真核生物与原核生物基因表达调控的区别
真核生物与原核生物基因表达调控的区别
之袁州冬雪创作
::,,RNA聚合酶直接连系启动子,由sita因子决议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-蛋白质相互作用转录出多顺反子RNA实现协调调节真核基因转录产品为单顺反子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.原核生物基因以把持子的形式存在.转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶连系、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’端的发夹布局可呵护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体连系可分明提高稳定性)、翻译产品及小分子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、染色体布局改变影响基因表达.在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的连系、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的连系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 运输的节制来影响基因表达.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。
真核生物的基因表达调控
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• 锌指结构域The zinc finger domain
锌指结构有2种形式： C2H2 zinc finger和C4 zinc finger •C2H2 zinc finger：由12个氨基酸组成的环，通过2个半胱氨 酸（C，Cys）和2个组氨酸（H，His）残基固定，这4个残基 与Zn2+在空间上形成一个四面体结构。 一般情况下需要3个 或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合，如在TFIIA有9个重复， 转录因子SP1有3个重复。 •C4 zinc finger： Zn2+与4个半胱氨酸（C，Cys）结合，存 在于类固醇激素受体转录因子中。
限定于结构域之内。
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反式作用因子的结构与功能
（1）概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开 放（正调控）或关闭（负调控）。
（2）通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需 的一组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE 等。 （3）特异转录因子( special transcription factors)—个别 基因转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特 异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。
(2) 动态模型（dynamic model）：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，即染色质重塑。在染色质重塑过 程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小 体解体。
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组蛋白的乙酰化-去乙酰化 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种 重要的形式，通过乙酰化或去乙酰化，改变了染色质 结构或是转录因子的活性，可以调节基因转录的活性。 组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某些基因， 增强或抑制某些基因的表达。 组蛋白的8个亚基上有32个潜在的乙酰化位点。组 蛋白的乙酰化过程由组蛋白乙酰转移酶催化完成。
真核生物和原核生物的区别比较
汇报人： 202X-01-06
目录
• 细胞结构 • 基因结构与表达 • 生殖方式 • 生活环境与适应性
01
细胞结构
细胞核
1
真核生物拥有一个或多个细胞核，而原核生物没 有细胞核。
2
真核生物的细胞核具有明确的核膜，而原核生物 没有核膜，其DNA裸露，不和蛋白质结合。
3
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真核生物的细胞器具有特定的功能和 结构，而原核生物的核糖体同时承担 多种功能。
02
基因结构与表达
基因结构
真核生物的基因组结构复杂，通常包含 多个染色体，而原核生物的基因组结构 相对简单，通常只有一个环状的染色体 。
真核生物的基因中存在内含子，而原核生物 的基因中不存在内含子。内含子是指在基因 编码序列中无意义的重复片段，在转录过程 中会被剪切掉。
真核生物的细胞核中有染色质，而原核生物没有 染色质。
细胞膜
真核生物的细胞膜由磷脂和蛋白质组 成，具有流动镶嵌模型，而原核生物 的细胞膜较简单，主要由磷脂组成。
真核生物的细胞膜具有多种功能，如 物质运输、信号转导等，而原核生物 的细胞膜功能相对较简单。
细胞器
真核生物具有多种细胞器，如线粒体 、叶绿体、内质网等，而原核生物只 有核糖体一种细胞器。
原核生物
原核生物通常通过简单的二分裂方式进行繁殖，不涉及配子结合的过程。
无性生殖
真核生物
真核生物也可以进行无性生殖，如通过 孢子、分株、出芽等方式进行繁殖。
VS
原核生物
原核生物的无性生殖方式主要是通过简单 的二分裂方式进行，即细胞分裂时，遗传 物质随机分配到子细胞中。
遗传重组
真核生物
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
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。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
原核生物与真核生物在遗传信息表达上有何不同
二RNA的生物合成（转录）生物体以DNA中的一条单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程称为转录。
真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码产物为单顺反子。
原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因，编码产物为多顺反子。
