上都有明显的区别。 ⑩真核细胞含有的线粒体,为双层被膜所包裹,有自己特有的基因组、核酸合成系统与蛋白质合成系统,其内膜上有与氧化磷酸化相关的电子传递链。 11真核生物细胞较大,一般10~100纳米,原核生物细胞较小,大约1~10纳米。

真核生物基因表达调控

第十章作业 1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。 ①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化 ②转录水平上的调控,包括基因的开与关,转录效率的高与低 ③RNA加工水平的调控,包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。 ④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控 ⑤在翻译水平上的控制,即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制 ⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制,蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制 ⑦对mRNA选择性降解的调控 2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同? 相同点:①与原核基因的调控一样,真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控,并且也以转录水平调控为最重要; ②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分,并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 不同点:①原核细胞的染色质是裸露的DNA,而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。 ②在原核基因转录的调控中,既有激活物参与的正调控,也有阻遏物参与的负调控,二者同等重要。 ③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的,即在转录尚未完成之前翻译便已开始。 ④真核生物大都为多细胞生物,在个体发育过程中发生细胞分化后,不同细胞的功能不同,基因表达的情况也就不一样,某些基因仅特异地在某种细胞中表达,称为细胞特异性或组织特异性表达,因而具有调控这种特异性表达的机制。 3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。 甲基化抑制基因转录的机制:DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变,包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降,更容易与组蛋白H1相结合,DNaseⅠ超敏感位点丢失,使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性,不能启始基因转录。DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合,降低了转录活性。 4. 转录因子结合DNA的结构基序(结构域)有哪几类? ①螺旋-转折-螺旋 ②锌指结构 ③碱性-亮氨酸拉链 ④碱性-螺旋-环-螺旋 5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体? ①占先模式:可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 ②动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中,基因转录前染色质必须经历结构上的改变,即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装,这个耗能的基因活化过程称为染色质重构 6. 简述真核生物转录水平调控过程。 真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的,主要是反式作用因子结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程:①转录起始复合物的形成:真核生物RNA聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA形成的

真核生物和原核生物的异同

从DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译3个方面,叙述真核生物和原核生物的异同。 一、真核生物和原核生物的不同点 A、真核生物和原核生物复制的不同点: 1.真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行,而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 2.原核生物DNA的复制是单起点的,而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的,而是以半连续的方式,由一个复制起点控制一个复制子的合成,最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 3.真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。 4.原核生物中有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种聚合酶,并有DNA聚合酶Ⅲ同时控制两条链的合成。真核生物中有α、β、γ、ε、δ五种聚合酶。聚合酶α、δ是DNA 合成的主要酶,分别控制不连续的后随链以及前导链的生成。聚合酶β可能与DNA修复有关,聚合酶γ则是线粒体中发现的唯一一种DNA聚合酶. 5.染色体端体的复制不同。原核生物的染色体大多数为环状,而真核生物染色体为线状。末端有特殊DNA序列组成的结构成为端体。 B、真核生物和原核生物转录的不同点: 1.真核生物的转录在细胞核内进行,原核生物则在拟核区进行。 2.真核生物mRNA分子一般只编码一个基因,原核生物的一个mRNA分子通常含多个基因。 3.真核生物有三种不同的RNA聚合酶催化RNA合成,而在原核生物中只有一种RNA聚合酶催化所有RNA 的合成。 4.真核生物的RNA聚合酶不能独立转录RNA,三种聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录,其RNA聚合酶对转录启动子的识别也比原核生物要复杂得多。原核生物的RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA。 C、真核生物和原核生物翻译的不同点: 1.氨基酸的活化:原核起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸,真核是从生成甲硫氨酰-tRNAi开始的。 2.翻译的起始:原核的起始tRNA是fMet-tRNA(fMet上角标),30s小亚基首先与mRNA

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂,可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。但是,最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 DNA水平的调控 DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂,删除,扩增,重排,修饰(如甲基化与去甲基化,乙酰化与去乙酰化等)和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。 转录水平的调控 转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。通过染色质改型,组蛋白乙酰化,染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用,基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件,转座元件,增强子,抑制子的调控,同时受反式作用因子包括基本转录因子,上游转录因子和转录调节因子等的调控。 转录后调控 转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑 在真核生物中,蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA,必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。加工过程包括三个方面:加帽、加尾和去掉内含子。同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工,形成不同的成熟mRNA分子,使翻译成的蛋白质都可能不同。转录后的RNA在编码区发生碱基插入,缺失或转换的现象。

翻译水平的调控 阻遏蛋白与mRNA结合,可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA,阻止其翻译 此外,还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。 翻译后调控 直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的,必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中,还有一系列的调控机制。 1.蛋白质折叠 线性多肽链必须折叠成一定的空间结构,才具有生物学功能。在细胞中,蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。 2.蛋白酶切割 末端切割 有些膜蛋白、分泌蛋白,在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列,称为信号肽,用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。 多聚蛋白质的切割 有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列,切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。

原核生物与真核生物复制的区别

原核生物与真核生物复 制的区别 集团档案编码:[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

(二)D N A 的复制的必要条件 1、摸板:母链DNA 解链成单链后的两条链均可作为摸板。 2、原料:4种脱氧核苷三磷酸。 3、需要一小段RNA 作为引物,提供3'-OH 末段。 4、需要ATP 和无机离子。 5、需要多种酶和蛋白因子:如引物酶、DNA 聚合酶、拓扑酶、SSB 蛋白等。 以上必要条件中,原核生物和真核生物在DNA 的复制所需要引物、酶和蛋白因子等存在差别。其中DNA 聚合酶种类存在较大的差别。DNA 聚合酶是指以DNA 为摸板,在RNA 引物3'-OH 末段沿5'→3'方向按照碱基互补的原理催化合成DNA 链的酶,也称为依赖DNA 的DNA 聚合酶。原核生物和真核生物DNA 聚合酶的区别主要见下表1 表1 原核生物和真核生物DNA 聚合酶的区别 原核生物三种 DNA 聚合酶都有 5'→3'聚合活性和3'→5'外切酶活性,不同的是DNA-polⅠ还有5'→3'外切酶活性,即外切酶活性有双方向。真核生物五种DNA 聚合酶都有5'→3'外切酶活性,DNA-polα,DNA-polβ无3'→5'外切酶活性,DNA-polβ无5'→3'聚合活性。 原核生物DNA 聚合酶 真核生物DNA 聚合酶 DNA-polⅠ复制过程中的校读,填补缺口,修复。 DNA-polⅡDNA 损伤的应急修复。 DNA-polⅢ延长新链核苷酸的聚合。 DNA-polα起始引发,引物酶活性。 DNA-polβ低保真复制。 DNA-polγ催化线粒体DNA 的复制。 DNA-polδ延长子链的主要酶,解螺旋 酶活性。 DNA-polε填补引物空隙,切除修复,重组。 (三)DNA 复制的过程 原核生物和真核生物DNA 的过程大致可分为:起始+延长+终止三个阶段。 1、起始阶段表2 (1)解链/旋,解链/旋酶催化。 (2)起始点识别。 (3)原核生物形成复制叉。(真核生物形成多个复制单位) (4)引物酶催化引物合成。引发体与引物酶结合到DNA 链上,在引物酶的作用下合成一小段引物。 表2原核生物和真核生物DNA 复制的起始阶段的特点比较 原核生物 真核生物 复制起始点 起始点识别 引物 起始点长度 复制单位 参与的酶和蛋白因子 一个OriC DnaA 长、多 长 一个双向复制 DnaA 识别复制起始点 DnaB 解螺旋酶活性 DnaC 运载和协助DnaB DnaG 引物酶活性 多个 可能有“蛋白质-DNA 复合物 参与” 短、少 短 多个双向复制 DNA-polα起始引发,引物酶 活性 DNA-polδ解螺旋酶活性

真核生物与原核生物基因表达调控的区别

原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节2.不同点:A.原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平 真核基因的表达调 控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次B.原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控C.原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启 动子,由sita因子决定基因表的的特异性 真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子 依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用 调控转录激活D.原核基因表达调控主要采用操纵子模型 转录出多顺反子RNA 实现协调调节 真核基因转录产物为单顺反子RNA 功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平 其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子 与RNA聚合酶结合 、阻遏蛋白 负调控 、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性 不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合 可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。真核生物基因表达的调控环节较多 在DNA水平上可以通过染色体 丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA 的稳定性调节及小分子RNA。真核基因调控中最重要的环节是基因转录 真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。葡萄糖存在 乳糖不存在 此时无诱导剂