（一）转录体系：DNA模板、4种NTP、RNA聚合酶某些蛋白因子和必要的无机离子。
（二）转录DNA模板RNA转录模板并非DNA的全部基因，而是DNA链上区段结构基因。
发生转录的链成为模板链，相对应的另一条链为编码链，模板链并不是总在同一条链上。
（三）转录特点：不对称转录，边转录边翻译（原核生物）（四）RNA聚合酶：原核生物和真核生物RNA聚合酶种类不同，原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA，真核生物则不能。
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。
主要见表3（五）原核生物以操纵子为一个转录单位。
表3原核生物和真核生物RNA聚合酶的特点原核生物RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶1种（RNA-pol），5个亚基（α2ββ'ζ）3种（RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ）RNA-pol具有合成mRNA，rRNA，tRNA的功能，没有校对功能，缺乏3'→5'外切酶活性α2 位于启动子上游，决定哪些基因被转录β与底物NTP结合，形成磷酸二酯键β'酶与模板结合的主要部位ζ辨认起始点（无催化活性）、Ⅱ、Ⅲ由于识别不同的启动因子而分别识别不同的基因。
转录RNA-polⅠ定位核仁，转录45S- rRNARNA-polⅡ定位核浆，转录产生hnRNARNA-polⅢ定位核浆，转录产生tRNA,5S- rRNA,snRNA.（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。
原核生物与真核生物的基因表达调控机制比较研究
原核生物与真核生物的基因表达调控机制比较研究生命在地球上的起源是一个神秘而复杂的话题。
从最早的独立自主的化学反应体系，通过漫长的进化历程，生命逐渐演化出不同等级的生物，其中最基础的单细胞生物便是原核生物与真核生物的始祖。
原核生物与真核生物在基因表达调控机制上存在着很大的差别，下面将进行比较论述。
一、原核生物的基因表达调控机制原核生物是指没有细胞核的单细胞生物，最早的原核生物出现在大约35亿年前，有着非常重要的地位。
原核生物的基因组相对来说比真核生物小得多，一般只含有1-2个圆形染色体。
在原核生物的基因表达调控中，转录因子所扮演的角色非常重要。
原核生物中的转录因子为启动因子，负责启动转录过程，调控基因的表达。
转录因子与DNA 序列通过水素键、离子键以及疏水性相互作用相结合，在指定DNA序列上形成复合物，这一复合物会招引RNA聚合酶，启动转录。
原核生物中还存在着反式遗传调控机制，包括RNA干扰机制、CRISPR-Cas系统等。
这些机制主要通过抑制基因的翻译过程，起到噪音消除、基因保护的作用。
二、真核生物的基因表达调控机制真核生物是指有细胞核的生物，包括了真核细胞和多细胞生物，在生命演化的过程中是非常重要的一环。
与原核生物相比，真核生物的基因组规模大得多，基因数量不仅提高了，而且基因的结构也更加复杂。
真核细胞的基因表达调控是一个复杂的过程，包括转录调控、转录后调控、RNA剪接、RNA降解、转录后修饰等等。
转录调控是最初的步骤，由启动子、转录因子、剪切因子、逆转录因子等组成，调控基因表达。
在转录之后，mRNA还要经过RNA剪接、RNA加工、RNA运输等过程，才能变成起到功能的成熟mRNA。
此外，在细胞核种还有DNA甲基化等的表观遗传学调控。
在多细胞生物的体内，每个细胞都有其特异调控的贡献。
很多细胞类型和组织中，某些基因被特异地表达和沉默，这个过程是基于复杂的细胞信号网络的。
三、原核生物与真核生物的比较研究原核生物与真核生物的基因表达调控机制在很多方面存在着不同，归根结底是由于真核生物在结构上更加复杂，含有更多的基因。
原核与真核基因表达比较
目录
• 引言 • 原核生物基因表达特点 • 真核生物基因表达特点 • 原核与真核基因表达差异比较 • 原核与真核基因表达互作关系 • 研究展望与意义
01
引言
目的和背景
揭示原核与真核基因表达的差异
通过比较原核生物和真核生物在基因表达调控机制、转录和翻译过程等方面的 异同，深入理解生物进化的本质和复杂性。
宿主环境
真核生物作为宿主，其内部环境可能 对原核生物的基因表达产生影响，如 pH值、温度、营养条件等。
免疫应答
真核生物的免疫系统可以识别并应答 原核生物的感染，从而影响原核生物 的基因表达。生物与真核生物之间可以建 立共生关系，彼此之间的基因表 达会相互影响，以达到共同生存 的目的。
转录延伸
在原核生物中，RNA聚合 酶在DNA模板上持续合成 RNA链，直到遇到终止信 号。
转录终止
原核生物的转录终止通常 涉及rho因子等蛋白质， 帮助RNA聚合酶从DNA模 板上脱离。
翻译过程
01
翻译起始
延伸过程
02
03
翻译终止
原核生物的翻译起始需要特定的 起始因子和核糖体小亚基的结合。
在原核生物中，延伸因子帮助氨 酰-tRNA进入核糖体的A位，并 促进肽键的形成。
表观遗传调控
真核生物具有复杂的表观遗传调控机制，如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等，这些调控机制可以影响基因 的表达和细胞的命运。而原核生物则缺乏类似的表观遗传调控机制。
信号传导与基因表达调控
真核生物的信号传导途径与基因表达调控密切相关，可以通过信号分子和受体的相互作用来调节基因的 表达。而原核生物的信号传导途径相对简单，通常不涉及复杂的信号分子和受体的相互作用。
原核生物真核生物基因表达比较
08
40s小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标）相结合
09
再与模板mRNA结合
10
最后与60s大亚基结合生成起始复合物
肽链合成起始:
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α-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。
转录延长：
转录终止：
依赖ρ因子的转录终止 非依赖ρ因子的转录终止 Ρ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。
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-1α eEF-1βγ 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
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
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。
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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。