原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点

原核生物与真核生物复制的过程及其异同点。 原核生物与真核生物复制的过程大体上均分为复制的起始、DNA链的延伸和复制的终止三个过程。 原核生物DNA的复制过程(以大肠杆菌为例): 复制起始:OriC起始位点由四个9个核苷酸(9-mer)的重复序列和三个13个核苷酸(13-mer)的重复序列组成。DnaA蛋白结合到9-mer结构上,使DNA形成一个环。结果,双链DNA在富含A-T碱基的13-mer区域分开成为单链。随后,DnaB-DnaC复合体结合到复制起始点上,形成预引发复合物。然后,DnaB利用其解旋酶的活性使解链部分延长,并激发DnaG引发酶,进而形成一段RNA引物,起始DNA的复制(DNA 聚合酶只能从3’羟基端起始复制)。 DNA链的延伸:DNA链一般形成两个复制叉进行双向复制。DNA链的复制是半不连续复制,以3’-5’方向DNA链为模板合成的子链为前导链,另一条为后随链,后随链的合成以合成冈崎片段的方式进行。延伸过程主要依靠DNA聚合酶III(核心酶由α、θ、ε构成),DNA聚合酶III靠其β夹钳牢固地结合在DNA链上并延DNA链移动。冈崎片段一端的引物由DNA聚合酶I以切口平移的方式去除,然后由DNA连接酶连接为一体。复制叉前进时由解旋酶依靠水解ATP的能量(一个ATP一个碱基)打开双链,单链与SSB结合并保持稳定。DNA拓扑异构酶去除正超螺旋。 复制的终止:复制叉前行,当遇到22个碱基组成的重复性终止子序列(Ter)时,Ter-Tus复合物使DnaB停止解链,复制叉前移停止,等相反方向复制叉到达后,由修复方式填补两个复制叉间的空缺。随后,在DNA拓扑异构酶IV的作用下复制叉解

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达的调控 河南大学民生学院王磊生物技术 一、生物基因表达的调控的共性 首先,我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达,奢侈基因只在需要的时候表达,但二者的表达都受到调控。可见,调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式,即正调控与负调控,原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开,包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见,转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同,这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂,转录与翻译不同时也不同地,基因组与染色体结构复杂,因而有着更为复杂的调控机制。 1、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。 2、无操纵子和衰减子。 3、大多数原核生物以负调控为主,而真核生物启动子以正调控为主。 4、个体发育复杂,而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物,在生长发育过程中,不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达,还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控,后者属长期调控。从整体上看,不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点,我们可以分别从它的几个水平着眼,剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在,发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控,产生永久性DNA序列和染色质结构的变化,往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰,等等。 a.基因丢失:丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中,可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中,许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体,只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n=2,但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂,产生上下2个子细胞。第二次卵裂时,一个子细胞仍进行横裂,保持完整的基因组,而另一个子细胞却进行纵向分裂,丢失部分染色体。目前,在高等真核生物(包括动物、植物)中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增:基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象,它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要,是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象;基因组拷贝数增加,即多

真核生物和原核生物的异同

从DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译3个方面,叙述真核生物与原核生物的异同。 一、真核生物与原核生物的不同点 A、真核生物与原核生物复制的不同点: 1、真核生物DNA的合成只就是在细胞周期的S期进行,而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 2、原核生物DNA的复制就是单起点的,而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样就是连续的,而就是以半连续的方式,由一个复制起点控制一个复制子的合成,最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 3、真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。 4、原核生物中有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种聚合酶,并有DNA聚合酶Ⅲ同时控制两条链的合成。真核生物中有α、β、γ、ε、δ五种聚合酶。聚合酶α、δ就是DNA 合成的主要酶,分别控制不连续的后随链以及前导链的生成。聚合酶β可能与DNA修复有关,聚合酶γ则就是线粒体中发现的唯一一种DNA聚合酶、 5、染色体端体的复制不同。原核生物的染色体大多数为环状,而真核生物染色体为线状。末端有特殊DNA序列组成的结构成为端体。 B、真核生物与原核生物转录的不同点: 1、真核生物的转录在细胞核内进行,原核生物则在拟核区进行。 2、真核生物mRNA分子一般只编码一个基因,原核生物的一个mRNA分子通常含多个基因。 3、真核生物有三种不同的RNA聚合酶催化RNA合成,而在原核生物中只有一种RNA聚合酶催化所有RNA 的合成。 4、真核生物的RNA聚合酶不能独立转录RNA,三种聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录,其RNA聚合酶对转录启动子的识别也比原核生物要复杂得多。原核生物的RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA。 C、真核生物与原核生物翻译的不同点: 1、氨基酸的活化:原核起始氨基酸就是甲酰甲硫氨酸,真核就是从生成甲硫氨酰-tRNAi开始的。 2、翻译的起始:原核的起始tRNA就是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。真核中起始tRNA就是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。

原核生物基因表达调控概述

原核生物基因表达调控概述 基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制,使细胞中基因表达的过程在时间,空间上处于有序状态,并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。 1.基因表达调控意义 在生命活动中并不是所有的基因都同时表达,代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因,正常情况下是经常表达的,而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达,还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。 2.原核基因表达调控特点 原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行,将功能相关的基因组织在一起,同时开启或关闭基因表达即经济又有效,保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平,有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构,RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。 细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平,有两条途径:(1)细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度,这是一条经济的途径,可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗,这是生物长期进化过程中自然选择的结果,这种控制称为转录水平调控。(2)在mRNA合成后,控制从mRNA翻译肽链速度,包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。 二.原核生物表达调控的概念 (1)细菌细胞对营养的适应

细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度,pH等。而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径,为细胞生长 的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。 (2)顺式作用元件和反式作用元件 基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。 顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列,其活性只影响与其 自身同处于一个DNA分子上的基因;这种基因DNA序列通常不编码蛋白质, 多位于基因旁侧或内含子中。位于转录单位开始和结束位置上启动子和终止子,都是典型的顺式作用元件。 (3)结构基因和调节基因 结构基因是编码蛋白或RNA基因。细菌的结构基因一般成簇排列,多个结 构基因受单一启动子共同控制,使整套基因或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质,其中有组成细胞核组织器官基本成分的结构蛋白,有催化活性的酶和各种调节蛋白等。调节基因是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异性DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点 结合控制转录是调控关键。 (4)操纵基因和阻遏蛋白 操纵基因是操纵子中的控制基因,在操纵子上一般与启动子相邻,通常处于开放状态,使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录,阻遏蛋白是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白,它本身或与辅阻遏蛋白物一起合成于操纵基因,阻遏蛋白操纵因子结构基因的转变,阻遏蛋白可被诱导物变构失活,从而导致不可阻遏或去阻遏。

真核基因表达

(二)真核基因表达调控 细胞中一种蛋白质含量的变化至少可在7个水平上调控: 真核基因多水平表达调控 ①DNA和染色体水平的调控: 基因扩增、基因丢失、基因 重排、基因修饰、基因封闭等。 ②转录水平的调控: 转录的起始、延伸和终止等。 ③转录后RNA前体加工: 基因在核中转录而在胞浆中翻译, 转录后需经剪切、拼接、编辑和修饰 转运等过程。 ④RNA转运的调控 ⑤翻译水平的调控。 ⑥mRNA降解的调控:细胞内有控制mRNA寿命的机制。 ⑦翻译后水平的调控:翻译产物剪切、修饰、构象形成、 转运和装配等。 真核基因表达调控特点 (1)RNA聚合酶 真核生物RNA聚合酶有三种,即RNA Pol I、II和III,分别负责三种RNA转录。真核生物RNA聚合酶识别的不单是DNA顺序,而是转录因子蛋白质复合物。细菌RNA聚合酶只有一种。 (2)活性染色体结构变化 (3)正性调节占主导(DNA形成染色质结构) (4)转录与翻译分隔进行 (5)转录后修饰、加工 根据其性质可分为两大类: 一是瞬时调控或称为可逆性调控,它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时,及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控,是真核基因调控的精髓部分,它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 真核生物基因的表达调控A 1. 转录前水平的调控 通过改变: (1)DNA序列: 通常低等生物的细胞决定和分化是通过基因组水平加工和改造实现。 (2)染色质结构:高等生物多采取异染色质化关闭基因的表达,虽然也会有类似低等生物的加工方式。上述影响基因表达的过程均属于转录前水平的调节。 (3)染色质丢失:在细胞分化过程中,丢掉某些基因而去除其活性。例如马蛔虫,一部分细胞总是保留完整的基因组,将来发育为生殖细胞;丢失了部分染色体的细胞分化为体细胞。(4)基因扩增:即基因组中的特定段落在某些情况会复制产生许多拷贝。(两栖动物蟾蜍的卵母细胞rDNA) (5)基因重排:如免疫球蛋白基因重排,多样性 (6)染色质DNA的修饰和异染色质化:如甲基化(位点多在胞嘧啶和腺嘌呤)。雌性胎生

原核生物与真核生物

原核生物与真核生物 主要差异:1.有无真核(nucleolus),原核没有,真核有。2.有无细胞器。3.核糖体,原核生物的为70S,而真核生物的为80S。 原核生物(广义的细菌),是指一类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌和古生菌两大类。 根据外表特征,可以把它们分为细菌(狭义),放线菌,蓝细菌,支原体,立克氏体和衣原体。 细菌的一般形态 基本形态:球状,杆状,螺旋状 球状:细胞个体呈现球形或椭圆形,不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式,常被作为分类依据。 杆状:细胞呈杆状或圆柱形,一般其粗细(直径)比较稳定,而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化,一般不作为分类依据。 假单胞菌:不行成芽孢,革兰氏染色阴性。这是一群营养需求简单的化能有机营养细菌。假单胞菌群分布广泛,在土壤和水体中具有重要生态意义,能够分解动植物材料中许多可溶性化合物。 分支杆菌:分支杆菌不同于放线菌,其菌丝容易分裂成杆状或球状体,分支杆菌好氧,接触酶阳性。 芽孢杆菌属是芽孢杆菌目中数量很大的一个群体。革兰氏阳性杆菌,产芽孢,化能异养,周生鞭毛,能运动。好氧,厌氧或兼性厌氧,接触酶阳性。 梭菌:厌氧,并能形成抗高温芽孢,是引起食品甚至罐头食品腐坏的主因,破伤风梭菌引起破伤风。 螺旋状:弧菌:大多数为端生鞭毛,有些种为周生鞭毛。氧化酶阳性,弧菌能够发酵,兼性厌氧。菌体只有一个弯曲,其程度不足一圈,形似“C”字或逗号,鞭毛偏端生。 螺菌:螺旋形弯曲杆状,端生鞭毛运动。菌体回转如螺旋,螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧,菌体较硬。 螺旋体:菌体细长,柔韧,弯曲成螺旋状而得名。螺旋体靠轴丝伸缩运动,无鞭毛。不产生芽孢,裂殖。属于化能异养型,有腐生和寄生两大类。轴丝位于细胞壁和细胞膜之间,轴丝的超微结构和化学组成类似于一般细菌的鞭毛,轴丝和原生质柱状体由多层膜结构的外鞘包被。菌体柔软,用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。 其它形状 柄杆菌 细胞上有柄(stalk)、菌丝(hyphae)、附器(appendages)等细胞质伸出物,细胞呈杆状或梭状,并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面,其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加,能有效地吸收有限的营养物; 星形细菌 方形细菌 细菌大小 球菌0.5 ~ 1 mm (直径)杆菌0.2~ 1 mm (直径)X 1~ 80 mm(长度) 螺旋菌0.3~ 1 mm (直径)X 1~ 50 mm(长度)(长度是菌体两端点之间的距离,而非实际长度) 细菌大小测量结果的影响因素 1.个体差异;

真核生物与原核生物基因表达调控的区别复习课程

真核生物与原核生物基因表达调控的区别

精品文档 原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节2.不同点:A.原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次B.原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控C.原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活D.原核基因表达调控主要采用操纵子模型转录出多顺反子RNA 实现协调调节真核基因转录产物为单顺反子RNA 功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA 聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA 的调控作用。真核生物基因表达的调控环节较多在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA 复合物的结合及转录起始复合物的形成。在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA 运输的控制来影响基因表达。在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。真核基因调控中最重要的环节是基因转录真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。葡萄糖存在乳糖不存在此时无诱导剂 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除

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